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千葉工業大学は9月7日、金星の表層が極度に乾燥している理由について、天体衝突が初期金星の水分を取り除いたとする新説を発表した。

同成果は同大学惑星探査研究センターの黒澤耕介 研究員によるもので、欧州科学雑誌「Earth and Planetary Science Letters」電子版に掲載された。

金星は地球とほぼ同じ質量であり、太陽からの距離も近いため、形成期の金星表層には地球の海水と同程度の水が存在していたと考えられている。しかし、現在の金星表層には地球の海水量の10万分の1しか水分が存在していない。金星表層の水の行方は、地球と金星がいかにして作り分けられたか、表層に液体の水を持つハビタブルプラネットがどのように作られるのかといった問題に直結する課題の1つとされている。

これまでの研究から、太陽に近い金星では海が蒸発し、水蒸気の大気が形成されていたとされる。この水蒸気は若い太陽からの強い紫外線で水素と酸素に分解され、軽い水素は宇宙空間に放出されたと考えられている。しかし、金星サイズの惑星から地球海洋相当量の水に含まれる酸素を宇宙空間に逃すことは難しいため、金星の表層水の行方は水蒸気の紫外線による分解と、水素の宇宙空間への散逸後に残された分厚い酸素大気をいかにして消費するかという問題に帰着するとされてきた。

形成末期の金星は現在の1万倍の頻度で天体衝突が起きていたと考えられている。この時期は天体重爆撃期と呼ばれ、水蒸気大気の光化学分解が進行する時期と重なっている。同研究グループは、天体衝突が金星の地殻・マントルを粉砕・掘削して、岩石塵を高温の初期金星大気中に放出し、その結果岩石塵と高温の酸素大気が反応し、岩石が酸化されることで大気から酸素が取り除かれたとする説を提唱。初期金星への天体重爆撃の数値モデルを構築し、天体重爆撃によって粉砕・掘削される岩石の総量を計算した。

その結果、大気に放出される岩石塵の総質量は現在の地球大気質量の1万倍におよび、原子金星においては主要な酸素消費源となり得ること、ならびに強い紫外線による宇宙空間への水素散逸効果と合わせると、金星表層から水分を消失させる可能性があることが示された。

初期地球にも金星と同程度の天体重爆撃があったと推定されるが、地球は太陽からの距離が金星よりもわずかに遠いため、水蒸気大気が凝縮して海洋を作り、紫外線による光化学分解を免れたと考えられる。この場合は、天体衝突によって岩石塵が大気中に放出されても、酸化反応が効率良く進むことはない。このことから、表層水が液体だったか気体だったかという形態の違いによって、天体重爆撃に対する表層環境の応答に違いが生じ、地球と金星が作り分けられたと推定されるという。

同研究グループは「今回の研究成果は形成末期の天体重爆撃が惑星の地殻・マントルと初期惑星大気を激しく混合させ得ることを示しています。莫大な量の岩石塵と惑星大気の間の化学反応は初期大気質量や組成を大きく変える可能性があります。金星の表層水の問題だけでなく、系外惑星の大気進化過程にも重要な役割を果たした可能性があることをも示唆する結果です。」とコメントしている。