磁場は惑星が海を保つのに役立つ。
惑星が磁場を失うと、次に大気が失われ、それとともに水も失われる。
地球に強い磁場がなければ、私たちの惑星は火星そっくりの姿になっていただろう。
東京大学の研究によると、強い磁場は宇宙では珍しい可能性がある。
火星の表面は荒涼として乾燥しており、わずかに存在する水も氷床に閉じ込められているか、地表の下にあると考えられる。しかし表面をよく見ると、かつて大規模な洪水が起きた場所に、海岸線や峡谷のように見える地形がある。
数十億年前、火星の大気はより濃く、空気もやや暖かかった可能性がある。地球の川の三角州に似た、火星に見られる三角州を調べた結果、一部の研究者はかつて海が惑星の一部を覆っていたとする説を唱えている。（参照：奇妙な地図 #1043。）火星隕石の組成を調べた研究者もいる。火星隕石からは、現在の火星の化学的性質を、数十億年前の惑星の姿と比較できる。どちらの証拠からも、約40億年前、火星の北半球は巨大な海に覆われていたことが示唆される。
今日、その海は記憶の中にしかない。東京大学が主導し、Nature Communicationsに掲載された最近の研究は、その理由の一つを説明している。数十億年前、火星は磁場を失った。磁場による保護がなくなると大気が剥ぎ取られ、やがて大気中の水蒸気が宇宙空間へ失われ、海は蒸発した。
磁場と海
太陽系は過酷な場所だ。生命をもたらす太陽は、生命を奪うこともある。太陽は膨大な量の放射線を放出しており、磁場の保護効果がなければ地球は焼き尽くされてしまう。磁場がなければ、太陽風が大気を剥ぎ取り、海は蒸発して宇宙空間へ失われる。つまり地球は火星のようになってしまう。
太陽系の岩石惑星のうち、強い磁場を持つのは地球だけだ。その存在は、火星と地球が大きく異なる主な理由の一つと考えられる。しかし数十億年前、火星にも強い磁場があった。では、何が起きたのだろうか？
火星が磁場と海を失った経緯
その解明に向け、東京大学の横尾俊平氏が率いるチームは、地球上の実験室で火星の核を模擬した。チームは、火星の核に存在すると考えられている鉄、硫黄、水素を混ぜて試料を作製した。
火星隕石（地殻とマントルの試料となる）には、硫黄とともに存在することが多い元素があまり含まれていないため、硫黄はおそらく核に存在する。火星は太陽系の「スノーライン」に近く、惑星形成時には水の氷が豊富だったため、核には水素も多く含まれている可能性がある。「核はFe-S-Hの液体だと妥当に推測できますが、火震（火星の地震）の観測でさらに検証する必要があります」と横尾氏はBig Thinkに語った。「進行中のNASAのインサイト・ミッションによって、近い将来さらに分かるかもしれません。」
次にチームは、この鉄、硫黄、水素の混合物を2つのダイヤモンドの間に置き、レーザーで加熱した。岩石惑星の核の内部に存在する高温高圧を再現したのだ。試料は、鉄と硫黄を含む液体と、鉄と水素を含む液体の2種類に分離した。水素を含む液体は密度が低いため、上昇した。液体が分離するにつれて、対流が生じた。
これは、火星の初期の歴史に起きたと考えられる現象に似ている。鉄・硫黄・水素の液体は、硫黄が水素から分離するにつれて対流を起こしたはずだ。この対流が惑星を取り巻く保護的な磁場を形成したと考えられる。しかし、こうした対流は長くは続かない。2種類の液体が完全に分離すると、対流は止まり、磁場は消失する。やがて大気が剥ぎ取られ、海もなくなる。
地球の核でも同様の物理現象
鉄・硫黄を含む液体と鉄・水素を含む液体への分離は地球の内部でも見られるが、重要な違いがある。それは温度だ。
「地球の核の温度（約6,740°F）は、火星の核よりはるかに高い」と横尾氏はBig Thinkに語った。この高温では、鉄・硫黄を含む液体と鉄・水素を含む液体は混ざり合う。一方、温度の低い核の上部では成層が見られる。「地球の核では上部だけが成層しているのに対し、火星の核は全体が成層しているのはそのためです」と横尾氏は述べた。「地球の核が完全に成層するには、非常に長い時間（たとえば10億年）がかかるはずです。」
つまり、私たちには時間がある。
ただし、これらの結果は居住可能な系外惑星の探索にも影響を及ぼす。太陽系外の惑星に生命が存在しうるかを判断する際、表面の液体の水が、暑すぎず寒すぎない場所に存在できるかどうかが、一般に重要な指標となる。しかし、おそらく強い磁場ももう一つの重要な指標となるはずだ。惑星が水を保てるかどうかを判断するためである。そして、地球と同じほど強い磁場は、宇宙では比較的珍しいのかもしれない。
