火星のメタンは科学者を困惑させる：探査車キュリオシティの驚くべき発見

最近の研究論文は、移動式化学実験室が存在する理由を説明するのに役立つかもしれません NASA探査機キュリオシティは、ゲイル・クレーターの表面付近でガスの痕跡を常に嗅ぎ続けていた。

NASA の火星探査機キュリオシティによる最も驚くべき発見、つまりゲイル クレーターの表面からメタンが染み出ているという発見に、科学者たちは頭を悩ませています。

地球上のメタンの大部分は生物によって生成されます。 しかし科学者たちは、現在または古代の生命の説得力のある兆候を発見していません 火星ですから、そこでメタンが見つかるとは予想していませんでした。 しかし、SAM（Sample Analysis at Mars）として知られるキュリオシティの移動式化学実験室は、これまでに火星でメタンが検出された唯一の場所であるゲイル・クレーターの表面近くで、常にガスの痕跡を嗅いでいます。 科学者たちは、その発生源は地球深部の水や岩石などの地質学的メカニズムであると考えています。

南米のアルティプラーノ地域にある塩湖で満たされたキスキロ塩水は、NASA の探査車キュリオシティが探査している火星のゲイル クレーターに存在した可能性があると科学者が信じている種類の風景を表しています。 クレジット: マキシム・ボチャロフ

それがすべての話であれば、物事は簡単でしょう。 しかし、SAM は、ゲイル クレーターでメタンが予期せぬ挙動を示していることを発見しました。 夜に出現し、日中は消えます。 季節によって変動し、時には通常の40倍のレベルにまで上昇することもあります。 驚くべきことに、メタンは大気中にも蓄積しません：欧州宇宙機関（ESA）。 欧州宇宙機関大気中のガスを研究するために特別に火星に送られた ExoMars Trace Gas Orbiter は、メタンを検出しませんでした。

火星のメタンを検出できる科学機器と検出しない科学機器があるのはなぜですか?

「これは、多くのどんでん返しのある物語です」と、南カリフォルニアにある NASA ジェット推進研究所のキュリオシティ プロジェクト科学者で、キュリオシティ ミッションを指揮するアシュウィン バサバダ氏は語ります。

メタンは、火星の科学者たちを研究室での研究や、このガスがなぜ奇妙な挙動を示し、ゲイル・クレーターでのみ検出されるのかを説明することを目的としたコンピューター・モデリング・プロジェクトで忙しくさせている。 NASA 研究グループは最近、興味深い提案を発表しました。

これは、砕石と塵からなる「土」である想像上の火星のレゴリスのサンプルです。 これは、火星に広く分布している過塩素酸塩と呼ばれる塩をさまざまな濃度で注入した5つのサンプルのうちの1つである。 彼らは、メリーランド州グリーンベルトにあるNASAのゴダード宇宙飛行センターにある火星シミュレーションチャンバー内で、各サンプルを火星のような条件にさらした。 上のサンプルの脆い塊は、塩濃度が低すぎたため、このサンプルでは塩シールが形成されなかったことを示しています。 画像クレジット: NASA/アレクサンダー・パブロフ

3月の新聞で報道 地球物理研究ジャーナル: 惑星研究グループは、メタンは、その生成方法に関係なく、火星のレゴリス（砕石と塵でできた「土壌」）に形成される可能性がある固まった塩の下に閉じ込められる可能性があると示唆した。 暖かい季節や日中に温度が上昇し、シールが弱まると、メタンが漏れ出す可能性があります。

メリーランド州グリーンベルトにあるNASAゴダード宇宙飛行センターの惑星科学者アレクサンダー・パブロフが率いる研究者らは、例えば小型SUVほどの大きさの探査機の圧力でシールが割れた際に、ジェット機内でもガスが爆発する可能性があると指摘している。その上を運転しています。 。 パブロフ氏は、ロボットが徘徊して地表を掘削する火星上の 2 つの場所のうちの 1 つであることを考慮すると、チームの仮説はなぜゲイル クレーターでのみメタンが検出されたのかを説明するのに役立つかもしれないと述べた。 (もう 1 つはジェゼロ クレーターで、NASA の探査機パーサヴィアランスが運用されていますが、この探査機にはメタン検出器はありません。)

この画像は、火星シミュレーション チャンバーから取り出した後の模擬火星の「土壌」の別のサンプルです。 表面は塩の硬い皮で覆われています。 アレクサンダー・パブロフと彼のチームは、サンプルが火星のような条件下で3～13日間過ごした後、過塩素酸塩の濃度が5～10％の場合にのみアザラシが形成されることを発見した。 金属工具でサンプルを傷つけた中央の色が明るくなります。 明るい色は、最上層の下に乾燥した土壌が存在することを示しており、サンプルがシミュレーション チャンバーから取り出された後、空気中の水分を吸収して茶色に変わりました。 画像クレジット: NASA/アレクサンダー・パブロフ

パブロフ氏は、この仮説の起源を、彼が2017年に主導した無関係な実験にたどり着く。この実験では、火星の永久凍土とよく似た、塩が混合された火星の永久凍土（凍った土壌）で微生物を増殖させることが含まれていた。

パブロフと彼の同僚は、地球上の塩水湖やその他の塩分の豊富な環境に生息する好塩菌として知られる細菌が、火星でも同様の条件で繁殖できるかどうかをテストした。

微生物の増殖結果は決定的ではなかったが、研究者らは予想外のことに気づいた、と同氏は述べた。塩分を含んだ氷が上昇するにつれて土壌の最上層が塩の地殻を形成し、固体から気体に変化して塩が後に残ったという。

火星と地球の永久氷

「現時点では、私たちはそれについてあまり考えていませんでした」とパブロフ氏は語ったが、彼は2019年の土壌地殻のことを覚えている。 SAM の波長可変レーザー分光計がメタン爆発を検出 誰も説明できません。

「そのとき、このアイデアが頭に浮かびました」とパブロフ氏は語った。 そのとき、彼と彼のチームは、硬い塩のシールが形成され、壊れる可能性がある条件をテストし始めました。

好奇心は、火星には微生物と呼ばれる小さな生命体を維持するのに適切な環境条件があったのか?という質問に答えようとしました。 ミッションの初期段階で、キュリオシティの科学機器は、火星の過去の居住可能な環境の化学的および鉱物学的証拠を発見しました。 火星に微生物が生息していた可能性がある時代の岩だらけの記録を調査し続けています。 クレジット: NASA

パブロフ氏のチームは、火星に広く分布している過塩素酸塩と呼ばれる塩をさまざまな濃度で混合した永久凍土の5つのサンプルをテストした。 (現在、ゲイル クレーターには永久凍土は存在しないと思われますが、ゲイルがもっと寒くて氷が多かった昔にアザラシが形成されていた可能性があります。) 科学者たちは、NASA ゴダードの火星シミュレーション チャンバー内で各サンプルをさまざまな温度と気圧にさらしました。

パブロフ氏のチームは定期的に、メタンの同位体であるネオンを土壌サンプルの下に注入し、その上下のガスの圧力を測定した。 サンプルの下の圧力が高いということは、ガスが閉じ込められていることを示しています。 最終的に、アザラシは火星のような条件下で、5% ～ 10% の濃度の過塩素酸塩を含むサンプルでわずか 3 ～ 13 日で形成されました。

これは、キュリオシティがゲイル・クレーターで測定した塩分濃度よりもはるかに高い塩分濃度です。 しかし、そこにあるレゴリスには硫酸塩と呼ばれる別の種類の塩鉱物が豊富に含まれており、パブロフ氏のチームは次に、硫酸塩もアザラシを形成できるかどうかをテストしたいと考えている。

探査車キュリオシティは、火星の気候が乾燥しつつあったときに形成されたと考えられる領域に到達した。

火星のメタンの生成と破壊のプロセスについての理解を深めることが、米国からの重要な推奨事項です。 NASAの2022年惑星ミッション上級レビューこの取り組みにはパブロフのような理論的研究が不可欠です。 しかし、科学者らはメタンのより一貫した測定も必要だと主張している。

SAM は、地表からサンプルを掘削して化学組成を分析するという本来の仕事に忙しいため、メタンの臭いを嗅ぐのは年に数回だけです。

「メタン実験は資源を大量に消費するため、実施を決定する際には非常に戦略的でなければなりません」とゴダード大学のSAM主任研究員チャールズ・マレスピン氏は述べた。

しかし、科学者らは、例えばメタンレベルがどのくらいの頻度で上昇するかをテストするには、火星の多数の場所からメタンを継続的に測定する新世代の地表機器が必要になると述べている。

「メタンに関する研究の一部は、これらの特定の質問に答えることにもっと重点を置く将来の地表探査機に委ねられるべきだ」とバサヴァダ氏は述べた。

参考文献：「火星のような条件下での塩分土壌シールの形成と安定性」 Alexander A. Pavlov、James Johnson、Raul Garcia Sanchez、Ariel Segelnytsky、Chris Johnson、Jeffrey Davis、Scott Gosiewicz、Prabhakar による火星のメタン変動の影響ミスラ、2024 年 3 月 9 日、 地球物理研究ジャーナル: 惑星。
土井: 10.1029/2023JE007841

好奇心は次のように構築されます ジェット推進研究室、カリフォルニア州パサデナにあるカリフォルニア工科大学によって管理されています。 JPL は、ワシントンにある NASA 科学ミッション総局を代表してミッションを主導しています。