Enigmatic Mercury Will Remain A Puzzle Until Someone Sends A Lander

水星は依然として太陽系の中で最もとらえどころがなく、研究が難しい惑星の1つです。私たちの最も内側の惑星である水星に着陸するよりも、土星や木星の氷の衛星、さらには冥王星に探査機を送る方が簡単です。

地上の光学天文台は、すぐ近くにある明るい太陽のまぶしさの下で光学系に損傷を与える可能性もなく、水星に視線を向ける危険はありません。したがって、私たちの内部太陽系にある惑星の中で、水星はおそらく最も探求されておらず、最も誤解されているままであると言えます。

NASA のマリナー 10 号は、1974 年から 1975 年にかけて水星のフライバイを 3 回実施しました。これに続いて、2011 年に NASA のメッセンジャーによる水星への軌道投入が行われ、約 4 年間にわたって水星を周回することに成功しました。

しかし、欧州宇宙機関と日本の宇宙機関が長らく待ち望んでいた水星へのベピコロンボ共同ミッションにもかかわらず、誰かが着陸船を送る方法を見つけ出すまで、この奇妙な小さな世界の難題は解決しそうにない。つまり、安全に着陸し、水星の表面組成とその内部をより明確に示すデータを返すのに十分な時間機能することができるものです。

来月下旬に軌道投入が予定されているベピコロンボは、現時点ではこの惑星に関する新しいデータを取得できる唯一のチャンスです。ただし、科学データの収集は2027年4月まで開始されないと予想されている。

セントルイスのワシントン大学の惑星科学者ポール・バーン氏は、ベピコロンボの後は何も計画されていないと電子メールで語った。しかし、たとえそれが技術的に難しく高価な計画であっても、着陸船は水星探査における次の当然のステップである、とバーン氏は語った。

着陸船ミッションがなければ、マーキュリーの主要な科学パズルは残ることになる。

それらには次のものが含まれます。

— この惑星の不釣り合いに大きい鉄分が豊富な核は、惑星の半径の約85パーセントを占めると考えられています。

バーン氏によると、巨大な鉄核を持っていると思われる、はるかに大きく、より巨大な岩石質の系外惑星の証拠が見つかり始めているという。そこで彼は、水星は一度限りの異常現象なのか、それとも私たちが思っているよりも一般的な惑星の結果なのか疑問に思っています。

大きな金属コアの存在を説明するために、2 つの主要な仮説が定式化されています。

1 つ目は、水銀が金属を豊富に含む構成要素から降着したと仮定しています。ワシントン DC にあるカーネギー研究所のスタッフ科学者で高圧実験者のアン・ポミエ氏は、地球などの他の惑星と比べてこう語った。 2つ目は、水星は当初は現在よりも大きく、地殻とマントルの核の比率が地球に近かったと考えている、とポミエ氏は語った。

しかし、ベピコロンボの磁力計の共同研究者であるポミエ氏は、大きな衝突によって水星の岩石マントルの大部分が剥ぎ取られ、異常に大きな鉄の核が残った可能性が高いと語った。

しかし、大きな金属コアの存在を説明するのは依然として困難です。水星は惑星形成に関する私たちの理解に疑問を投げかける、とポミエ氏は言う。

— 地球を除けば、太陽系の中で地球規模の磁場を持つ唯一の岩石惑星は水星です。

ポミエ氏によると、水星の磁場は地球に比べて弱く、その磁場は核の液体部分で発生すると考えられているという。この継続的な運動により電流が発生し、それが磁場ダイナモを生み出し、それは数十億年間持続できると彼女は言います。

地球規模の磁場

水星は現在、地球の表面磁場よりも約100倍弱い、表面で主に双極性の地球規模の磁場を生成していると、同誌に掲載された2024年の論文の著者らは述べた。 地球惑星科学レター 注記。 37億年から39億年と推定される地殻の残留磁化は、水星の歴史の初期にダイナモが作動していたことを示唆している、と著者らは指摘する。

水星には、非常に限られた量の酸素、水素、ナトリウム、ヘリウムで構成される希薄な外気圏があります。

しかし、水星がたとえ弱い磁場を持っていたとしても、なぜ実際の大気を保持できないのでしょうか?

磁場があるだけでは十分ではありません。磁場は大気を補充するのに十分な大きさが必要で、大気が吹き飛ばされないように星から十分遠く離れている必要があるとバーン氏は言います。水星は太陽に比較的近いため、太陽風の影響を受けることになる、と同氏は言う。

水星自体が縮小している

ポミエ氏によると、地表には地球が縮小している証拠もあるという。このプロセスはおそらく炉心の冷却によるものだが、よく理解されていない、と彼女は言う。

— 最後に、水星はその表面の広い範囲を覆うある種の謎の低反射率物質を持っています。

この材料には、グラファイトのような内生炭素が含まれている可能性があります。

一部のクレーターでは、他の堆積物の層の下に隠れていると予想されるため、その存在は表面と地下の両方にあるとポミエ氏は言う。その起源に関する仮説の1つは、水星の歴史の初期に、マグマオーシャンの結晶化の一部として形成されたというものである、と彼女は言う。

NASA のメッセンジャー (水星表面、宇宙環境、地球化学、測距) 探査機は、2008 年 10 月 6 日に、人間の目で見える水星の真の色に近い、左の画像を撮影しました。右の誇張された色の表示では、可視光と近赤外の 11 個のフィルターすべてを使用して、微妙な色の違いを強調し、地質学者が異なる組成の領域をマッピングするのに役立ちます。色の境界、色の傾向、および明るさの値の性質は、メッセンジャーの地質学者が地表上の個別の領域 (または「単位」) を理解するのに役立ちます。クレジット: NASA/ジョンズ・ホプキンス大学応用物理研究所/ワシントン・カーネギー研究所

ユニークなグラファイトの風景?

このグラファイトは、かつて地球上に広く広がっていたおそらく薄い炭素に富んだ浮選地殻の残骸である可能性がある、とバーン氏は言う。時間の経過とともに、地表の火山活動だけでなく、相次ぐ衝突によって地殻物質がかき混ぜられ、再分布することによって、この黒鉛が豊富な地殻のほとんどは、埋められたり、再加工されたり、宇宙に除去されたりした、と彼は言う。

ここ地球上に既知の水星隕石は存在しますか?

ポミエ氏によると、一部の隕石（エンスタタイト コンドライトなど）が水星から来た可能性があることがいくつかの研究で示唆されているにもかかわらず、地球上で水星からの隕石が公式に確認されたものは現在存在していません。

しかし、これが地球への着陸が非常に重要である理由の 1 つです。

水星に着陸し、その場で化学分析を実施すれば、世界の現在の隕石コレクションの中で何を探すべきかについて、より良いアイデアが得られるだろうとバーン氏は言う。これらのコレクションには、認識されていない水星の破片が既に存在している可能性は確かにある、と彼は言う。

課題は、飛行中の時間と、軌道投入と着陸を成功させるために宇宙船の速度を落とすのに必要なエネルギーです。太陽の重力井戸の奥深くに落下するには、速度の大幅な変化 (またはデルタ V) が必要で、探査機を冥王星に送るのに必要なエネルギー量を上回ります。

2020年のNASAの惑星ミッションコンセプト研究では、着陸船ミッションは水星の日没の約30時間前に着陸するまでに10年間の巡航段階があると指摘している。この着陸船は、地球日数で約88日にわたる水星の夜に完全に稼働するという構想だ。着陸船はLEDライトを使用して水星の表面を撮影し、惑星のナトリウム大気圏からの拡散光によって支援される可能性もある。

結論は?

着陸船はまず水星の表面に静かに着陸しなければなりません。

大気圏がない場合、着陸船は逆噴射ロケットのみに頼ることができます。私たちは月でそれを行った経験がありますが、水星の重力は約2倍高いとバーン氏は言います。したがって、課題はより大きく、月や火星に向かうよりもはるかに長い航行段階の後に必然的に起こるだろうと彼は言う。

出典:

アン・ポミエ

ポール・バーン

2024 年地球惑星科学レター

2020 NASA 水星コンセプト研究