水星の大気
水星を取り囲むガス層
水星の大気
水銀
大気が薄すぎて目に見えない水星の表面。
一般情報
化学種柱密度 cm −2 ; 面密度 cm −3 [1]
構成
水素約3×10 9 ; 約250
分子状水素< 3 × 10 15 ; < 1.4 × 10 7
ヘリウム< 3 × 10 11 ; ~ 6 × 10 3
酸素< 3 × 10 11 ; ~ 4 × 10 4
分子状酸素< 9 × 10 14 ; < 2.5 × 10 7
ナトリウム約2×10 11 ; 1.7～3.8×10 4
カリウム約2×10 9 ; 約4000
カルシウム約1.1×10 8 ; 約3000
マグネシウム約4×10 10 ; 約7.5×10 3
アルゴン約1.3×10⁻¹ ; < 6.6× 10⁻¹
水< 1 × 10 12 ; < 1.5 × 10 7

水星は太陽に最も近く、磁場が弱く、地球型惑星の中で最も質量が小さいため、非常に希薄で変動の激しい大気（地表圏外気圏）を有し、水素、ヘリウム、酸素、ナトリウム、カルシウム、カリウム、水蒸気を含み、その総気圧は約10 −14 bar（1 nPa）である。[2]外気圏の成分は、太陽風または惑星の地殻に由来する。太陽光は大気ガスを太陽から遠ざけ、惑星の背後に彗星のような尾を形成する。

水星の大気の存在は1974年まで議論の的となっていましたが、その頃には月と同様に水星にも実質的な大気は存在しないというコンセンサスが形成されていました。この結論は、1974年に無人探査機マリナー10号がわずかな外気圏しか発見しなかったことで裏付けられました。その後、2008年にメッセンジャー探査機によってより詳細な測定結果が得られ、水星の外気圏にマグネシウムが存在することが発見されました。

構成

水星の外気圏は、太陽風または惑星の地殻に由来するさまざまな種で構成されています。[3]最初に発見された成分は、原子状水素(H)、ヘリウム(He)、原子状酸素(O) で、1974年にマリナー10号宇宙探査機の紫外線放射光度計によって観測されました。これらの元素の表面近くの濃度は、水素の場合は230 cm −3 、酸素の場合は44,000 cm −3と推定され、ヘリウムの濃度はその中間でした。[3] 2008年、メッセンジャー探査機は原子状水素の存在を確認しましたが、その濃度は1974年の推定よりも高いようでした。[4]水星の外気圏の水素とヘリウムは太陽風に由来すると考えられていますが、酸素は地殻起源である可能性があります。[3]

尾部のCaとMg

水星の外気圏で発見された4番目の種はナトリウム（Na）である。これは1985年にドリュー・ポッターとトム・モーガンによって発見され、彼らはそのフラウンホーファー輝線を589と589.6 nmで観測した。[5]この元素の平均柱密度は約1 × 10 11  cm −2である。ナトリウムは極付近に集中し、輝点を形成して観測されている。[6]また、ナトリウムの存在量は、夕暮れの明暗境界線付近よりも夜明けの明暗境界線付近で多くなっている。 [7]一部の研究では、ナトリウムの存在量がカロリスや電波輝点などの特定の表面特徴と相関していると主張しているが、 [5]これらの結果は依然として議論の余地がある。ナトリウムの発見から1年後、ポッターとモーガンはカリウム（K）も水星の外気圏に存在するが、柱密度はナトリウムの2桁低いと報告した。これら2つの元素の特性と空間分布は、その他の点ではよく似ている。[8] 1998年には、別の元素であるカルシウム（Ca）の柱密度がナトリウムの3桁低いことが検出された。[9] 2009年のメッセンジャー探査機による観測では、カルシウムは主に赤道付近に集中しており、ナトリウムやカリウムとは逆の傾向にあることが示された。[10] 2014年に報告されたメッセンジャーによるさらなる観測では、大気は散発的な流星やエンケ彗星に伴う流星群によって地表から蒸発した物質によって補充されていることが指摘されている。[11]

2008年、メッセンジャー探査機の高速イメージングプラズマ分光計（FIPS）は、水星付近でH 2 O +（イオン化水蒸気）やH 2 S +（イオン化硫化水素）など、いくつかの分子イオンや異なるイオンを発見しました。[12]これらのナトリウムに対する存在比は、それぞれ約0.2と0.7です。H 3 O +（ヒドロニウム）、OH（ヒドロキシル）、O 2 +、Si +などの他のイオンも存在します。[13] 2009年のフライバイ中に、メッセンジャー探査 機に搭載された水星大気・表面組成分光計（MASCS）の紫外線・可視分光計（UVVS）チャンネルは、水星の外気圏にマグネシウムが存在することを初めて明らかにしました。この新たに検出された成分の表面近傍の存在比は、ナトリウムとほぼ同等です。[10]

プロパティ

水星表面と外気圏の間のナトリウム循環の模式図

マリナー10号の 紫外線観測により、外気圏表面密度の上限は1立方センチメートルあたり約10 5粒子であることが示されました。これは、表面圧力が10 −12 バール（1  nPa）未満であることに相当します。 [14]

水星の外気圏の温度は、種と地理的位置によって異なります。外気圏の原子状水素の温度は約 420 K のようで、マリナー 10 号とメッセンジャー 2 号の両方で測定された値です。[4]ナトリウムの温度ははるかに高く、赤道で 750～1,500 K、極で 1,500～3,500 K に達します。[15]いくつかの観測結果から、水星は 12,000～20,000 K の温度を持つカルシウム原子の熱いコロナに囲まれていることが示されています。[9] 2000 年代初頭、水星の Na 外気圏とその時間的変動のシミュレーションが実行され、地殻の種を外気圏に供給するソース プロセスが特定されました。蒸発、内部からの拡散、光子と高エネルギーイオンによるスパッタリング、光子による化学スパッタリング、隕石による蒸発などのプロセスがテストされました。しかし、太陽からの距離と時間帯によるナトリウム大気の変化を2001年の水星のナトリウム尾の観測と比較すると、蒸発が最もよく一致する。[16]

テイルズ

イタリアのアマチュアが撮影したナトリウムの尾
ナトリウム尾部
ナトリウム尾部

水星は太陽に近いため、太陽光の圧力は地球の近くよりもはるかに強い。太陽放射は水星から中性原子を押し出し、その後ろに彗星のような尾を形成する。[17]尾の主成分はナトリウムで、水星から2400万km（1000 R M ）以上離れた場所でも検出されている。 [18]このナトリウムの尾は急速に拡大し、17,500 kmの距離では直径約20,000 kmに達する。[19] 2009年には、メッセンジャーが尾でカルシウムとマグネシウムも検出したが、これらの元素は8 R M未満の距離でのみ観測された。[17]

観察の困難

水星は観測の困難さゆえに、太陽系内惑星の中で最も探査が進んでいない惑星です。地球から見ると水星の位置は常に太陽に非常に近いため、観測には困難が伴います。ハッブル宇宙望遠鏡をはじめとする地上設置の宇宙撮像システムは、深宇宙の天体を観測するための高感度センサーを搭載しています。しかし、太陽からの強力な放射線によってセンサーが破壊されてしまうため、これらのシステムは太陽に向けてはいけません。[16]

代わりに、水星へのフライバイミッションや周回ミッションは、惑星を調査し、正確なデータを取得することができます。水星は冥王星よりも地球に近いにもかかわらず、地球から水星への遷移軌道にはより多くのエネルギーが必要です。水星は太陽に非常に近いため、そこに向かう宇宙探査機は太陽の重力の影響で、接近するにつれて加速します。そのため、より高性能な機器ではなく、探査機が搭載しなければならない燃料を逆噴射ロケットを使用する必要があります。[20]

参照

参考文献

注記

  1. ^ キレン 2007、p. 456、表5
  2. ^ “NASA—Mercury”. 2005年1月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年9月26日閲覧。
  3. ^ abc キレン、2007年、433-434ページ
  4. ^ マクリントック 2008、93ページより
  5. ^ ab Killen、2007、pp. 434–436
  6. ^ キレン、2007年、438～442ページ
  7. ^ キレン、2007年、442-444ページ
  8. ^ キレン、2007年、449～452ページ
  9. ^ ab Killen、2007、452–453 ページ
  10. ^ マクリントック 2009、612–613ページ
  11. ^ ローズマリー・M・キレン、ジョセフ・M・ハーン（2014年12月10日）「水星のカルシウム外気圏の起源として考えられる衝突蒸発」イカロス誌250 : 230-237 .書誌コード:2015Icar..250..230K. doi :10.1016/j.icarus.2014.11.035.
  12. ^ 「メッセンジャー探査機の科学者、水星の薄い大気中に水を発見して驚愕」​​惑星協会、2008年7月3日。2010年4月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2010年3月28日閲覧。
  13. ^ ズルブチェン 2008、p. 91、表1
  14. ^ ドミンゲス、2007年、162～163ページ
  15. ^ キレン、2007年、436～438ページ
  16. ^ ab Solomon, Sean C (2003). 「水星：謎に包まれた最内惑星」.地球惑星科学レターズ. 216 (4): 441– 455. Bibcode :2003E&PSL.216..441S. doi :10.1016/S0012-821X(03)00546-6.
  17. ^ マクリントック 2009、610–611ページ
  18. ^ シュミット 2010、9～16ページ
  19. ^ キレン、2007年、448ページ
  20. ^ ベンコフ, ヨハネス (2010). 「ベピコロンボ—水星の包括的探査：ミッション概要と科学目標」.惑星・宇宙科学. 58 ( 1–2 ): 2– 20. Bibcode :2010P&SS...58....2B. doi :10.1016/j.pss.2009.09.020.

参考文献

  • Domingue, Deborah L.; Koehn, Patrick L.; Killen, Rosemary M.; et al. (2007). 「水星の大気：表面境界の外気圏」. Space Science Reviews . 131 ( 1–4 ): 161– 186. Bibcode :2007SSRv..131..161D. doi :10.1007/s11214-007-9260-9. S2CID  121301247.
  • フィンク、ウーヴェ；ラーソン、ハロルド・P；ポッペン、リチャード・F (1974). 「水星の二酸化炭素（CO）大気の新たな上限」天体物理学ジャーナル. 187 : 407– 415.書誌コード:1967ApJ...149L.137B. doi :10.1086/180075.
  • キレン, ローズマリー; クレモネーゼ, ガブリエル; ラマー, ヘルムート; 他 (2007). 「水星外圏の促進と減少を引き起こすプロセス」.宇宙科学レビュー. 132 ( 2–4 ): 433– 509. Bibcode :2007SSRv..132..433K. doi :10.1007/s11214-007-9232-0. S2CID  121944553.
  • McClintock, William E.; Bradley, E. Todd; Vervack Jr, Ronald J.; et al. (2008). 「水星の外気圏：メッセンジャーによる水星初フライバイ観測」. Science . 321 (5885): 92– 94. Bibcode :2008Sci...321...62M. doi :10.1126/science.11​​59467. PMID:  18599778. S2CID  : 6857425.
  • シュミット, カール A.; ウィルソン, ジョディ K.; バウムガードナー, ジェフ; メンディロ, マイケル (2010). 「水星のナトリウム大気圏からの脱出に対する軌道の影響」.イカロス. 207 (1): 9– 16.書誌コード:2010Icar..207....9S. doi :10.1016/j.icarus.2009.10.017.
  • McClintock, William E.; Vervack Jr, Ronald J.; Bradley, E. Todd; et al. (2009). 「メッセンジャーによる水星外気圏観測：マグネシウムの検出と構成物質の分布」 . Science . 324 (5927): 610– 613. Bibcode :2009Sci...324..610M. doi :10.1126/science.11​​72525. PMID  19407195. S2CID  5578520.
  • Rasool, SI; Gross, SH; McGovern, WE (1966). 「水星の大気」. Space Science Reviews . 5 (5): 565– 584. Bibcode :1966SSRv....5..565R. doi :10.1007/BF00167326. S2CID  120501658.
  • ウィリアムズ, IP (1974). 「水星の大気」. Nature . 249 (5454): 234.書誌コード:1974Natur.249..234W. doi : 10.1038/249234a0 . S2CID  4198611.
  • Zurbuchen, Thomas H.; Raines, Jim M.; Gloeckler, George; et al. (2008). 「メッセンジャーによる水星の電離圏とプラズマ環境の組成観測」. Science . 321 (5885): 90– 92. Bibcode :2008Sci...321...90Z. doi :10.1126/science.11​​59314. PMID:  18599777. S2CID  : 206513512.
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