火星の大気中に神秘的な緑の光が初めて見つかる

火星の大気光のイメージ図 （画像：ESA）

＜火星の大気中の微量気体を観測している探査機「トレース・ガス・オービター」が火星の大気中で緑に輝く光を初めてとらえた......＞

欧州宇宙機関（ESA）と露ロスコスモスによる火星探査ミッション「エクソマーズ」のもとで火星の大気中の微量気体を観測している探査機「トレース・ガス・オービター（TGO）」が、火星の大気中で緑に輝く光を初めてとらえた。2020年6月15日、学術雑誌「ネイチャーアストロノミー」でその研究成果が明らかとなっている。

原子や分子が太陽光との相互作用により発光する「大気光」

これは、惑星の高層大気で原子や分子が太陽光との相互作用により発光する「大気光」と呼ばれる現象だ。大気光は「夜間大気光」と「昼間大気光」に大別される。

夜間大気光は、日中に太陽放射によって分離した原子が再結合し、過剰エネルギーを光子（光の粒子）として放出する際に生じる現象で、これまでに地球のほか、金星や火星でも観測されている。

一方、昼間大気光は、太陽光が直接、酸素や窒素などの原子や分子を刺激したときに生じるもので、夜間よりもずっと明るいために極めてとらえづらく、これまでは地球のみで観測されていた。

1979年に発表された研究論文では「火星にも昼間大気光が存在する」との仮説が示されていたが、実際に観測されたのはこれが初となる。

太陽放射によって二酸化炭素が一酸化炭素と酸素に分離

ベルギー・リュージュ大学の天文学者ジャン＝クロード・ジェラール教授らの研究チームは、火星を真下に見下ろす位置から火星の地平線が見えるように「トレース・ガス・オービター」に搭載された観測装置「NOMAD紫外可視分光光度計」を配置し、2019年4月24日から12月1日までの間、高度20〜400キロメートルの地点で観測を実施。

観測データを分析したところ、緑の光が確認された。この光は高度80キロメートル付近で最も強く、火星と太陽との距離に応じて変化した。

研究チームは、一連の発光プロセスをモデル化し、「この光がどのように形成されているのか」についてさらに研究をすすめた。その結果、太陽放射によって二酸化炭素が一酸化炭素と酸素に分離し、この酸素原子が可視光線と紫外線で発光していることがわかった。また、この可視光線の光度は紫外線の16.5倍であった。

ジェラール教授は「火星での観測結果はこれまでの理論に基づくモデルと合致したものであったが、地球で観測されている光とは異なっており、地球の大気光は火星の大気光よりもずっと弱かった」とし、「酸素原子がどのように行動しているのかについて、さらに解明していく必要がある。これは、原子物理学や量子力学の研究にも大いに役立つだろう」と述べている。