この記事は The Conversationとの協力により掲載されています。
NASAは最近、塵の雲が 火星を取り囲んでおり、 火星の大気圏のはるか上空に広がっていると報告しました。 研究の著者らは、 塵の発生源として火星本体と、その衛星であるフォボスおよびダイモスを除外し、塵は太陽系の惑星間を漂う、より大きな塵の雲に由来するに違いないと結論づけました。
この「惑星間塵」は極めて重要です。太陽系の形成と進化において決定的な役割を果たしたと考えられています。さらに、地球に水をもたらし、生命の誕生を後押しした可能性さえあります。
灰は灰に、塵は塵に
空いた空間がいかに速やかに塵で満たされるかは誰もが知っており、比喩的に言えば、宇宙も例外ではありません。宇宙塵は、ナノメートルからマイクロメートルの大きさの範囲にある微細な鉱物粒子から成り立っています（それぞれ10億分の1メートル、100万分の1メートル）。宇宙塵の粒子は、ある恒星の寿命の終わりと、新たな太陽系の形成の始まりの間に位置しています。
恒星は、ビッグバンの余波で生成された元素である水素とヘリウムから成るガス雲の崩壊によって誕生します。恒星はこの水素を燃料として用い、核融合過程を通じて、炭素や酸素、さらには鉄に至るまでのより重い元素を生み出します。これらの新たな元素は、恒星の寿命の終わりに、恒星が自らの重力のもとで崩壊し、 超新星として爆発する際に放出されます。そのような爆発の高エネルギーは、鉄より重い追加の元素を生み出します。ケイ素や鉄といった金属など、より重い元素の一部は酸素と結合して鉱物を形成しますが、これこそがまさに塵なのです。
私たちの太陽系は、塵が混じった水素とヘリウムのガス雲の崩壊から形成されました。そうでなければ、地球や火星のような岩石惑星は存在しなかったでしょう。地球に金、鉛、ウランといった（いずれも鉄より重い）重い元素が含まれているという事実は、太陽が第3世代以上の恒星であり、その前に、近傍の別の恒星による少なくとも一度の超新星爆発があったことを示しています。
星間塵の粒子は、私たちの太陽系よりも古く、古代の恒星の寿命の終わりにおける過程について知見をもたらすことができます。太陽系内側の惑星間塵には、 一部の星間塵粒子が含まれています 。しかし、太陽系の惑星間塵粒子の大部分は、彗星が太陽に接近する際に放出されたもの、あるいは小惑星帯における小惑星同士の衝突に由来します。したがって、それらは「原始惑星」の構成と形成に関する手がかりを含んでいます。原始惑星は、新たな恒星を取り巻く巨大な塵とガスの雲から惑星が形成される最初の段階と見なされています。
太陽系内の塵の雲は、徐々に太陽に向かって移動しています。太陽の重力は巨大な掃除機のように作用します。その途中で、一部の塵粒子が火星と地球に衝突します。この塵は、 黄道光 を生み出しており、春の日没後または秋の日の出前に見ることができます。
塵は生命の起源なのか？
宇宙塵の鉱物粒子はいずれも、ガス、氷、または有機物が付着するための表面を提供します。生命の基本的な構成要素である複雑な有機分子は、 これまでに 銀河間塵雲、彗星および隕石の中で確認されています。
塵の分布と量を理解することは重要です。なぜなら、塵が太陽系内側の惑星、とりわけ地球と火星に、相当量の水と有機物を運搬した可能性があるからです。多くの研究者は、地球上の水と生命の背後には小惑星や彗星の衝突があると考えていますが、いくつかの研究は、塵そのものが水と有機物を同時に運搬でき、 生命の誕生を後押しした可能性があることを示しています。このプロセスは普遍的に作用し、遠方の太陽系にある系外惑星においても同様に作用するでしょう。
したがって、塵が地球上で生命の誕生を実際に後押ししたのであれば、火星でも同様のことが起きた可能性は十分に考えられます。しかし、地球の磁場は太陽風によって大気と水が破壊されないよう守ってきており、私たちはちょうど適量の水を得ています。火星は生涯の大部分において磁場を持たず、その結果、大気と水は 宇宙空間へ失われました。水がなければ、有機分子は、DNAやタンパク質のように生命を構成する極めて複雑な分子へと組み立てられることはできません。厚い大気層がないことは、紫外線やその他の有害な宇宙放射線による有機分子の破壊からの防護が欠如していることも意味します。火星に生命が存在したことがあるかどうかについては結論は出ていませんが、火星の大気の上空に漂っているにもかかわらず、今日の火星で塵が生命の誕生を後押しすることは極めて考えにくいと考えられます。
塵についてさらに学ぶことが重要であるのは明らかです。惑星間塵粒子は、 研究のために積極的に採取されており、 その方法は、航空機を成層圏へ飛ばすこと、または地球に帰還する宇宙船を精査して、これら微細な塵粒子の衝突跡を探すことです。塵粒子が自力で地表に到達した場合は、海洋や極域の堆積物など、識別可能な場所から微小隕石として採取できます。
しかし、惑星間塵粒子がひとたび地球の大気圏に突入したり宇宙船に衝突したりすると、付着していた複雑な分子は必然的に失われます。これらの粒子から、太陽系が形成された原始物質や彗星・小惑星の組成について多くを学ぶことはできますが、より繊細な情報を得るためには、これらの天体を直接調査しなければなりません。
これを行う優れた方法は、彗星の尾を通過することです。ロゼッタはまさにこれを行い、驚くべき発見として遊離 酸素を、彗星67P/Chryumov-Gerasimenkoのコマ内で発見しました。一方、 NASAのスターダスト 計画は、彗星ワイルド2の尾を通過し、2006年に宇宙塵粒子を地球に持ち帰って分析に供しました。2009年、NASAは、生命の基本的な化学的構成要素 が発見されたと発表しました。その構成要素とは、アミノ酸の一種であるグリシンです。
このような追加データにより、宇宙における塵の秘密がさらに多く明らかになることが期待されます。その中には、塵が地球上で生命の誕生を後押ししたのかどうか、そして再び同じことを起こしうるのかどうかも含まれます。
掲載は、世界経済フォーラムによる見解の支持を意味するものではありません。
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著者：クリスチャン・シュレーダーは、スターリング大学の環境科学・惑星探査の講師です。
画像：この5分間の露光で撮影された彗星。REUTERS/Aaron Kingery/NASA/MSFC/Handout via REUTERS.
