なぜ科学者たちは NASA の火星サンプル管内の空気に興味を持っているのでしょうか?

が収集したすべての岩石と土壌のサンプルに隠されています。 NASAパーサヴィアランス探査機は、大気科学者にとって潜在的な恩恵をもたらします。

NASAの粘り強さ 火星 探査車は火星から岩石コアや大気ガ​​スなどのサンプルを収集し、最終的に地球に帰還します。 これらのサンプルは、火星の大気とその進化に関する重要な洞察を提供する可能性があり、おそらく数十億年前の微生物の存在を明らかにします。 特にガスサンプルは、微量ガスや地球の古代気候に関する貴重なデータを提供する可能性があり、これは地球の大気の歴史と比較し、将来の火星への有人ミッションの情報を提供するのに役立ちます。

火星のサンプルコレクション

NASA の火星探査機「パーサヴィアランス」がチタン製サンプリング チューブに封入する岩石のコアをひとつひとつ見ると、大気科学者たちはさらに興奮します。 これらのサンプルは、火星サンプルリターンキャンペーンの一環として最終的に地球に届けられるよう収集されます。 24 これまでに撮影したもの。

これらのサンプルのほとんどは岩石コアまたは岩石破片（砕けた岩石や塵）で構成されており、地球の歴史や数十億年前に微生物が存在したかどうかについての重要な情報が明らかになる可能性があります。 しかし、一部の科学者は、チューブ内の「ヘッドスペース」、つまり岩石物質の周囲の追加の部屋の空気を研究できるという見通しに興奮しています。

彼らは、大部分が二酸化炭素で構成されている火星の大気について、さらに詳しく知りたいと考えていますが、火星の形成以来存在していた可能性のある微量の他のガスも含まれている可能性があります。

この画像は、NASA の火星探査機パーサヴィアランスの掘削装置内にあるサンプル管内のチョークほどの大きさの岩石コアを示しています。 探査機がチューブを閉じると、空気はチューブ内の余分な空間に閉じ込められます。ここでは岩の上の小さな隙間 (「ヘッドスペース」と呼ばれます) に見られます。 画像出典: NASA/JPL-カリフォルニア工科大学/アリゾナ州立大学/MSSS

マーズヘッドスペースからの洞察

南カリフォルニアにあるNASAのジェット推進研究所（JPL）の惑星科学者ブランディ・キャリアー氏は、「火星からの大気サンプルは、現在の気候や大気だけでなく、それらが時間の経過とともにどのように変化したかについても教えてくれるだろう」と語った。 「それは、私たちの気候とは異なる気候がどのように進化するかを理解するのに役立ちます。」

地球に持ち込むことができるサンプルのうち、サンプル保管庫の一部として火星の表面に堆積されたガスで満たされたチューブは 1 つだけです。 しかし、探査機のアレイ内のはるかに大量のガスは、岩石サンプルのコア空間内に存在します。 これがユニークなのは、地球上の実験室でサンプルが開けられて分析されるまで、何年もの間、ガスがチューブ内の岩石物質と相互作用するためです。 科学者たちがそれらから抽出したものは、火星の表面近くで渦巻く水蒸気の量についてのアイデアを与えるでしょう。これは、地球上のどこで氷が形成されるのか、そして火星の水循環が時間の経過とともにどのように進化したかを決定する要因の1つです。

ここに見られるのは、NASA の火星探査車パーサヴィアランスによって収集された火星表面のサンプルを、他のチューブとともに「サンプル保管庫」に保管した後、入っている密閉されたチューブです。 他の充填されたサンプル チューブは探査機内に保管されます。 画像出典: NASA/JPL-カリフォルニア工科大学

微量ガスと古代大気の比較

科学者たちはまた、火星の大気に含まれる微量ガスについてもより深く理解したいと考えています。 科学的にさらに興味深いのは、希ガス (ネオン、アルゴン、キセノンなど) の発見でしょう。希ガスは非常に反応性が低いため、数十億年前に形成されて以来、変化せずに大気中に存在していた可能性があります。 これらのガスが捕捉されれば、火星が大気から始まったかどうかが明らかになる可能性がある。 (古代の火星には今日よりも厚い大気がありましたが、科学者たちはそれが常に存在していたのか、それとも後で発達したのかは不明です。) また、この惑星の古代の大気と初期の地球の大気がどのように比較されるかという大きな疑問もあります。

さらに、ヘッドスペースは、塵粒子のサイズと毒性を評価する機会を提供し、将来の火星飛行士に役立つ情報となります。

「ガスサンプルは火星の科学者たちに多くのことを提供してくれる」とヒューストンにあるNASAのジョンソン宇宙センターの地球化学者ジャスティン・サイモン氏は語る。彼は探査車がどのサンプルを収集すべきかの決定を支援する十数人の国際専門家からなるグループの一員である。 「火星を研究していない科学者でも、惑星がどのように形成され進化するのかが明らかになるので、興味を持つでしょう。」

アポロの空気サンプル

2021年、NASAの科学者を含む惑星研究者のグループは、月から鋼鉄の容器に入れて運ばれた空気を研究した。 アポロ17号 約50年前の宇宙飛行士。

「人々は月には空気がないと考えていますが、その大気は非常にもろく、時間の経過とともに月表面の岩石と相互作用します」とジョンソン研究所でさまざまな惑星サンプルを研究しているサイモン氏は言う。 「これには、月の内部から漏れ出て月の表面に集まる希ガスも含まれます。」

ガス分析のための実験室技術

サイモンのチームが研究のためにガスを抽出した方法は、パーサヴィアランスの空気サンプルで行うことができる方法と似ています。 まず、未開封の容器を密閉容器に入れます。 次に、針で鋼鉄に穴を開けてガスを抽出し、コールド トラップ（凝固点の低い窒素などの液体中に伸びる U 字型の管）に入れました。 液体の温度を変えることにより、科学者たちはコールドトラップの底でより低い凝固点を持ついくつかのガスを捕捉することができました。

「この方法でガスを処理しているプラ​​ントはおそらく世界中で 25 か所あります」とサイモン氏は言います。 同氏は、このアプローチは惑星物質の起源の研究に使用されるほか、温泉から放出されるガスや活火山の壁から放出されるガスにも適用できると付け加えた。

当然のことながら、これらの供給源は、パーサヴィアランスがサンプル チューブに供給するよりもはるかに多くのガスを供給します。 しかし、1 つの管に所定の実験に十分なガスが入っていない場合、火星の科学者は複数の管からのガスを組み合わせて、より大きな結合サンプルを得ることができます。これは、科学に追加の機会を提供するもう 1 つの方法です。

NASAのパーサヴィアランス火星探査車

NASA のパーサヴィアランス探査車は、マーズ 2020 ミッションの一部であり、火星の表面を探索するために設計された先進的な移動実験室です。 探査機は2020年7月30日に打ち上げられ、2021年2月18日に火星のジェゼロ・クレーターに着陸した。パーサヴィアランスの主な任務は、古代生命の痕跡を探索し、可能性のある岩石やレゴリス（砕けた岩石や土壌）のサンプルを収集することである。戻る。 地面へ。