[論文レビュー] EnVision: understanding why our most Earth-like neighbour is so different

Richard Ghail, Colin Wilson+10 more|arXiv (Cornell University)|Mar 27, 2017

Planetary Science and Exploration参考文献 129被引用数 8

ひとこと要約

EnVisionは、地球と同程度のサイズと形成歴を有しながらも、なぜ大きく異なる進化を遂げたかを解明することを目的としたESAのM5ミッション候補である。このミッションは、高度なSバンドレーダー、地下構造探査、分光計を用いて、表面の変形、地下構造、大気の組成をマッピングし、過去および現在の地質活動の証拠を求めて、レーザー効果の進化と陸上惑星の多様性を理解することを目的としている。

ABSTRACT

This document is the EnVision Venus orbiter proposal, submitted in October 2016 in response to ESA's M5 call for Medium-size missions for its Science Programme, for launch in 2029. Why are the terrestrial planets so different? Venus should be the most Earth-like of all our planetary neighbours: its size, bulk composition and distance from the Sun are very similar to those of Earth. Its original atmosphere was probably similar to that of early Earth, with abundant water that would have been liquid under the young sun's fainter output. Even today, with its global cloud cover, the surface of Venus receives less solar energy than does Earth, so why did a moderate climate ensue here but a catastrophic runaway greenhouse on Venus? How and why did it all go wrong for Venus? What lessons can be learned about the life story of terrestrial planets in general, in this era of discovery of Earth-like exoplanets? Were the radically different evolutionary paths of Earth and Venus driven solely by distance from the Sun, or do internal dynamics, geological activity, volcanic outgassing and weathering also play an important part? Following the primarily atmospheric focus of Venus Express, we propose a new Venus orbiter named EnVision, to focus on Venus' geology and geochemical cycles, seeking evidence for present and past activity. The payload comprises a state-of-the-art S-band radar which will be able to return imagery at spatial resolutions of 1 - 30 m, and capable of measuring cm-scale deformation; this is complemented by subsurface radar, IR and UV spectrometers to map volcanic gases, and by geodetic investigations.

研究の動機と目的

• 地球に似たサイズと太陽からの距離を有するにもかかわらず、なぜ金星がレーザー効果の進化を遂げたのかを調査すること。
• 内部ダイナミクス、ボルケニズムに伴うガス放出、風化作用が惑星進化に果たす役割を理解すること。
• 金星の現在の極端な環境条件が、外部要因（例：太陽からの距離）によるものか、内部プロセスに起因するのかを特定すること。
• 火山活動や構造的変動を含む、過去または現在の地質活動の証拠を探索すること。
• 地球と金星を比較することで、陸上惑星の生命可能性に関する理解を深めること。

提案手法

• 1～30メートルの解像度で画像を撮影し、センチメートルスケールの表面変形を検出可能な高分解能Sバンドレーダーを搭載した金星周回機を展開すること。
• 地下レーダー探査を用いて浅い内部構造を調査し、地下構造や氷の堆積物の可能性を特定すること。
• 赤外線および紫外線分光計を用いて、SO2 やCO2 の同素体などのボルケニズムガスを含む大気の組成をマッピングすること。
• 重力場の測定を通じて、惑星の内部構造と質量分布を推定するためのジオデシック測定を実施すること。
• 複数の機器のデータを統合し、表面と大気の相互作用および揮発性物質の循環をモデル化すること。
• ミッションの軌道とタイミングを活用して、大気の動態および表面の変化を長期にわたってモニタリングすること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 金星における現在または最近の火山活動および構造的変動の性質と分布は何か？
• RQ2 揮発性ガスの放出と風化作用が、金星の大気の進化にどのように影響したか？
• RQ3 内部惑星ダイナミクスおよび熱輸送機構が、地球とはどの程度異なるか？
• RQ4 金星に過去の表面または地下の水の存在を示す証拠は何か、そしてその水はいつ消失したのか？
• RQ5 金星の地質的および大気的進化の道筋は、地球や他の陸上系外惑星とどのように比較できるか？

主な発見

• 提案されているEnVisionミッションは、Sバンドレーダーを用いて、表面画像の空間分解能を1～30メートル、表面変形の検出精度をセンチメートルスケールに達する。
• 地下レーダー探査により、浅い内部構造と潜在的な地下貯留層に関する新たな知見が得られる。
• 赤外線および紫外線分光計により、ボルケニズムガスや大気の組成を高い感度でマッピングでき、一時的なプラウムやガス放出イベントの検出が可能になる。
• ジオデシック測定により、金星の内部構造と質量分布に関する制約が強化される。
• このミッションは、金星の表面の地質学的特徴、大気化学、内部ダイナミクスを結びつける、包括的かつ多機器連携のデータセットを初めて提供する。
• このミッションは、系外惑星系における惑星気候の進化と生命可能性に関する根本的な問いに答えることを目的として設計されている。