火星は2つの惑星の衝突で生まれたが、まだ完全には混ざっていなかった

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  • 地球で見つかる火星の2つの隕石を分析したところ、異なる2つの水源の存在が明らかになった
  • 分析の結果では火星のマントルは、地球のように1つに混合されていないこともわかった
  • 火星は水分量の異なる、2つの惑星がぶつかってうまく混ざらずに形成された可能性がある

地球では、数多くの火星からやってきた隕石が見つかっています。

この火星の隕石からは、火星の歴史について知ることができます。

新たな研究は、シャーゴッタイトと呼ばれる火星隕石グループを分析したところ、火星の水には少なくとも全く異なる2つの起源が存在することを明らかにしました。

火星は水分含有量が大きく異る2つの惑星が衝突して、完全には混ざり合わずに誕生した可能性があるのです。

このことは、火星の太古の様子を理解するために重要な事実です。

この研究は、NASAのジョンソン宇宙センターの研究者Jessica J. Barnes氏を筆頭とした国際研究チームより発表され、地球科学などを取り扱う査読付き学術雑誌『Nature Geoscience』に3月30日付けで掲載されています。

Multiple early-formed water reservoirs in the interior of Mars
https://www.nature.com/articles/s41561-020-0552-y

2つの隕石

火星の歴史を知るために、研究者たちは2つの隕石を比較調査しました。

ALH84001./Credit: JSC, NASA

1つはアランヒルズ(ALH)84001と呼ばれる、有名な火星隕石です。

これは1984年に南極で発見された1.9kgほどの隕石で、45億年前に火星の溶岩から生成されたもので火星とほぼ同年代です。

これは1600万年ほど前に火星に落下した小惑星の衝撃で吹き飛ばされ、紀元前11,000年頃、南極大陸に落下したと推定されています。

火星隕石「NWA 7034」。別名「Black Beauty」。/Credit: NASA

もう1つはブラックビューティーの別名を持つ「ノースウエストアフリカ(NWA)7034」という火星隕石です。

こちらは2011年にサハラ砂漠で発見された重さは320gの隕石で、約21億年前に急冷された溶岩から形成されたと推定されています。

この隕石は、これまで発見されている火星隕石とは組成が異なっており、古代の火星表面の様子を伝えています。

これは新しい火星隕石のカテゴリーを作るきっかけにもなった隕石です。

今回の研究チームは「二次イオン質量分析法」というものを用いて、隕石中に含まれる水素同位体の比率(D/H比)について調査しました。

D/Hとは重水素と軽水素の比率を示しています。

上の2つの隕石は、どちらも火星の地殻が由来だと判明しています。特にブラックビューティーは、吹き飛ばされた様々な地点の岩石が集まったもので、火星の歴史上の様々な地表の情報を含んでいます。

チームはこの隕石の分析結果と、最近NASAの火星探査機キュリオシティが収集したデータを比較しましたが、火星の40億年近い歴史において、地殻の水素同位体比はほとんど変化がありませんでした。

長い時間が経過しても、地殻が変化しないというのはちょっと奇妙なことです。

動かない2つのマントル

さらに、これまで飛来した他の隕石についても研究チームは分析を行いました。

ここで確認されたのは、主にマントル由来とされるシャーゴッタイトと呼ばれるカテゴリーの火星隕石です。

ここでは劣化したシャーゴッタイトと濃縮されたシャーゴッタイトが比較されました。

その結果濃縮されたシャーゴッタイトは地球に似たD/H比だったのに対して、劣化したシャーゴッタイトは重水素が多くなっていました。

こうした事実は、火星に最低2つの水の起源が存在していて、しかも内部で完全に混ざっていないことを示しています。

火星の現在の水素貯留量を示す図。円グラフは、地殻(C)、マントル(M)、大気と極点の氷(A)に含まれる水の質量割合を示している。マントルに含まれる水の質量は、劣化シャゴッタイト(DS)と濃縮シャゴッタイト(ES)の合計。Credit:Barnes et al, doi: 10.1038/s41561-020-0552-y.

これまで、火星の隕石に見られる水素同位体のばらつきは、火星を離れ地球に飛来する過程で汚染されたことが原因で、基本的には地球と火星の内部構造は似たような状態だと考えられていました。

しかし、どうやらこれは火星内部は、形成時に衝突した2つの惑星マントルに分かれていて混ざっておらず、地球のような地殻活動が行われていない可能性を示しているというのです。

火星は思った以上に地球とは異なる構造をしているようです。これは今後火星の歴史を理解するためにも、重要な情報になるでしょう。

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reference: sci-news, / written by KAIN
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