火星の謎の雲が教科書の常識を覆す—理論のみとされた現象を実観測か
火星のアルシア・モンス火山の西側に毎夏現れる全長1,800キロメートルの白い筋状の雲。その正体が、これまで実験室の理論上の現象に過ぎないと考えられていた「均一核生成」である可能性を示す研究が、ソルボンヌ大学のホルヘ・エルナンデス・ベルナル博士率いる研究チームによって示唆されました。この研究成果は学術誌『ネイチャー・ジオサイエンス』に掲載されており、火星の大気現象に対する理解を根本から変える可能性を秘めています。
数十年謎のままだった雲の正体
アルシア・モンス伸張雲（AMEC）と呼ばれるこの現象は、高さ20キロメートルの楯状火山アルシア・モンスの背後で、毎年火星の夏季に数時間だけ出現しては消えることが繰り返されてきました。科学者たちはこれを数十年前から観測していながら、従来の大気モデルでは説明がつかなかったのです。
地球の雲は、湿った空気が上昇して膨張・冷却される過程で、塩の結晶や産業汚染物質などの微粒子（凝結核）にまわりの水蒸気が凝結することで形成されます。火星は塵に満ちた惑星で、グローバルダストストームが周期的に発生するため、研究者たちは火星の塵粒子がこの雲の凝結核になると単純に考えていました。しかし大気シミュレーションで従来の理論を適用すると、広がった霧状の領域か、あるいは何ものも現れません。数千キロメートルにわたって細く伸びた明るい筋状の雲が、どうして安定して存在しえるのかは謎のままだったのです。
極限環境が生み出す「教科書の現象」
転機となったのは、凝結核を必要としない雲形成理論の再検討でした。均一核生成では、水分子同士が極めて高い圧力で衝突することで、何も足がかりのない状態でも液滴や氷の結晶が一気に形成されます。教科書には記載されていながらも、大気中に常に塵が豊富に存在するため、この現象は理論的な curiosity に過ぎないと考えられてきました。
エルナンデス・ベルナル博士のチームは、火星気候モデル（Mars Planetary Climate Model）を用いた気象シミュレーションと専門の微物理パッケージにより、夏季のアルシア・モンス周辺の大気を詳細に再現しました。その結果、複数の極限条件が同時に満たされることが明らかになったのです。
西風がアルシア・モンスに正面から衝突し、重力波という大気の定在波を発生させます。この波を通過する空気は、約15分で30℃の温度低下を経験し、マイナス143℃以下にまで「過冷却」されるのです。同時に火星の夏季の大気は比較的塵が少なく、毎立方センチメートルあたり0.1粒程度。このために水蒸気が急速に吸収されず、湿度が約1,000万パーセントに跳ね上がります。
こうした極限の環境下では、水分子が物理的な限界を超え、突如として立方センチメートルあたり数百個の氷結晶に一気に凍結化します。風がこれらの新生氷粒子を、凍結ポケットの外側へ吹き出し、1,000マイル以上も伸びた細い筋状の雲へと変貌させるのです。
出典: Universe Today
