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金星」は地球の双子や兄弟星と呼ばれるほどに、直径や質量といった基本的な性質が似ています。しかし、その表面の様子はとても似ているとは言えません。97%が二酸化炭素で構成された分厚い大気のもたらす猛烈な温室効果によって金星の表面温度は460℃に達しており、そのうえ表面気圧は地球の90倍もあります。

当然ながら水は液体の状態では存在できず、金星の表面は乾ききっており、金星表面の乾燥度は地球で最も乾燥しているアタカマ砂漠の更に100倍とも言われています。

【▲図: かつての金星は、地球と同じように水を湛えていたと推定されているが、その量や継続期間については大きな謎がある。 (Image Credit: NASA) 】
【▲図: かつての金星は、地球と同じように水を湛えていたと推定されているが、その量や継続期間については大きな謎がある(Credit: NASA)】

しかし、金星の表面は昔からこのような環境ではなかったと推定されています。過去の金星の気候はもう少し穏やかであり、地球の海のように豊富な液体の水が存在したのではないか、とも推定されています。

ただし、その水がいつまで存在したのかは長年の謎でした。金星は探査で得られた情報が限られていることや、似たような大気を持つ天体が太陽系には存在しないため、過去の気候を推定する材料に欠けているからです。

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しかし、多くの研究では液体の水はかなり長い期間存在しており、推定の中には今から7億1500万年前まで水が存在していた、とするものまであります。これは、地球に多細胞生物が誕生した約6億年前とほぼ同じ時期となります。

ところで、過去の金星の水について推定する上では、金星の大気に含まれる酸素分子 (O2) が手掛かりとなります。水が蒸発して大気の上層部に昇ると、太陽から届いた紫外線によって酸素分子と水素分子に分解されます。水素は非常に軽いのですぐに宇宙空間へと逃げ出しますが、酸素分子は金星の重力で引き留めることが可能であり、ほとんど逃げ出すことはありません。

つまり、金星の大気に含まれる酸素分子は、過去の金星の水の量を推定する手掛かりとなり得るのです。しかし、金星の大気に含まれる酸素分子と水蒸気は極めてわずかなものです。金星の表面に存在していた水がかなり少なかったと仮定しても、従来のモデルでは現在の大気に含まれる水蒸気や酸素分子の量を説明することができないため、大きな謎となっていました。

シカゴ大学のAlexandra O. Warren氏とEdwin S. Kite氏の研究チームは、過去の金星の水の量に関して、異なるパラメータを持つモデルを構築して推定を行いました。特に重点を置いて設定されたパラメータは分解した水から生じた「酸素分子の運命」で、「火山から放出された炭素と結合して二酸化炭素になった」「宇宙空間に逃げ出した」「マグマと結合し、酸化物として地中に固定された」の3種類のルートが想定されています。それぞれの酸素分子の運命の寄与度と、最初に存在した水の量を変更しながら、研究チームは合計9万4080回もの計算を実行しました。

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その結果、現在の金星の大気中の酸素、水、一酸化炭素の各濃度と一致する計算結果は全体の0.4%未満しかなく、わずか数百回分であることがわかりました。特に、酸素分子が大気から失われた理由のほとんどは、宇宙空間に逃げ出した結果であることがわかりました。

火山と関連する2つの運命のうち、火山から放出される炭素と結合して二酸化炭素となるというルートはほとんど無視できるほど小さいことがわかりました。また、もう1つのマグマと結合したルートも、酸素の量にはかなりの制限があることがわかりました。地下からマグマが噴出すると、カリウム40というカリウムの放射性同位体が金星の表面へと持ち上げられます。やがてカリウム40は崩壊して貴ガスのアルゴン40になり、金星の大気中に留まります。

現在の金星の大気に含まれるアルゴン40の量は、過去の金星で起きた火山活動の活動度に上限を与え、極端すぎる噴火の可能性を低くします。これらの理由により、そもそも金星の大気から失われた酸素分子はそれほど量が多くなく、従ってその源である水もそれほど多くなかったことがわかります。

今回の推定では、過去の金星に存在した海の平均水深は300mであり、地球の平均水深である3700mの10%未満であることや、今から約30億年前には全て蒸発したことが推定されました。これは、金星の誕生以来現在までの歴史の約70%が乾燥した状態であることを示しています。

一方、ほとんどのモデルが計算に成功しなかったという今回の結果は、金星のデータが全体的に不足していることにより、きちんとしたモデルが組めていないことも示しています。

アメリカ航空宇宙局(NASA)や欧州宇宙機関(ESA)などで現在計画されている金星探査ミッションが実施されて観測データが増えれば、より良い過去の金星のモデルが構築される可能性があります。

 

Source

  • Alexandra O. Warren & Edwin S. Kite. “Narrow range of early habitable Venus scenarios permitted by modeling of oxygen loss and radiogenic argon degassing”. (Proceedings of the National Academy of Sciences)
  • M. J. Way, et.al. “Was Venus the first habitable world of our solar system?”. (Geophysical Research Letters)
  • Michelle Starr. “Oceans May Have Once Graced Venus Before It Became a Hell Planet”. (Science Alert)
  • Jeff Nagle. “New Study Shows Venus Likely Didn't Have Ancient Oceans for Long”. (Inverse)
  • Justin Jackson. “Venus could have had oceans long after life started on Earth” (Phys.org)

文/彩恵りり

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