火星の「クモ」はどのようにして誕生したのでしょうか?奇妙な地形の新たな説明

著者：シャオ・ロン

蜘蛛の形をした地形は火星特有のものです。この地形はどのようにして形成されたのでしょうか?なぜ「クモ」は火星の特定の場所にのみ出現するのでしょうか?科学者たちはこれらの疑問に答えるためにさまざまな仮説を提唱してきました。最近、科学者たちはこの謎の答えを発見したかもしれない。

火星表面の蜘蛛の形をした地形は、火星探査車によって観測された特殊な地形です。この地形の最初の高解像度画像は、2000年代初頭に欧州宇宙機関の火星探査機マーズ・エクスプレスによって撮影されました。

撮影された写真では、これらの蜘蛛の形をした地形がはっきりと確認できます。これらのクモのような構造は形態的に非常にユニークです。通常、中心から始まり、蜘蛛のように複数の細い放射状の枝を外側に伸ばします。それぞれの枝構造は、始まりから終わりまで数百メートルから千メートル以上にまで伸び、何百本もの細い「脚」を「伸ばす」ことができます。これらの特徴の色は、周囲の赤や茶色の火星の表面と対照的であることが多い。これは、これらの特徴には、蒸発した明るい霜の物質が含まれている可能性があり、そのため色が薄く見えることがあるためである。

さらに、これらの「クモ」地形は通常、「グループ」で出現します。

興味深いことに、このタイプの地形は地球には存在せず、火星に特有のものです。したがって、この特殊な地形の形成は、火星の特異な環境に関係しているに違いありません。科学者たちはこの謎の原因について、次のようなさまざまな仮説を提唱しています。

1つはドライアイスの昇華です。これは、冬に火星の表面をドライアイス（つまり固体の二酸化炭素）が覆い、その後気温が上昇して春にドライアイスが昇華（固体から直接気体に変化）することによって発生すると考えられています。この過程で蓄積されたガス圧が亀裂を通して放出され、放射状の溝が形成されます。

2 つ目は、氷の含有物の融解です。別の仮説では、これらの地形は火星の表面下の氷の含有物が融解し、表面の亀裂や溝から流れ出て放射状のパターンを生じさせることによって生じた可能性があるとされています。

3つ目は水による浸食です。一部の科学者は、蜘蛛の形をした地形は過去に火星で液体の水が流れたことと関係があるのではないかと示唆していますが、この理論は依然として議論の的となっています。

このうち、ドライアイスの昇華は一般的に受け入れられている理論ではあるが、実験的に検証されたことはない。

最近、科学者チームがシミュレーション実験を通じて、クモの地形のドライアイス昇華仮説を検証しました。

具体的にはどのようにやったのでしょうか?

惑星科学ジャーナルに掲載された新しい論文の中で、NASAジェット推進研究所の科学者らは実験研究の詳細を説明した。彼らは初めて、地上の実験室で火星の気温と圧力をシミュレートし、そのような条件下でのクモの構造の形成プロセスを再現しようとした。

火星の表面の気圧は極めて低く、気温はマイナス100度まで下がることが分かっています。火星の環境をシミュレートするために、科学者たちは真空氷環境ダーティテストベッド（DUSTIE）を使用しました。これは、火星の環境をシミュレートする、ワイン樽サイズの液体窒素冷却試験室です。今後はこれを「テストチャンバー」と呼ぶことにします。

彼らはまず、火星の土壌模擬物を液体窒素に浸した容器に入れて冷却し、次にそれを試験室に置き、二酸化炭素ガスを試験室に流し込んだ。二酸化炭素は3〜5時間以内にガスからドライアイスに凝縮されます。適切な特性を持つ氷の層を生成したら、模擬物質の下の試験室にヒーターを設置し、模擬土壌を加熱して割れるようにした。待つことしばらくすると、黒い粉状の物質はついに二酸化炭素ガスを噴出しました。

なぜこのように実験を設計するのでしょうか?これには、火星表面の周囲温度の変化と、その大気の組成が主に二酸化炭素であるという事実の両方が考慮されています。気温の変化は主に季節の変化によって引き起こされます。夏には、太陽光が氷の層を熱し、ドライアイスが昇華します。

では、火星の「クモ」の形成過程をどのように説明すればよいのでしょうか?

科学者たちは、毎年冬になると火星の表面に蓄積される透明な二酸化炭素の氷の層に太陽光が浸透すると、光が透明なドライアイスの層を直接通過し、その下の土壌を温めることを発見した。なぜこのようなことが起こるのでしょうか?これは、土壌の色が上にある氷よりも暗いため熱を吸収し、土壌に最も近い氷が液体になることなく直接二酸化炭素ガスに変わるためです。このプロセスは昇華と呼ばれます (固体から気体への直接的な変化。ドライアイスの「煙」の雲を生成するのと同じプロセスです)。この実験では、太陽光による加熱の代わりに、土壌を下から加熱することにしました。

ドライアイスが昇華し続けると、氷の下のガス圧が上昇し、最終的には上部の氷が割れてガスが逃げるようになります。ガスが上方に染み出ると、土壌から黒い塵や砂の煙を巻き上げ、氷の表面に堆積します。

この理論によれば、これらの小規模な噴火は、冬から春に変わる頃に残りの氷が昇華したときに、蜘蛛のような跡を残したという。風が強かったり砂嵐があったりすると、風下側に黒い塵が降り注ぎますが、これはクモの生息地でもよく見られる現象です。

全体として、この実験により、ドライアイスの昇華によってクモの地形を形成できることが予備的に検証されました。

しかし、火星の「クモ」の形成については、実験室では答えられない疑問がまだ多く残っています。

たとえば、なぜ火星のある場所では形成され、他の場所では形成されないのでしょうか?これらが季節の変化によって引き起こされるのであれば、なぜ時間の経過とともに数や大きさが増加しないように見えるのでしょうか?おそらく、今後さらに研究が進めば、人々は火星の「クモ」をこの赤い惑星を理解するためのユニークな窓として利用できるようになるだろう。