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火星の表面の色は、錆びた大気中の塵のため、遠くから見ると赤みがかって見える。[1]近くから見るとバタースコッチのような色に見え、[1]その他の一般的な表面の色は、鉱物によって金色、茶色、黄褐色、緑がかった色などがある。[1]
火星の表面の色は、人類が歴史の初期に他の惑星と区別するのに役立ち、火星に関連した戦争の寓話を紡ぐきっかけとなった。火星の最も古い記録の名前の1つであるハルデチェルは、エジプト語で文字通り「赤いもの」を意味する。[2]また、火星の色はインド占星術において悪意のある関連付けにも寄与した可能性があり、アンガラカとロヒタンガという名前が付けられたが、どちらも肉眼で見た火星の独特の赤い色を反映している。[2]
赤の理由とその広さ
現代の観測によると、火星の赤さは皮膚の深さまでである。火星の表面が赤く見えるのは、主に遍在する塵の層（粒子の幅は通常3μmから45μm [3] [4]）のせいで、その厚さは通常数ミリメートル程度である。タルシス地域のように、この赤みがかった塵の堆積が最も厚い場所でも、塵の層の厚さはおそらく2メートル（6.6フィート）以下である。[5]したがって、赤みがかった塵は本質的に火星表面の非常に薄いベニヤ板であり、火星の地下の大部分を表すものではない。
火星の塵が赤みがかっているのは、主に可視スペクトルで優勢になる傾向があるナノ相 酸化鉄（ npOx ）のスペクトル特性による。具体的なnpOx鉱物は完全には特定されていないが、少なくともMars Express OMEGA機器などの赤外線リモートセンサーの100μm未満のサンプリング深度[7]では、ナノ結晶の赤いヘマタイト（ α- Fe 2 O 3）が体積的に優勢である可能性がある。塵中の残りの鉄、おそらく質量の50％は、チタンに富む磁鉄鉱（Fe 3 O 4）である可能性がある。[8]磁鉄鉱は通常、黒い縞のある黒色であり[9]、塵の赤みがかった色調には寄与しない。
塵に含まれる塩素と硫黄の質量分率は、グセフクレーターやメリディアニ平原の土壌で発見されたもの（火星探査ローバーの スピリットとオポチュニティによる）よりも大きい。塵に含まれる硫黄はnpOxと正の相関関係も示している。[10]これは、薄い塩水膜（大気中のH 2 Oからの霜の形成によって促進される）による非常に限定的な化学変化が、npOxの一部を生み出している可能性があることを示唆している。[10]さらに、大気中の塵のリモートセンシング観測（表面の塵とはわずかな組成と粒径の違いが見られる）によると、塵粒子の大部分は斜長石と沸石、および微量の輝石とカンラン石の成分で構成されている。[11]このような微細物質は、火星南部の高地の岩石などの長石を多く含む玄武岩からの機械的浸食によって簡単に生成される。 [11]これらの観察結果を総合すると、水による塵の化学的変化は極めて小さいことが示唆される。
粉塵中のナノ相酸化鉄（npOx）の発生
自由酸素（ O2 ）を介さずに酸化生成物としてnpOxを生成するプロセスはいくつかある。地質学的時間スケールでの大気モデリングでは、自由O2（主に水（H2O）の光分解によって生成される）[12]は常に0.1マイクロパスカル（μPa）を超えない分圧の微量成分であった可能性があることが示されているため、これらのプロセスの1つ以上が火星で優勢であった可能性がある。 [ 13]
酸素 (O 2 ) に依存しないプロセスの 1 つは、第一鉄 (Fe 2+ ) (一般的な火成鉱物によく含まれる) または金属鉄 (Fe) と水 (H 2 O) との直接化学反応で、第二鉄 (Fe 3+ (aq)) が生成され、実験条件下では通常、ゲータイト (FeO•OH) [12]などの水酸化物が生成されます。[14]この水 (H 2 O) との反応は熱力学的に不利ですが、副産物である分子状水素 (H 2 )が急速に失われるため、反応が持続する可能性があります。[13]この反応は、溶解した二酸化炭素 (CO 2 ) と二酸化硫黄 (SO 2 )によってさらに促進され、塩水膜の pH が低下して、より酸化力の高い水素イオン (H + )の濃度が上昇します。[14]
しかし、鉄3+ (オキシ)水酸化物、例えばゲータイトをヘマタイトに分解するには、通常、より高い温度 (約 300 °C) が必要です。マウナケア火山の上部斜面のパラゴナイト火山灰の形成は、パラゴナイト火山灰と火星の塵の間の興味深いスペクトルと磁気の類似性と一致して、このようなプロセスを反映している可能性があります。 [15]このような運動条件が必要であるにもかかわらず、火星の長期にわたる乾燥と低 pH 条件 (昼間の塩水膜など) は、ヘマタイトの熱力学的安定性を考えると、ゲータイトからヘマタイトへの最終的な変化につながる可能性があります。[14]
Fe と Fe 2+ は過酸化水素 (H 2 O 2 ) の作用によっても酸化される可能性がある。火星大気中のH 2 O 2 の量は極めて少ないが[13] 、H 2 O 2 は時間的に持続し、H 2 Oよりもはるかに強力な酸化剤である。H 2 O 2による Fe 3+への酸化(通常は水和鉱物として) は実験的に観測されている。[14]さらに、α-Fe 2 O 3のスペクトル特性が広く見られるのに対し、水和 Fe 3+鉱物は広く見られないことから、ゲータイトなどの熱力学的に不利な中間体がなくても npOx が形成される可能性が高まっている。[6]
浸食の過程で磁鉄鉱から赤鉄鉱が生成される可能性もあるという証拠もある。デンマークのオーフス大学火星シミュレーション研究所の実験では、磁鉄鉱の粉末、石英砂、石英の粉塵粒子の混合物をフラスコ内で転がすと、磁鉄鉱の一部が赤鉄鉱に変化し、サンプルが赤く染まることがわかった。この効果について提案されている説明は、石英が粉砕によって破壊されると、新たに露出した表面で特定の化学結合が切断され、これらの表面が磁鉄鉱と接触すると、酸素原子が石英表面から磁鉄鉱に移動し、赤鉄鉱が形成される可能性があるというものである。[16]
火星の赤い空
火星探査機マーズ・パスファインダーと火星探査ローバーのミッションで撮影された、ほぼ原色の現場画像によると、火星の空は人間にも赤く見える可能性がある。塵粒子による0.4～0.6μmの範囲の太陽光の吸収が、空が赤くなる主な原因かもしれない。 [17]追加の要因としては、近赤外線範囲である3μm程度の波長での塵粒子による光子散乱[4]が、ガス分子によるレイリー散乱よりも優勢であることが挙げられる。[18]
参考文献
- ^ abc NASA - 1分でわかる火星：火星は本当に赤いのか？（トランスクリプト）
- ^ ab Kieffer, Hugh H., Bruce M. Jakosky, Conway W. Snyder (1992)、「火星: 古代から現在まで」『火星』、アリゾナ大学出版局、アリゾナ州ツーソン、p. 2 [1] 2011-06-04にWayback Machineでアーカイブ ISBN 0-8165-1257-4
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外部リンク
- NASA - 1分でわかる火星：火星は本当に赤いのか？
- ContactInContext - 火星は「金茶色」（赤ではない）の惑星？
