Earth Essay　地球のささやき

2022年5月12日木曜日

4_163　火星研究への旅 8：パーサヴィアランス

　火星研究では、地表での探査機が重要な役割を担っています。探査機の打ち上げは、長い期間かけて準備されたものです。COVID-19の感染爆発であっても、予定通り打ち上げはおこなわれました。

　火星では、パーサヴィアランス（Perseverance）と名付けられたローバーが、活動しています。ローバーは、NASAが打ち上げたもので、ジェゼロ（Jezero）クレーターの中に着陸して探査するためです。2020年7月に打ち上げられ、2021年2月には着陸して、現在も探査を進めています。
　ローバーには、7つの観測装置と19台のカメラ、2つのマイク、そして小型のヘリコプターも搭載しています。
　ローバーの目標は、生物探査と将来の探査のための準備です。
　生物の探査に関しては、微生物が生息できるような環境が、現在もしくは過去に存在したかどうか、かつて存在してかも知れない生命の痕跡を探すことです。それらを搭載された各種の装置で調べていきます。
　ただし、観測装置だけでは調べきれないので、将来のために重要な痕跡もっていそうな岩石のコア（岩石を掘り抜いたもの）とレゴリスとよばれる土壌を試料として採取していきます。それらの試料は、火星表層に保存しておきます。保存した試料は、将来回収し、地球に持って帰ろうと考えられています。
　将来、人が火星探査するために、大気から酸素つくる実験もしています。固体酸化物形電解セルという装置を用いて、大気中の二酸化炭素を電気分解して、酸素をつくる試みです。2021年4月には、その実験が成功しています。その結果、この仕組みを大規模に展開することで、火星の大気から、人の呼吸用や推進剤のための酸素、また水素と化合させることで水もつくる見通しができたことになります。
　小型ヘリコプターは、インジェニュイティ（Ingenuity）と呼ばれ、カメラだけを搭載したものです。太陽電池で、薄い大気の中での飛行実験が成功しました。薄い火星大気中を、自由に飛び回ることができたことが重要です。将来、ドローンによる探査や運用の可能性を拓いたことになります。カメラでローバーのコース選定の情報を提供しました。
　ローバーは、その名の通り、「忍耐強く」探査や実験しながら、移動しています。そこで不思議な現象を発見しています。その詳細は次回としましょう。

・テレワーク・
パーサヴィアランスの打ち上げは、2020年7月で、
アメリカの含めてCOVID-19の感染爆発の最中でした。
各地でロックダウンが起こりました。
打ち上げもリモート、テレワークで進められていました。
メンバーのテレワークの写真も示されています。
家庭や家族も写っている
一見微笑ましい画像もありますが、
大変はストレスだったと思います。
成功してよかったです。

・休暇・
長いゴールデンウィークが終わりました。
期間中の2日の平日を休みをとることで
10日間の長い休みとなっている人もいるそうです。
我が家も夫婦で休暇をとりました。
北海道のある地域に7日間、滞在しました。
のんびりとした時間を過ごしました。
たっぷりと睡眠時間をとることができ
頭も体もリフレッシュしました。
ただ、もう日常に戻っていますが。

2022年5月5日木曜日

4_162　火星研究への旅 7：熱的進化

　火星のリンクルリッジの形成年代には、偏りがありました。この年代の偏りは、何を意味しているのでしょうか。リンクルリッジから、火星と地球の違いが垣間見えてきました。

　リンクルリッジとは、天体表面に形成されているシワのような地形です。火星では、リンクルリッジは、火山の周辺に多数形成されていました。そこから、火山活動が終わったあと、周囲の地殻が収縮したり、歪むことで形成されたと考えられています。
　集中している27箇所でリンクルリッジで、それぞれの形成年代を正確に決めていくと、38～25.2億年前の間に形成されていることがわかってきました。中でも特に、35.9～35.5億年前にもっと多くできていることがわかりました。
　もし各地のリンクルリッジがバラバラの年代を示すのであれば、それぞれの火山の活動時期の終焉を示していることになります。ところが、リンクルリッジ形成時期は、ある時代に集中していました。その年代の偏りには、どのような意味があるでしょうか。
　時代の偏りとは、火星全体で同時期にリンクルリッジができていることになります。これは、火星全域で火山活動が一気に停止したことを意味します。火星の内部の条件で、ある時期集中的にマグマが活動して、その後活動が停止するような状態に移行したと推定できます。
　このような火星内部の冷却の歴史は、天体の地質活動の変遷となるはずです。これが論文のタイトルにも使われていた「熱的進化」と呼ばれるものです。
　38億年前より古い時代にはリンクルリッジが見られませんでした。この時期にも火山活動があり、形成されていたはずです。火星の創生期には、大気や水が存在し、雨が降り、川ができ、海がありました。そのため侵食作用が強く働いていた時期でした。多数あったはずのリンクルリッジが、初期のものは消えてしまったと考えられます。
　38億年前ころには侵食作用がおさまり、36億年前から火星内部の熱の放出によって一気に火山活動が激しくなり、4000万年ほどでで活動がおさまり、火星全体が収縮する時期になります。そして、25億年前には火星内部にはマグマができるような条件がなくなり、火山活動が停止します。
　35億年前には火星では激しい火山活動が終わっています。ところが地球では、やっと岩石などの記録が残ってくる時期に移行します。これ以降、地質活動が記録に残されていきます。地球には大気や海洋が豊富で、常時、古い地形を侵食していくのですが、大陸の内部には古い岩石の断片が残されていました。そこから、地球の地質活動の歴史が読み取られてきました。

・のんびりと・
前回紹介しましたように、
現在、夫婦で田舎に1週間ほど滞在しています。
そのため、このエッセイは、予約配信しています。
コロナ感染を避けながらが、
ひっそりとのんびりと過ごしています。
北海道はやっと桜の季節になりました。
滞在している田舎の桜前線はどうでしょうか。
晴れて桜が咲いていれば、いいのですが。
人のいないところをうろうろしながら
春を満喫するつもりです。
家内は地元で漁港で取れた
おいしい魚を楽しみにしています。
地元でテイクアウトできる店を探して
いこうとも考えています。
こんなにのんびりできるのは3年ぶりでしょうか。
楽しもうと考えています。

4_162　火星研究への旅 7：熱的進化

2022年4月28日木曜日

4_161　火星研究への旅 6：リンクルリッジ

　火星には、リンクルリッジと呼ばれるシワのような地形が、多数見つかっています。シワの形成時期に関する研究報告がなされました。形成年代を調べていくと、何が見えてくるのでしょうか。

　次なる火星研究への旅は、火星の地形に関するものです。リンクルリッジ（wrinkle ridge）と呼ばれるいうものがあります。wrinkleは曲がりくねったという意味で、ridgeは嶺（みね）という意味です。長く続く曲がった尾根の地形で、シワのように見えます。
　リンクルリッジは、地球の衛星の月、水星や小惑星、木星と土星の衛星など、いろいろな天体にあります。火星でも見つかっていて、それを詳しく調べた研究が報告されました。
　宇宙航空研究開発機構のルジ（Trishit Ruj）さんと東大の河合研志さんが、Icarusに2021年に報告されたものです。
　A global investigation of wrinkle ridge formation events; Implications towards the thermal evolution of Mars
　（リンクルリッジ形成事件の全球調査；火星の熱的進化への関係）
というタイトルです。リンクルリッジの形成時期を、火星全域で調べた結果を報告しています。そこから、火星の熱的進化を考えた研究成果です。
　まず、NASAの火星探査機のマーズ・リコナサンス・オービター（MRO）が撮影した画像から、リンクルリッジを決定していきました。火山の周りの27箇所にリンクルリッジが分布していることわかりました。
　次に、リンクルリッジの形成年代を判読してきます。その方法は、クレータ年代学を応用したものです。クレータの形成数（形成密度）から年代を決める方法がクレータ年代学です。ただし、リンクルリッジのような線状や曲線状の地形には、クレータ年代学がなかなか適用ができず、年代を決めるのが困難でした。そのような地形でも適用できるクレータ年代学としてBCC（Buffered Crater Counting）が開発されていました。この研究では、BCCを適用して、リンクルリッジの形成年代を精度良く推定してきました。
　その結果、リンクルリッジの形成が、ある年代に集中していることがわかってきました。詳細は次回としましょう

・気分転換・
最近、疲れが溜まっているせいか
研究していても集中力にムラがでてきます。
2年間のコロナによる遠隔授業や自粛生活の後
感染対策をしながらも、
4月から対面授業や対面会議が復活してきました。
心身が対面に対応するのに
時間がかかっているのでしょうか。
特に精神的疲労がたまっている気がします。
気分転換が必要です。

・完全にオフ・
明日から、ゴールデンウィークに入ります。
コロナ感染は治まっていませんが、
北海道の田舎で気分転換として、
しばらく夫婦で完全にオフ状態に入ります。
のんびりと田舎暮らしをしてきます。
北海道の片田舎で、一週間、のんびりとします。

2022年4月21日木曜日

4_160　火星研究への旅 5：火星の磁場

　火星の核を想定した高温高圧実験で、液体不混和の可能性がでてきました。2つの液相が分離する時期に、磁場が発生したという仮説が提出されました。その仮説からいろいろな疑問も派生してきますが、これも進歩です。

　前回、「Fe-S-H系」と「液体不混和」について説明しました。火星の誕生直後は、内部が高温高圧条件だったので、「Fe-S-H系」からできた核は、完全に均質（1相）の液体でした。
　冷却によって、鉄とイオウが液相の状態で分離（2相）して「液体不混和」が起こることがわかりました。ある時から2つの液相ができて、重い鉄が下に沈み、軽いイオウが浮き上がってきます。この分離の時期には、核内の液相が活発に動き、対流することになるので、磁場が発生したと考えらえています。
　さらに温度が下がって現在の火星の核の条件（圧力が20～40万気圧、温度が2000～2500 K）になると、完全に2つの液相が分離した状態になってしまいます。きれいに成層（上にイオウの液相、下に鉄の液相）しているので、対流しない状態と推定されています。そのため、磁場の発生ができなくなったと考えました。
　さて、このシナリオは、どこまで正しいのでしょうか。高温高圧実験に基づいた仮説です。実験では、水素が大量に含まれた条件でおこなわれています。火星の表層に水が存在していたことは明らかになっています。しかし、水（水素）が、核にまで大量に運ばれたのは、どのようなメカニズムなのかは、不明です。
　また、大量に核内に存在していた水素は、どこにいったのでしょうか。鉄かイオウの相に混じっているのでしょうか。それともマントルや火星外に放出されたのでしょうか。その時期やメカニズムはどのようなものでしょうか。
　また、核の存在は検証されていますが、軽いイオウの層があるかどうかは不明です。さらに、鉄やイオウが液相として存在しているのあれば、それぞれの層内で対流サイズは小さいですが、起こっているはずです。その対流では、なぜ磁場が発生しないでしょうか。
　水のあった地球でも、核は似た条件にあったことが想定されます。地球ではイオウの液相の存在は確認されていません。詳しく調べられているので、多分ないはずです。では、火星と地球の層構造の違いは、何によるのでしょうか。
　他にも課題はいろいろとありそうです。根拠をもった新しいシナリオができたので、そこから生じた次なる課題なります。研究は進展しているのです。

・感染対策・
対面授業がはじまっています。
やはり学生の顔を見ながらの授業がいいです。
一方、コロナ感染も身近に迫っているのも感じます。
大学の方針で感染対策をしているので、
身近に感染者が出ても濃厚接触にはなっていません。
怖がってばかりで、遠隔授業に戻るのも大変です。
空気感染が明らかになっているので、
いつ体内にウイルスが入ってくるかもしれません。
もう入っているのかもしれません。
だれがいつ発症してもおかしくない状態です。
体内に入っても発症しないで対処できる人もいるでしょう。

・ゴールデンウィーク・
北海道では、まだ少し残っていますが
根雪もだいぶ溶けました。
今年の春は少々遅めに来ています。
北海道では日々感染者が増加しています。
今後どなるかは不明です。
感染拡大で再度、まん延防止重点措置に
ならないことを願っています。
今年こそ、ゴールデンウィークには、
久しぶりに夫婦で温泉につかりながら
のんびりとしたいと考えているのですが。

2022年4月14日木曜日

4_159　火星研究への旅 4：火星の核

　火星に磁場がないことは、観測でわかっています。では、もともとなかったのでしょうか。どうすれば探ることができるでしょうか。地球の磁場の形成メカニズムが参考になります。

　次なる火星研究の旅は、火星の磁場と内部の核に向かいます。
　現在の火星には地球のような磁場がないことがわかっています。では、もととも火星には磁場がなかったのでしょうか。地球から考えていきましょう。
　地球に磁場が存在するのが、中心部の核を構成している金属の鉄の一部が液体として存在し、流動しているためだと考えられています。もし一般的に金属鉄の流動が、天体の磁場をもたらすのであれば、火星の核が液体の鉄として存在していれば、磁場があったことになります。
　現在の火星には核があると考えられています。探査機インサイトの観測では、火星の核の密度が推定され、鉄だけより密度が小さいことがわかってきました。密度が小さくなるためには、軽くする成分が混じっていることになります。その成分として、イオウ（以前から混じっていると考えられていた）の他に、水素も混じっているのではないかと、考えられるようになりました。
　液体鉄の核があるのに、火星では磁場が観測されていません。なぜでしょうか。その課題に対してひとつの仮説が提示されました。
　Nature Communicationsという科学雑誌に、東大の大学院生の横尾舜平さんたちが共同研究で
Stratification in planetary cores by liquid immiscibility in Fe-S-H
（Fe-S-H系での液体不混和による惑星核での成層）
を2022年2月に報告されました。
　「Fe-S-H系」と「液体不混和」が専門的でわかりにくい内容となっています。
　Fe-S-H系とは、核は主にはFe（Niもあります）からできていますが、Feの中に取り込まれる可能性がある成分としてS（イオウ）の他にH（水から由来した水素）があると考えられたためです。この推定は、昔の惑星（原始惑星と呼ばれるもの）の核を構成していた隕石（鉄隕石）からも支持されています。
　横尾さんたちは、Fe-S-Hの3つの成分を素材にして、高温高圧実験がおこないました。ダイヤモンドアンビルという装置を用いて、火星の核に相当する高温高圧条件を発生して合成実験がおこなわれました。
　40万気圧（火星コア中心部のる圧力）、3000 K以上に加熱すると、イオウと鉄が均質に混じっている状態になりました。温度が下がると、イオウと鉄が分離しました。分離は、液体の状態で起こっていきます。その状態を「液体不混和」と呼んでいます。
　この結果から、横尾さんたちは、火星ができてすぐの核では、高温なので均質の液体になっていたのが、時間経過で温度が下がっていき、イオウの液体が分離したと考えました。
　この実験から、火星の核と磁場に関して、どのようなことがわかってくるのでしょうか。それは次回としましょう。

・汚れた残雪・
北海道も暖かい日が訪れるようになってきています。
時々寒い日もあり、薄っすらと積雪もあります。
温度変化の激しい日々となっています。
暖かい日には、雪解けが進んでいきます。
しかし、例年にない積雪量なので、
まだいたるところに雪が残っています。
残雪は汚いので、景色はよくありません。
汚れた残雪も春が来ている証拠ですよね。

・対面と感染・
先週から大学では、対面での授業が復活しました。
大教室での大人数での授業をおこないました。
久しぶりの感覚ですが、いいですね。
一方で、コロナ感染が
身近にも迫ってくるようになりました。
身内や担当学生にも感染者が続いています。
対面授業はいいのですが、感染拡大はいやですね。
両立できないのがつらいですね。

2022年4月7日木曜日

4_158　火星研究への旅 3：20億年前の流水

　火星には液体の水が存在していました。いつまで存在していたのでしょうか。流水が存在していた時期に関して、新しい報告がありました。火星の地形と鉱物の観察データをもとにしています。

　火星は、地球より太陽から遠いところにあるのですが、表層環境さえ整っていれば液体の水が存在できる条件（ハビタブル・ゾーンと呼ばれている）に位置していました。火星は液体の水が存在できる条件にあり、実際に、水の流れてできた河川の地形や、河川が流れんでいるところや海岸など海の地形なども見つかっています。このような地形から、少なくとも誕生した時、火星には表層に水が存在していたことになります。
　厚い大気のある地球や金星と比べて、火星は半径も小さく、重力も小さいので、大気も薄くなっています。そのためでしょうか、現在では、火星の表面には、液体の水が恒常的には存在しない天体となりました。
　では、いつまで液体の水が火星表層に存在していたのか、また周期的であっても流水があったのかなどが問題です。それは、生命誕生から進化に至るまで、十分な期間、水が存在していたかどうかに繋がる重要な条件となるからです。
　そんな謎に対して、リースク（Ellen Leask）とエルマン（Bethany Ehlmann）さんたちの研究が報告されました。
　2005年にNASAが打ち上げられたマーズ・リコネッサンス・オービター（Mars Reconnaissance Orbiter、MROと略されています）は、2006年から火星周回軌道から観測をはじめました。高解像度カメラや高精度分光計、レーダーなどを用いて、火星の地形や鉱物の分布などが調べられました。河川、流水の地形や火山、大気による地形など、詳細な画像やデータがえられました。そのデータを元に研究が進められました。
　画像から多数の火山も発見されてきました。また、レーダーから数値標高モデル（緯度経度ごとの標高データ）から、詳細な地形がわかります。分光計による地層や鉱物の分布がわかってきました。固体表面のある天体ではクレーターの数密度から年代が推定されています。詳細な地形がわかれば、表層地形の形成年代がより精密に推定できるようになります。
　リースクさんたちは、塩の堆積物に注目して、その堆積場の地形を調べました。低地で河川が流れ込んでいるような地形のところに、塩が薄く堆積（3m未満）していました。河川は、氷床や永久凍土から、時々溶けて流れ出したもののようです。そこに塩が堆積しています。
　塩の堆積物は、23億年前に形成された火山地形にも見つかりました。火山や衝突クレータの年代から、塩の堆積、つまり流水の発生は、約20億～25億年前まであったことが判明した。これまでは、火星では、30億年前には水がなくなっていたと考えられていましたが、もっと永い期間、流水が形成されていたことになります。
　どれくらいの期間があれば、生物が誕生し、進化するかはまだわかっていません。また、火星の生物の痕跡も、まだ確実なものは見つかっていません。しかし、長い期間のほうが可能性が増えるはずです。

・火星画像・
素晴らしい火星の画像が
https://mars.nasa.gov/mro/multimedia/images/
で公開されています。
デルタ地形や流水の地形、風紋、クレータなど、
地球とは似て非なる詳細な画像があります。
一度のんびりと眺めながら、
遊覧飛行気分を味わってみていはいかがでしょうか。

・新年度の活気・
今年の北海道は雪が多かったので
4月でも至る所に雪が残っています。
しかし、暖かい日が回ってきましたので
雪解けも一気に進んでいます。
大学の入学式も終わり、ガイダンスがはじまっています。
対面授業も復活してきたので
キャンパスに学生が溢れて、
新学期のはじまりを久しぶりに味わっています。

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