Trace Gas Orbiter宇宙船は、火星の大気中のメタン濃度の世界的な制限を更新しました。これは、体積の1億5000万分の1に達しました。これは、他のオービターの結果の100分の1であり、ゲイルクレーターのメタン濃度を直接測定したキュリオシティローバーのデータの10分の1です。科学者によると、この不一致は以前の測定のエラーにのみ起因する可能性があります。記事はNatureに掲載されました。
現在、科学者は火星に生命が存在するかどうかを直接確認することはできないため、火星の活動の痕跡しか追跡できません。そのような痕跡の1つは、最も単純な有機化合物であるメタン（CH4）です。地球上では、大気中のメタンのほとんどは、湿地やより複雑な生き物（牛や人間など）の腸に生息する古細菌によって生成されます。原則として、メタンは、たとえば地球化学的プロセスの結果として、または宇宙線の影響下で、生物の関与なしに生成することもできます。しかし、紫外線からの保護が不十分な火星の大気では、メタン分子が急速に破壊されるため、その寿命は数百年を超えません。地質学的基準によると、これは非常に小さいです。したがって、火星にメタンがある場合、それは絶えず、そしておそらく有機生物の参加によって生成されます。メタンがバイオマーカーとして役立つことができる理由の詳細は、「火星に牛がいますか」という資料に語っています。
約20年前、火星を周回するマーズエクスプレス宇宙船は、惑星の大気中に少量のメタンを検出しました。測定されたガス濃度は約10ppbでした（不確かさは50％）。数年後、地上の分光計も、体積の約45±100億分の1のピーク濃度でメタン生成のバーストを記録しました。しかし、将来的には、急増は繰り返されませんでした。さらに、2012年以来、キュリオシティローバーは火星でメタンを定期的に発見しており、惑星の大気と岩石を直接分析しています。当初、ローバーも体積の約20〜90億分の1の濃度を受け取りましたが、データとより正確な測定値を調整した後、この値は体積の6億5000万分の1に低下しました。これにより、科学者は以前のデータの信頼性に疑問を投げかけています。幸いなことに、キュリオシティローバーと同時に収集された新しいマーズエクスプレスデータが最近公開され、ゲイルクレーターのメタン濃度の急上昇が独自に確認されました。この観測は、大気中にメタンが存在することを確認するだけでなく、その発生源も示しているように思われます。
火星の大気中のメタン濃度のすべての測定結果
しかし、Oleg Korablev（IKI RAS）が率いる科学者のグループは、これらすべての測定値に疑問を呈しました。研究者たちは、昨年4月から8月の間に収集されたTrace Gas Orbiter（TGO）からのデータを分析しました。 TGOは、微量ガス測定の精度を向上させるために、夕暮れと夜明けの大気の吸収スペクトルを測定する日食法を使用しています。これにより、捕捉されたスペクトルのノイズレベルを低減し、光線の光路を10倍（つまり、ガス濃度が測定される大気の体積）増加させることができます。 TGO測定は、ACSおよびNOMAD分光計を使用して実行されます。これらの分光計は、メタンが最も強く放射線を吸収する3.3マイクロメートルの領域をカバーします。 ACS分光計は、フランス、ドイツ、イタリアの専門家の支援を受けたロシア科学アカデミーの宇宙研究所のスタッフによって開発および構築されたことは注目に値します（TGOを含むExomarsプログラムは共同です）欧州宇宙機関とロスコスモスのプロジェクト）。
短期間の観測にもかかわらず、この装置は火星の表面からほぼ100ポイント上のメタンの濃度を測定することができました。ほとんどの測定値は周極領域を参照していますが、いくつかのポイントは赤道緯度もカバーしています。とはいえ、これらすべての時点で、TGOは、エラーを考慮して、ボリュームの1億5000万分の1以下の濃度しか受け取りませんでした。これは、Mars-Expressデータの100分の1であり、Curiosityデータの10分の1です。
TGO測定マップ。四角はゲールクレーターを示します
補正後の好奇心（黒い点）とTGOデータ（矢印）によって測定されたメタン濃度の季節変動
さらに、ローバーが単一の非常に大きなメタン放出ポイントに衝突したという仮定の下でも、それらを説明することはできません。確かに、数値計算は、火星の大気の高い循環率のために、メタンが2〜3か月以内に惑星全体に運ばれることを示しています。その結果、ゲールクレーターの仮想メタン源は、世界のメタン濃度制限を超えずに長時間稼働することはできませんでした。さらに悪いことに、クレーターの形状はメタンの貯蔵を助長していません。科学者によると、好奇心の測定値とその結果としての地球規模の限界は、ゲールクレーターのメタン源が24年以内に稼働しており、火星の唯一のメタン源であると仮定した場合にのみ調整できます。記事の著者によると、これは非常に非現実的な状況であるため、不一致の理由は測定誤差ではなく探さなければなりません。
Natureのグループの論文と同時に、TGO測定に基づく別の論文が発表されました。この記事では、Ann Vandaeleが率いる科学者のチームが、砂嵐が火星の大気の構成にどのように影響するかを分析しました。これを行うために、科学者は、高さ80 kmまでの塵、水、および「軽い重い」水（分子に1つの水素原子と1つの重水素原子を含む）の垂直分布を測定しました。その結果、科学者たちは、2018年5月30日の砂嵐の前に、「ライトヘビー」水が40 km以上の高さから事実上消失したことを発見しました。これは、水氷雲の形成を示しています。同時に、嵐の間、この濃度は再び増加しました-したがって、新しく形成された雲は熱くなり、溶けて崩壊しました。科学者によると、これらのプロセスは大気中の物質の循環をさらに加速させることができます。
H2O（a）、HDO（b）の体積濃度、および高さに応じたそれらの比率。さまざまな色の線は、5月30日の嵐に関連するさまざまな瞬間を表しています
メタンに加えて、ホウ素は火星の生命の存在を示しているかもしれません（少なくとも過去には）。一方では、この元素を含む地下の小川はしばしば暖かく、中性のpHを持ち、生命の出現に有利です。一方、水に溶解したホウ素は、最も単純な生物を構成するRNAの重要な成分であるリボースを安定化します。火星の土壌にこの元素が存在することは、2016年に軌道マルチスペクトルリモートセンシングデバイスを使用して初めて確認され、1年後、キュリオシティローバーが火星の土壌で直接発見しました。
