NASAのMAVEN探査機が太陽嵐が火星の大気を吹き飛ばした様子を明らかに
アラン・ボイル著
火星の大気を研究している科学者らは、数十億年前の暖かく住みやすい場所から現在のように寒い世界へと赤い惑星が変化する上で、太陽嵐が大きな役割を果たした可能性が高いと述べている。
これは、本日『サイエンス・アンド・ジオフィジカル・リサーチ・レターズ』誌に掲載された40本以上の研究論文で明らかになった、火星に関する数多くの発見の一つに過ぎません。この豊富な科学的成果の源泉は、NASAが6億7100万ドルを投じたMAVENミッションです。このミッションは、昨年、バスサイズの宇宙船を火星周回軌道に投入しました。
このミッションの名前は、 Mars A tmosphere（火星大気）とVolatile E volutio N（揮発性大気）の頭文字をとったものです。その目的は、火星の大気の現在のダイナミクスを測定し、その測定値をモデルに組み込んで、数十億年前に火星がどのようにして大気の大部分を失ったのかを解明することです。
科学者たちは、以前の観測に基づき、火星の磁場は地球ほど強くないため、太陽からの荷電粒子が流れ込む際に火星の大気の上層から分子やイオンを剥ぎ取ることができると推測した。
3月8日、MAVENの科学者たちは、異常に強い太陽嵐が火星を通過した際に、分析のためのデータを収集する絶好の機会を得た。コロラド大学のブルース・ジャコスキー氏（MAVENミッションの主任研究員）率いる研究チームは、サイエンス誌に掲載された論文の一つで、磁場によってイオンが通常の約10倍の速度まで加速されたと報告している。酸素イオンは予想よりも高い高度まで大気圏に放出された。
科学者たちがこれらの数字をコンピューターモデルに入力したところ、そのような状況下では大気中のイオンが通常の10倍から20倍の割合で失われることが判明した。
研究者たちは、太陽系の初期には太陽嵐が頻繁に発生していたと考えられていることを指摘している。また、火星の磁場は、その歴史のごく初期に、液体金属の核が冷えたことで弱まったと考えられている。
「これらの初期期間は火星の大気の消失が最も顕著だった時期である可能性があるため、火星で推定される気候変動はこれらの太陽嵐によって大きく引き起こされた可能性がある」と研究者らは記している。
研究の共著者の一人であるNASAゴダード宇宙飛行センターのポール・マハフィー氏は、火星の大気消失に関する詳細なシナリオを構築するには、まだ十分な測定データが揃っていないことを強調した。「そのシナリオを構築するのはまだ初期段階だと思います。…長期的には、これをより深く理解するために、おそらくさらに多くのマッピングを行う必要があるでしょう」と、彼はGeekWireに語った。
しかし、今回の発見は他の火星探査ミッションで得られた知見と概ね一致している。例えば、NASAの火星探査車キュリオシティの大気観測データを火星隕石のサンプルと比較したところ、科学者たちは赤い惑星の大気の大部分が30億年以上前に剥ぎ取られたと結論付けた。マハフィー氏は、その研究論文の一つの筆頭著者である。
「この大きな物語は、火星の上層大気の物理と化学の本質を解き明かすものです」とマハフィー氏は、本日発表された研究論文に言及して述べた。「これは、火星で何が起こっているかを理解するための新たな窓なのです。」
別の研究では、大気密度の予想外の変動が報告されている。「特定の緯度と時間帯、特に日の出と日の入りの時期に、振幅の大きい密度波が発生します」とマハフィー氏は述べた。これは、火星の大気との相互作用がこれまで考えられていたよりも複雑であり、重力波との相互作用、風のパターン、そして火星の弱い磁場がすべて影響していることを示唆している。
さらに他の論文では、高度 37 マイル (60 キロメートル) という意外なほど低い高度まで下がる火星のかすかな北のオーロラ、高度 620 マイル (1,000 キロメートル) という意外なほど高い高度で見られる、惑星間起源の可能性がある大気中の塵の分布、火星の大気損失のかなりの部分を占める流出イオンの煙などの観測結果が記録されている。
「これらすべての測定が、大気圏からの脱出をモデル化する能力の基礎となる」とマハフィー氏は語った。
ジャコスキー氏は、現在の大気損失のペースでいくと、火星は少なくとも今後数十億年は大気を保持するはずだが、「それがどのようなものになるかは正確には分からない」と語った。
MAVENは現在も主要ミッションのための科学データを収集しており、他の火星探査機のバックアップ中継衛星としての役割も含む長期ミッションの運用を継続する予定です。一方、インドの火星探査機「マーズ・オービター・ミッション」（MOMまたはマンガルヤーンとも呼ばれる）も、火星の大気の調査を行っています。
