地球は決して同じ状態には到達しませんでした。その地殻は地質学的に活発なままであり、火山とプレートが継続的に惑星の形を変え続けています。対照的に、水星は何十億年もの間、大部分が凍ったままです。科学者たちは、その火山の歴史がどのように展開し、その初期のプロセスがどのようにして今日私たちが見ている世界を生み出したのかを正確に理解するために今も研究を続けています。

その歴史を調査する最良の方法の 1 つは、水星表面の化学組成を研究することです。

水銀には二酸化ケイ素が予想より少ない

ドイツのマックス・プランク太陽系研究所と、やはりドイツのミュンスター大学とゲッティンゲン大学の研究者らは、水星表面の二酸化ケイ素の量について、これまでで最も正確な推定値を作成した。

結果は雑誌に掲載されました 惑星研究予想外の結果が明らかになります。二酸化ケイ素は水星の表面物質の質量の約 37 パーセントを占めており、これは以前の推定値よりも最大 25 パーセント少ないです。 Planetary Research は、Diamond のオープン アクセス ジャーナルです。つまり、興味のある読者はその研究を無料で利用できます。

二酸化ケイ素は地球上で非常に一般的です。この化合物は 1 つのケイ素原子と 2 つの酸素原子で構成され、砂などの材料中に純粋な形で存在し、火山岩の重要な成分でもあります。玄武岩、安山岩、花崗岩には、最大 75 パーセントの二酸化ケイ素が含まれることがあります。

予想外に少ない水銀の量は、惑星の地殻がどのように形成されたのかについての重要な手がかりを提供する可能性がある。

「我々の発見は、マントル内の物質から形成された水星の火山岩が、これまで考えられていたよりも深く溶けたことを示唆している」と、新しい研究の筆頭著者であり、MPS実験研究所マグマオーシャン研究グループの責任者であるクリスチャン・レングリ氏は述べた。

水星の熱い内部を知る手がかり

マントルは惑星の固体地殻の下にある層です。惑星の歴史の初期には、この領域の大部分が溶けたままである可​​能性があります。

溶けたマントルが徐々に冷えると、最初に固まる岩石には二酸化ケイ素が比較的少量含まれます。より多くの材料が結晶化するにつれて、残りの溶融物中の二酸化ケイ素はますます濃縮されます。したがって、このプロセスの後半で地表に到達する溶岩には、より多量の化合物が含まれる傾向があります。

これは、表面の二酸化ケイ素の異常に低いレベルが別の状況を示している可能性があることを意味します。水星の場合、この発見は、火山物質が非常に高い温度でより広範な融解を経験したマントルのより深い領域から来た可能性があることを示唆しています。

もう1つの可能性は、水星の地殻にはもともと二酸化ケイ素が多く含まれていたが、時間の経過とともに徐々に酸素が失われたということです。

小さなガラスビーズが別の惑星の解読に役立つ

科学者が水銀の表面から岩石サンプルを採取したことがないため、水銀が何でできているかを正確に判断することは困難です。そこでは着陸船が運用されていないため、研究者は望遠鏡や宇宙船からのリモートセンシング観測に頼らなければなりません。

表面から放射される赤外線は、どのような鉱物や化合物が存在するのかを知る手がかりを提供します。課題は、これらの赤外線信号を信頼性の高い組成推定値に変換する方法を学ぶことです。

そのプロセスを改善するために、研究者らはまず実験室で小さなガラスビーズを作成した。各真珠の直径はわずか 0.5 ミリメートルで、慎重に制御された量の二酸化ケイ素が含まれています。次に、チームは各サンプルの正確な赤外線特性を測定しました。

「ガラスビーズは、秤の校正分銅と同様の機能を果たします」とミュンスター大学のアイリス・ウェーバー氏は説明します。 「それらの重さは正確にわかっています。したがって、ガラスビーズを使用すると、天秤のバランスを正しく解釈できます。同様に、ガラスビーズを使用すると、赤外線の特性から正しい結論を引き出すことができます。」

月面での技術のテスト

この方法を水星に適用する前に、科学者たちははるかに大きな自然の目標である月でそれをテストしました。

科学者は詳細なリモートセンシング観測と月の岩石の実際のサンプルの両方を持っているため、月は非常に有用な証拠を提供します。 NASA の月偵察周回機は 2009 年から月の周回軌道を周回しており、月の表面から赤外線放射の高解像度測定値を収集しています。

これらの測定値とその新しい校正方法を使用して、研究者らは月の表面の二酸化ケイ素の含有量を示す最初の完全な地図を作成しました。

その後、それらの結果を、宇宙飛行士のミッションや無人宇宙船によってさまざまな場所から地球に持ち帰られた月の石と比較することができました。この比較により、赤外線に基づいた推定値が実際のサンプルの既知の組成と一致するかどうかを確認することができました。

「月は私たちにとって試金石のようなものであり、水星へ向かうための重要な概念的な足がかりです。」

クリスチャン・レングリ氏、筆頭著者であり、MPS の「実験研究所マグマオーシャン」研究グループ長

手法を水星に変える

この方法がこの「月のテスト」に合格した後にのみ、研究者たちはそれを水星に適用しました。

研究の最終段階では、米国アリゾナ州にあるスチュワード天文台のボク望遠鏡で行われた測定を含む、地球から収集された水星の赤外線観測を分析した。

このデータにより、水星の表面には約 37 パーセントの二酸化ケイ素が含まれており、これは科学者がこれまで信じていたよりも大幅に少ないという推定につながりました。

研究者らは現在、ESAのベピコロンボミッションが発見のさらに正確な証拠を提供してくれることを期待している。

ベピコロンボは水星の化学を確認できるかもしれない

ベピコロンボはESAとJAXAがそれぞれ提供した2つの分離可能な探査機で構成されており、今年11月に水星周回軌道に入る予定だ。ミッションのその段階への最初のステップは、2026 年 9 月 3 日に発生し、両方の探査機が輸送モジュールから分離されました。

ベピコロンボの MERTIS 装置は、所定の位置に設置されると、かなり高い解像度でより正確な水星の赤外線測定値を収集します。 MERTIS は、DLR の主導のもと、ミュンスター大学惑星学研究所と共同で開発、構築されました。

これらの観察は、水星が本当にそのような異常に低い濃度の二酸化ケイ素を持っているかどうかを確認し、科学者に数十億年前にその地殻を形成した極限状態のより明確な画像を与える可能性があります。

「私たちの研究は、ベピコロンボの測定から水星表面の二酸化ケイ素含有量について可能な限り最も正確な情報を得る基礎を築きました」とクリスチャン・レングリ氏は述べた。