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隕石は月に極めて薄い大気を与える

拡大する / 月面上の LADEE ミッションのアーティストによる描写。 月には、重力場が弱いため、大気があまりないかもしれない（数十億年前に相当量の大気があったかどうかは議論の余地がある）。しかし、隕石の衝突により、現在は希薄な大気（外気圏とも呼ばれる）を維持していると考えられている。 月は誕生から45億年の間、宇宙の岩石から激しい衝突を受け続けている。MITとシカゴ大学の研究者らは、アポロ時代の宇宙飛行士が採取した月の土壌サンプルから、巨大な隕石から塵粒ほどの大きさしかない微小隕石に至るまで、隕石が外気圏に原子を絶え間なく放出してきた証拠を発見した。 これらの原子の一部は宇宙に逃げ、残りは地表に落ちますが、月の上に残った原子は薄い大気を作り出し、さらに多くの隕石が地表に衝突するにつれてその大気は補充され続けます。 「長い時間スケールで見ると、微小隕石の衝突による蒸発が月の大気中の原子の主な発生源である」と研究者らは最近サイエンス・アドバンス誌に発表された研究で述べている。 発売準備完了 NASA が 2013 年に月周回衛星 LADEE (月大気・ダスト環境探査機) を月に送ったとき、そのミッションは月の大気の起源を解明することを目的としていました。LADEE は流星群の間に大気中の原子の増加を観測し、衝突が大気と何らかの関係があることを示唆しました。しかし、衝突エネルギーを拡散大気に変換するメカニズムについては疑問が残りました。 これらの答えを見つけるために、MIT地球・大気・惑星科学部のニコール・ニー教授率いるMITとシカゴ大学の研究者チームは、微小隕石の衝突の影響を最も受けやすい月の土壌中の元素の同位体を分析する必要があった。彼らはカリウムとルビジウムを選択した。 カリウムイオンとルビジウムイオンは、衝撃蒸発とイオンスパッタリングという 2 つのプロセスに特に影響を受けやすい傾向があります。 衝撃蒸発は、粒子が高速で衝突して大量の熱を発生させ、その熱によって原子が励起されて、その中の物質が蒸発し、飛び散ることによって起こります。イオンスパッタリングは、高エネルギーの衝撃によって原子が蒸発することなく解放される現象です。イオンスパッタリングによって放出される原子は、衝撃蒸発によって放出される原子よりもエネルギーが高く、動きが速い傾向があります。 どちらも、隕石の衝突の後に月の大気を作り出し、維持することができます。 では、イオンスパッタリングによって大気中に放出された原子にエネルギー上の利点があるのなら、なぜ研究者は大気中の原子のほとんどが実際には衝撃による蒸発から来ていることを発見したのでしょうか? 着陸に戻る NASA が提供した月の土壌サンプルでは、カリウムとルビジウムの軽い同位体と重い同位体がすでに定量化されていたため、リー氏のチームは計算を使用して、どの衝突プロセスがさまざまな同位体が大気圏から逃げるのを防ぐ可能性が高いかを判断しました。 研究者らは、イオンスパッタリングによって大気圏に放出された原子は、非常に高いエネルギーで高速で飛ばされるため、しばしば脱出速度（すでに弱い月の重力から逃れるために必要な最低速度）に達し、宇宙空間へと飛び続けることを発見した。結局、大気圏にたどり着いた原子は、大気圏から失われることもある。 衝突蒸発後に脱出速度に達する原子の割合は、それらの原子の温度に依存します。衝突蒸発に関連するエネルギー レベルが低いと温度も低くなり、原子が脱出する可能性も低くなります。 「衝突蒸発は月の大気の主な長期的発生源であり、大気の65％以上を占めている可能性がある。 [potassium] 「原子によるスパッタリングが残りを占め、イオンスパッタリングが残りを占める」とリー氏と彼女のチームは同じ研究で述べている。 月の大気から原子が失われる方法は他にもある。外気圏に残るのは主に軽いイオンで、重すぎるイオンは地表に落ちてくる。その他のイオンは太陽風からの電磁放射によって光イオン化され、太陽風の粒子によって宇宙に運ばれることが多い。 月の土壌から月の大気についてわかったことは、他の天体の研究にも影響を与える可能性がある。衝突による蒸発によって、月よりも薄い水星の外気圏に原子が放出されることはすでにわかっている。将来、サンプルリターンミッションで地球に着陸する可能性のある火星の土壌を研究することで、隕石の衝突が火星の大気にどのような影響を与えるかについて、より深い洞察が得られるかもしれない。 有人月面探査の新時代が近づくにつれ、月は大気がどこから来てどこへ行くのかについて、さらに多くのことを教えてくれるかもしれない。 サイエンス・アドバンス、2024年。DOI:…