宇宙風化

宇宙風化は、宇宙空間の過酷な環境にさらされたあらゆる物体に起こる風化の一種です。大気のない天体（月、水星、小惑星、彗星、および他の惑星のほとんどの衛星を含む）は、さまざまな風化プロセスを経ます。

• 銀河宇宙線と太陽宇宙線の衝突、
• 太陽風粒子からの照射、注入、スパッタリング、および
• さまざまな大きさの隕石や微小隕石による衝突。

宇宙風化は、多くの惑星の表面の 物理的および光学的特性に影響を与えるため重要です。したがって、リモートセンシングデータを適切に解釈するには、宇宙風化の影響を理解することが不可欠です。

宇宙風化のプロセスに関する知識の多くは、アポロ計画によって持ち帰られた月のサンプル、特に月の土壌（またはレゴリス）の研究から得られたものです。高エネルギー粒子と微小隕石、そしてより大きな隕石が絶えず流れ込むことで、月の土壌の成分 が粉砕され、溶解し、飛び散り、蒸発します。

月の土壌で確認された最初の宇宙風化生成物は「凝集物」でした。これは、微小隕石が少量の物質を溶かし、周囲のガラスや鉱物の破片を数マイクロメートルから数ミリメートルの大きさのガラスで溶かされた集合体に取り込むことで生成されます。凝集物は月の土壌では非常に一般的で、成熟した土壌の60〜70％を占めています。^{[1]これらの複雑で不規則な形状の粒子は、主に}ナノ 相鉄 の存在により、人間の目には黒く見えます。

宇宙風化作用は、ガラスの飛沫、注入された水素、ヘリウム、その他のガス、太陽フレアの跡、ナノ相鉄などの凝集成分など、個々の土壌粒子の表面相関生成物も生成します。1990年代になって初めて、特に透過型電子顕微鏡などの機器と技術の改良により、近くの微小隕石の衝突による蒸気の再堆積と近くの粒子から飛び散った物質の再堆積の結果として、個々の月の土壌粒子に形成される非常に薄い（60〜200nm）緑青または縁が発見されました。^[2]

これらの風化プロセスは、特に紫外線、可視光線、近赤外線（UV/Vis/NIR）の波長において、月の土壌のスペクトル特性に大きな影響を与えます。これらのスペクトルの変化は、凝集体と土壌縁の両方に遍在する成分である「ナノ相鉄」の含有に大きく起因しています。^[3]これらの非常に小さな（直径1〜数百ナノメートル）金属鉄の泡は、鉄を含む鉱物（カンラン石や輝石など）が蒸発し、鉄が解放されて元の形で再堆積したときに生成されます。

月では、宇宙風化によるスペクトル効果は3つあります。月の表面が成熟するにつれて、より暗くなり（アルベドが減少）、より赤くなり（波長が長くなるにつれて反射率が増加）、特徴的な吸収帯の深さが浅くなります^[4] 。これらの効果は、凝集体と個々の粒子の付着した縁の両方にナノ相鉄 が存在することが主な原因です。宇宙風化による暗化効果は、月のクレーターを研究することで簡単に確認できます。新しくできたクレーターには、新しく風化していない物質が露出しているため、明るい光線システムがありますが、時間の経過とともに風化プロセスによって物質が暗くなるため、これらの光線は消えます。

宇宙風化は小惑星でも起こると考えられているが^[5]、環境は月とはかなり異なる。小惑星帯での衝突はより遅いため、溶融物や蒸気は少なくなる。また、小惑星帯に到達する太陽​​風の粒子もより少ない。そして最後に、衝突率が高く、小天体の重力が低いため、転倒が多く、表面露出年齢は月の表面よりも若いはずである。したがって、宇宙風化は小惑星の表面でよりゆっくりと、より少ない程度で起こるはずである。

しかし、小惑星の宇宙風化の証拠は確かに見受けられます。惑星科学界では長年、いわゆる「難問」がありました。それは、一般的に小惑星のスペクトルが隕石コレクションのスペクトルと一致しないからです。特に、S 型小惑星のスペクトルは、最も豊富なタイプの隕石である普通コンドライト(OC) のスペクトルと一致しませんでした。小惑星のスペクトルは、可視波長で急峻な曲率を持ち、より赤くなる傾向がありました。しかし、Binzel ら^[6]は、 S 型から OC 隕石のスペクトルに類似したスペクトルまでの範囲をカバーするスペクトル特性を持つ地球近傍小惑星を特定しました。これは、OC 物質のスペクトルを S 型小惑星のように見えるように変えることができる進行中のプロセスが起こっていることを示唆しています。また、ガリレオのガスプラとイダのフライバイでは、新しいクレーターでスペクトルの違いが見られ、表土の変化の証拠もあります。時間が経つにつれて、イダとガスプラのスペクトルは赤くなり、スペクトルのコントラストが失われるように見える。NEARシューメーカーによるエロスのX線測定からの証拠は、赤く傾斜したS型スペクトルにもかかわらず、普通コンドライトの組成を示しており、これもまた、何らかのプロセスが表面の光学特性を変えたことを示唆している。はやぶさ探査機による小惑星イトカワの測定結果も、普通コンドライトの組成を示しており、宇宙風化のスペクトル証拠を示している。さらに、はやぶさ探査機によって持ち帰られた土の粒子で、宇宙風化による変化の決定的な証拠が確認されている。イトカワは非常に小さい（直径550メートル）ため、低重力では成熟したレゴリスは形成されないと考えられていたが、持ち帰られたサンプルの予備調査により、いくつかの粒子にナノ相鉄やその他の宇宙風化の影響が存在することが明らかになった。^[7] さらに、小惑星の岩石表面には風化による緑青が発生する可能性があり、実際に発生しているという証拠もある。このようなコーティングは、月の岩石に見られる緑青に似ていると考えられます。^[8]

風化による色の変化のほとんどは最初の数十万年の間に急速に起こることを示唆する証拠があり、小惑星の年齢を決定するためのスペクトル測定の有用性は限られています。^[9]

水星の環境も月とは大きく異なります。まず、日中ははるかに暑く（日中の月の表面温度は約 100 °C、水星は約 425 °C）、夜間は寒く、これが宇宙風化の生成物を変化させる可能性があります。さらに、太陽系内の位置により、水星は月よりもはるかに高速で衝突する微小隕石の流入がわずかに多くなります。これらの要因が組み合わさって、水星は月よりもはるかに効率的に溶融物と蒸気を生成します。単位面積あたり、水星への衝突では、月で生成される溶融物の 13.5 倍と蒸気の 19.5 倍が生成されると予想されています。^[10] 凝集性のガラスのような堆積物と蒸着コーティングは、月よりも水星で大幅に速く効率的に生成されるはずです。

地球から望遠鏡で観測された水星のUV/Visスペクトルは、ほぼ直線で、赤の傾斜をしています。輝石などの鉄含有鉱物に関連する吸収帯はありません。これは、水星の表面に鉄がないか、鉄含有鉱物の鉄が風化してナノ相鉄になっていることを意味します。風化した表面は、赤くなった傾斜を説明できます。^[11]

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• リンダ・マーテル (2004 年 7 月 5 日)。「新しい鉱物が宇宙風化に関する古い考えを証明する」。惑星科学研究の発見。
• 「空気のない天体の宇宙風化に関するワークショップ」（PDF）。月惑星研究所。2015年 11 月 4 日。hdl :20.500.11753/1055。