スミソニアン協会のThomas Wattersさんを筆頭とする研究チームは、火星の「Medusae Fossae Formation(メデューサエ溝状層、以下MFF)」と呼ばれる地域に氷(水の氷)を含む厚い堆積層が存在する証拠を示した研究成果を発表しました。堆積層の厚さは最大で3.7kmに達し、火星全体を深さ1.5〜2.7mで覆えるほど大量の水が氷として存在する可能性があるようです。研究チームの成果をまとめた論文はGeophysical Research Lettersに掲載されています。

【▲ 火星のメデューサエ溝状層(Medusae Fossae Formation:MFF)の位置を示した図。MFFはオリンポス山(Olympus Mons)の南西、赤道(Equator)のすぐ南に位置している。画像の色は標高に応じて着色されている(Credit: ESA)】【▲ 火星のメデューサエ溝状層(Medusae Fossae Formation:MFF)の位置を示した図。MFFはオリンポス山(Olympus Mons)の南西、赤道(Equator)のすぐ南に位置している。画像の色は標高に応じて着色されている(Credit: ESA)】

欧州宇宙機関(ESA)によると、MFFは風食作用で形成された高さ数kmの地形が差し渡し数百kmに渡って広がる地域で、北半球の低地と南半球の高地のちょうど境界付近にあります。注目はその緯度で、極冠として水や二酸化炭素の氷が堆積している北極や南極とは異なり、MFFは赤道から南に数度しか離れていません。MFFに堆積層が存在することは知られていましたが、何でできているのかまではわかっておらず、火山灰や砂塵(ダスト)が堆積している可能性も考えられていました。

【▲ 火星の赤道付近に埋蔵されているとみられる氷(水の氷)を含む堆積層の分布と推定される厚さを示した図(堆積層を覆う物質の厚さを300mと見積もった場合)。堆積層の厚さは最大で3km近くに達していることがわかる(Credit: Planetary Science Institute/Smithsonian Institution)】【▲ 火星の赤道付近に埋蔵されているとみられる氷(水の氷)を含む堆積層の分布と推定される厚さを示した図(堆積層を覆う物質の厚さを300mと見積もった場合)。堆積層の厚さは最大で3km近くに達していることがわかる(Credit: Planetary Science Institute/Smithsonian Institution)】

2007年にMFFの堆積層発見を報告した研究チームも率いていたWattersさんは、ESAの火星探査機「Mars Express(マーズ・エクスプレス)」に搭載されている地下探査レーダー高度計「MARSIS」を使ってMFFの観測を行ってきました。

当初、MARSISのデータから推定された堆積層の厚さは最大2.5kmでしたが、最新の観測によって南極冠層状堆積物(SPLD)の最大厚さに匹敵する最大3.7kmであることが明らかになりました。また、堆積物はレーダー波に対して比較的透明で密度が低く、極冠と同様に層状の氷が堆積していることを最新のデータは示しているといいます。

【▲ マーズ・エクスプレスのMARSISによる観測範囲(上の白線)と観測データ(下)を示した図。表面を乾燥した物質(砂塵もしくは火山灰)に覆われた2つの山塊は氷(水の氷)で満たされている可能性があるという(Credit: CReSIS/KU/Smithsonian Institution)】【▲ マーズ・エクスプレスのMARSISによる観測範囲(上の白線)と観測データ(下)を示した図。表面を乾燥した物質(砂塵もしくは火山灰)に覆われた2つの山塊は氷(水の氷)で満たされている可能性があるという(Credit: CReSIS/KU/Smithsonian Institution)】

研究チームが新たな観測結果と堆積物のモデルを使って分析したところ、火山灰や砂塵だけが堆積すると自重で圧縮されてしまうため、実際に観測された堆積層の厚さと低密度の両方を説明できないことがわかりました。研究チームはMFFの堆積層について、氷を含む砂塵が厚く堆積した層の上を深さ300〜600mの乾いた物質の層(砂塵もしくは火山灰)が覆っているのではないかと考えています。

スミソニアン協会によると、MFFに氷として埋蔵されている水の量は北極冠層状堆積物(NPLD)の最大50%で、北米大陸の五大湖の総水量を大きく上回り、火星の表面を1.5〜2.7mの深さで覆うのに十分な量と推定されています。MFFに氷を含む堆積層が残された頃の火星は自転軸の傾きが今とは異なり、現在の赤道付近が寒冷で極地が温暖だったと考えられています。

関連記事:火星では“ごく最近”にも液体の水が流れた可能性 気候シミュレーションで判明(2023年7月10日)

【▲ 推定されるメデューサエ溝状層(Medusae Fossae Formation:MFF)の断面図。下の画像が上の画像の白線部分(概ね北北西〜南南東)における地下の推定構造を示している。表面(赤)の下には乾いた物質の層(オレンジ)があり、その下には水の氷を含む厚い堆積層(青)が存在するとみられている(Credit: CReSIS/KU/Smithsonian Institution)】【▲ 推定されるメデューサエ溝状層(Medusae Fossae Formation:MFF)の断面図。下の画像が上の画像の白線部分(概ね北北西〜南南東)における地下の推定構造を示している。表面(赤)の下には乾いた物質の層(オレンジ)があり、その下には水の氷を含む厚い堆積層(青)が存在するとみられている(Credit: CReSIS/KU/Smithsonian Institution)】

火星の地下に埋蔵されているとみられる水の氷は様々な観点から注目されています。水は人間の生存や生活に欠かせない物資の一つであり、電気分解して得られる水素と酸素はロケットエンジンの推進剤として利用できることから、将来の有人火星探査では現地で氷を採掘することも検討されています。また、掘り出された氷からは古代の火星の気候に関する情報が得られたり、過去の(場合によっては現在の)生命の痕跡が見つかったりする可能性もあります。

こうした事情もあって、MFFは火星探査において特に注目される地域の一つとなる可能性があります。赤道のすぐ近くに位置するMFFでは温度の維持に必要なエネルギーが比較的少なくて済みますし、標高が比較的低いということは大気を利用して探査機や着陸船を減速しやすいことになります。埋蔵量の多さはスペースXのイーロン・マスクCEOが掲げる火星入植のような事業でも注目されるでしょう。厚さ数百mの砂塵の下に眠っているかもしれない氷の発見は、将来の火星探査の行方を大きく左右することになるかもしれません。

 

Source

ESA - Buried water ice at Mars's equator? Smithsonian Institution - New Study Reveals Evidence of an Ice-Rich Layered Deposit on Mars Watters et al. - Evidence of Ice‐Rich Layered Deposits in the Medusae Fossae Formation of Mars (Geophysical Research Letters)

文/sorae編集部