地球外物質

地球外物質とは、現在地球上にある宇宙起源の自然物を指します。このような物質には、宇宙塵や隕石のほか、月、小惑星、彗星からのサンプルリターンミッションによって地球に持ち込まれたサンプル、太陽風粒子 などがあります。

地球外物質は、太陽と太陽系を形成したガスと塵の原始的な組成を保存しているため、科学にとって価値があります。

地球上で研究される地球外物質は、いくつかの広いカテゴリーに分類できます。

1. 大気圏突入時に蒸発するには大きすぎるが、破片が地上に残るには十分小さい隕石。その中には、小惑星やカイパーベルト、月や火星から来たと思われる標本も含まれる。
2. ロボットや有人月面探査機によって地球に持ち込まれた月の岩石。
3. 地球上、地球の成層圏、低地球軌道に集められた宇宙塵。現在の惑星間塵雲や彗星からの粒子が含まれている可能性が高い。
4. 彗星、小惑星、太陽風からのサンプルリターンミッションによって収集された標本。これには、現在の星間物質からの「星屑粒子」が含まれます。
5. 太陽系の形成以前のプレソーラー粒子（隕石や惑星間塵粒子から抽出） 。これらは最も純粋で貴重なサンプルです。

地球上で収集された地球外物質の例には、宇宙塵や隕石などがある。地球で発見された隕石の中には、月^[1]、 火星隕石^[2]、^[3] 、ベスタのHED隕石^[4 ]など、他の太陽系の天体に由来するものもある。^[5]別の例としては、低地球軌道から塵を収集した 日本のたんぽぽ計画がある。 ^[6] 2019年、研究者らは南極で星間塵を発見し、これを局所星間雲に関連付けた。南極での星間塵の検出は、高感度加速器質量分析法による放射性核種Fe-60とMn-53の測定によって行われ、Fe-60は最近の超新星起源の明確な特徴である。^[7]

現在までに、月の岩石のサンプルはロボットや有人探査機によって収集されている。彗星ワイルド2（ジェネシス・ミッション）と小惑星イトカワ（はやぶさミッション）にはロボット宇宙船がそれぞれ訪問し、サンプルを地球に持ち帰った。また、太陽風のサンプルもロボットによるジェネシス・ミッションによって持ち帰られた。^{[8] [9]}

現在のサンプルリターンミッションは、小惑星ベンヌへのオシリス・レックス^{[10] [11]}と小惑星リュウグウへのはやぶさ2 ^[12]である。月、火星、火星の衛星へのサンプルリターンミッションが複数計画されている（サンプルリターンミッション#ミッション一覧を参照）。

サンプルリターンミッションで得られた物質は、純粋で汚染されていないとみなされ、その保管と研究は、サンプルが地球の汚染や大気との接触から保護される専門施設で行われなければならない。^{[13] [14] [15] [16]}これらの施設は、サンプルの完全性を維持し、地球を潜在的な生物学的汚染から保護するために特別に設計されている。制限天体には、過去または現在に微生物が居住可能な環境があったと疑われる惑星や衛星が含まれるため、極めて生物学的に危険なものとして取り扱われなければならない。^{[17] [18]}

地球上で分析されたサンプルをリモートセンシングの調査結果と照合することで、太陽系を形成したプロセスについてさらに深い洞察を得ることができます。

現在の元素存在比は、太陽系が太陽の形成時に地元の元素合成源からのいくつかの原子とともに受け継いだ（進化する）銀河平均元素存在比セットに重ね合わされている。 ^{[19] [20] [21]}これらの平均的な惑星系の元素存在比に関する知識は、惑星の形成とその表面の進化に関与する化学的および物理的プロセスを追跡するためのツールとして役立っている。^[20]

同位体存在比は、分析対象物質の起源、変遷、地質年代を知るための重要な手がかりとなる。^[22]

地球外物質は、広範囲の核プロセスに関する情報も含んでいます。これには、例えば、(i)太陽系原始星雲の崩壊直前に太陽系の物質に持ち込まれた超新星爆発の副産物からの、現在は消滅した放射性核種の崩壊、^[23] (ii)プレソーラー粒子中にほぼ希釈されていない形で見つかった恒星および爆発的な元素合成の生成物が含まれます。^{[24]後者は、天文学者に初期の}天の川銀河 の異国的な環境に関する情報を提供しています。

希ガスは化学反応を起こさないため、また、希ガスの多くが核反応の特徴を運ぶ同位体を複数持っているため、また、加熱するだけで固体物質から比較的簡単に抽出できるため、特に有用である。その結果、希ガスは地球外物質の研究において極めて重要な役割を果たしている。^[25]

宇宙線に見られるような十分にエネルギーの高い粒子の衝撃を受ける粒子も、ある種の原子から別の種類の原子への変化を経験する。これらの破砕効果により、試料の微量元素同位体組成が変化する可能性があり、研究者は宇宙での曝露の性質を推測することができる。^[要出典]

これらの技術は、例えば、隕石の母天体の地球誕生以前の歴史において、その隕石に含まれる物質の宇宙への露出を劇的に変えてしまった出来事（大規模な衝突など）を探す（そしてその日付を決定する）ために使われてきました。例えば、マーチソン隕石は1967年にオーストラリアに落下しましたが、その母天体は明らかに約80万年前に衝突事件を起こし、数メートルの大きさの破片に砕け散ったようです ^{[26] 。}

宇宙生物学は、宇宙における生命の起源、初期進化、分布、未来に関わる学際的な科学分野です。彗星、小惑星、火星、巨大惑星の衛星に存在する有機化合物の調査が含まれます。現在、宇宙生物学を主な関心として、小惑星や彗星へのサンプルリターンミッションがいくつか計画されています。小惑星、彗星、衛星からのサンプルがさらに増えれば、生命が他の天体で形成されたかどうか、また、パンスペルミアと呼ばれるプロセスで隕石や彗星によって地球に運ばれたかどうかの判断に役立つ可能性があります。^{[27] [28] [29]}

原始的な隕石や惑星間塵粒子に含まれる豊富な有機化合物は、主に星間物質に由来すると考えられている。しかし、この物質は原始惑星系円盤で変化した可能性があり、小惑星の母天体でもさまざまな程度に変化している。^[30]

宇宙塵には複雑な有機化合物（芳香族と脂肪族の混合構造を持つ非晶質の有機固体）が含まれており、星や放射線によって自然に生成される。 ^{[31] [32] [33]これらの化合物は、水やその他の}居住可能な要素の存在下で、生命の構成要素を生成し、自発的に組み立てたと考えられている。^{[34] [35]}

地球上の水の起源は、惑星科学、天文学、宇宙生物学の分野で重要な研究対象となっている。同位体比は、地球上の水を太陽系の他の場所の水源と比較するために使用される独自の「化学指紋」を提供する。そのような同位体比の1つである重水素と水素の同位体比（D/H）は、地球上の水の起源の探索に特に有用である。しかし、その水がいつ、どのようにして地球に運ばれたのかは、現在も研究が続けられている。^{[36] [37]}

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