火星の大気は、現在の理論と矛盾する方法で形成された可能性があると、米国カリフォルニア大学デービス校の研究者は述べています。 チームは、1815 年にフランス北東部で地球に落下し、火星の内部を表すと考えられているシャシニー隕石の新しい分析のおかげで、この結論を下しました。
惑星形成に関する現在の理論では、地球や火星のような岩石惑星は、形成の初期段階で親星を取り囲む星雲から、水素、炭素、酸素、窒素、クリプトンなどの希ガスなどの揮発性化学元素を獲得したことが示唆されています。
当初、これらの元素は惑星のマントルに溶解 (技術的には「吸収」) され、その時点でマントルは表面に溶岩またはマグマの海として存在していました。 その後、マグマの海が結晶化したとき、海はこれらの太陽系星雲由来の揮発性物質を大気中に「脱ガス」し、そこで徐々に宇宙に消散しました。 最後に、さらに後の段階で、コンドライトと呼ばれる隕石が若い惑星に衝突することで追加の揮発性物質をもたらしました.
「したがって、惑星の内部は主に太陽の揮発性物質、または太陽とコンドライトの揮発性物質の混合物で構成されていると予想されます。 一方、大気中の揮発性物質は主に隕石に由来するでしょう」と研究チームのリーダーは説明します。 サンドリーヌ・ペロン.
火星の内部にはコンドライト クリプトンが含まれています
しかし、その予測は、チャシニー隕石のサンプル中のクリプトン同位体の測定に基づくチームの発見と一致していません。 太陽系星雲起源のクリプトンとコンドライト起源のクリプトンのクリプトン同位体の比率が異なるため、同位体比率を分析することで、研究者はチャシニー、ひいては火星の内部がどのようにクリプトンを獲得したかを判断することができました。
「私たちの研究は、火星の内部にコンドライト クリプトンが含まれていることを示しています。これは [太陽クリプトンのような] 大気組成とは対照的です」と Péron は言います。 物理学 ち望ん. 「したがって、現在のシナリオはもはや成り立たない」
同位体の精密測定
測定を実行する前に、研究者はまずクリプトンの 11 番目の供給源を排除する必要がありました。 シャシニーは、地球に落下するまでに XNUMX 万年かけて宇宙を旅しました。 この間、宇宙放射線にさらされ、破砕反応によって他の元素からクリプトンやその他の希ガスを生成する可能性があります。
このいわゆる「宇宙生成」クリプトンをサンプルから除去するために、研究者は隕石を約 200 から 1500 °C に段階的に加熱しました。 この段階的加熱技術は、宇宙起源のクリプトンと火星のクリプトンが異なる温度で放出されるため機能します。
分析手順のもう XNUMX つの重要な部分は、隕石に存在する他の希ガスからクリプトンを分離することでした。 研究者は、質量分析を使用して希ガスを次々と分析することでこれを行いました。 「干渉の問題を回避したいので、質量分析計にはほぼ純粋なクリプトン相 (アルゴンとキセノンを含まない) が必要です」と Péron 氏は説明します。 「アルゴンとキセノンからクリプトンをきれいに分離するために、新しい極低温トラップを含む新しい分離プロトコルを UC Davis で開発しました。」
このプロトコルをステップ加熱と組み合わせることで、チームはシャシニー隕石のクリプトン同位体測定を正確に行うことができたとペロンは言います。
隕石はもっと早く揮発性元素をもたらした
チャシニーのクリプトン同位体が、太陽系星雲ではなくコンドライト隕石に見られるものと一致するという事実は、太陽系星雲がまだ存在している間に、コンドライトが初期の火星に揮発性元素を以前に考えられていたよりもはるかに早く供給していたことを意味します。 「大気中の太陽揮発性物質は、これまで想定されていたようにマントル脱ガスに起因するものではありませんが、星雲が散逸する前 (太陽系が誕生してから約 10 Myr)、火星の大部分が降着した後に太陽星雲から捕獲された可能性があります」とペロン氏は述べています。と言う。 「これは現在の考え方を覆します。
シミュレーションは、小惑星の衝突が火星の遺物の海岸線の証拠を破壊することを示しています
「挑戦的な側面は、これらの太陽の揮発性物質を大気中にどのように保持するかということです。なぜなら、これらの太陽揮発性物質は初期の太陽から発せられる放射線によって失われるはずだからです」と彼女は続けます。 「可能性のあるシナリオは、降着後に火星が寒くなり、太陽ガスの一部が地下または極地の氷冠に閉じ込められたということです。」
研究者たちは、自分たちの研究が、惑星の大気、特に火星の大気がどのように形成されるかについてのさらなる研究の動機付けになることを願っています。 彼らの側では、火星のマントルの組成をよりよく特徴付けて、それが異質であるかどうかを判断することを計画しています。 「別の側面は、火星の大気がどこで発生し、どのように進化したかをよりよく理解することです。これは、私たちの研究の制約を考慮に入れることです」と Péron は言います。 「これには、太陽のクリプトンとキセノンが惑星の表面に保持される条件を決定することが含まれます。」
研究の詳細は 科学.
