NASAの2つのミッションが力を合わせて新しい種類の火星地震を解析

NASA のような宇宙機関は、私たちの最も近い隣人である火星を注意深く監視しています。火星上またはその周辺で 12 近くのミッションが進行中であるため、地球の天気予報と同じように火星の毎日の天気を追跡し、火星表面の小さな変化にも気づくことができます。

しかし今日、天文学者たちはもっと大きな変化を明らかにした。火星の地殻に2つの新しい大きな衝突クレーターが見つかったのだ。これは火星探査機（MRO）とインサイト着陸機の両方によって観測された。サイエンス誌に掲載された2つの新しい研究によると、これらはMROがこれまでに発見した最大の衝突クレーターであり、地震表面波が初めて検出されたものだという。

「これほど大きなものが見られるとは思ってもみませんでした」と、NASAジェット推進研究所の惑星科学者でMRO/インサイトチームのメンバーでもあるイングリッド・ドーバー氏は、今回の新発見に関するNASAの記者会見で述べた。火星の地震は、こうした隕石の衝突によって生じるものと同様、火星の中身や、地球を含む岩石惑星がどのように形成されたかについて、より詳しい情報を明らかにする。

地球では、何世紀にもわたって地震の観測が行われてきましたが、火星地震は新しい分野です。2018年に火星に着陸したインサイト探査機は、運用開始から1年も経たないうちに最初の火星地震を記録し、それ以来1,300回以上の地震を記録してきました。この着陸機は、NASAやその他の研究チームに、火星の表面下で何が起こっているのかを理解し、その核、マントル、地殻を詳細に研究するユニークな機会を提供します。火星や地球のような岩石惑星がどのように形成されるかを完全に理解するには、それらの構造に関する詳細な情報が必要であり、インサイトはそれを提供することを目指しています。16年間火星を周回しているMROは、地上で行われた観測の鳥瞰図として、表面の詳細な画像を提供します。

火星では、地震活動によって多くの地震が起きているが、地球のように厚い大気に守られていないため、天文学者は隕石が表面に衝突してさらなる波を起こすことも予想している。新たに検出された衝突のうち最初のものはS1000aと呼ばれ、2021年9月に発生し、火星北部の岩だらけでゴツゴツした地形の地域、テンペ・テラにクレーター群を形成した。2番目の衝突はS1094bと呼ばれ、2021年12月に発生し、インサイトにかなり近かった。アマゾニス平原の平坦で埃っぽい地域に衝突し、直径150メートルのより大きなクレーターを形成した。これはワシントン記念塔の高さに匹敵する距離だ。これによりマグニチュード4程度の地震が発生したが、これは地球の基準からするとかなり小さいものだが、地殻変動がそれほど活発でない隣国としては大きい。

これら 2 つの検出は、さまざまなミッション間のチームワークの真の表れでした。S1000a の場合、インサイトが地震の痕跡に気づき、科学者たちはそれを基に MRO の探査を指示してクレーターを撮影しました。一方、S1094b の場合、MRO チームは独自に新しく形成されたクレーターに気づき、インサイトの研究者と協力して、2 つの宇宙船の地震の痕跡が実際には同じイベントによるものであることを確認しました。衝突は MRO の毎日の天気カメラ MARCI でも確認できるほど大きく、チームは衝突のタイミングを 1 日以内で正確に特定することができました。これらの画像から、火星に衝突した隕石は直径約 5 ～ 12 メートル、キリンと電柱の長さの間の大きさであると推定されました。

[関連: 隕石は火星に衝突すると小さな「ブーッ」という音を立てる]

岩石惑星で地震が発生すると、その波は遭遇する物質に応じてさまざまな方法で跳ね返ります。これまで、インサイトが観測したすべての地震は、惑星のマントルの奥深くまで伝わる実体波として特徴付けられています。火山、地震、地滑りなどの大きな出来事は、実体波と浅い表面波の両方を惑星全体に波及させます。このため、天文学者は火星の地殻について疑問を抱いていました。

昨年 12 月の隕石衝突で、ついに手がかりがつかまれた。S1094b は地殻を伝わる大きな波を作り出し、インサイトがそれを測定できるようにした。チューリッヒ工科大学の上級研究科学者で、新しい研究の 1 つを執筆したドヨン・キム氏は、表面波と呼ばれるこの種の検出は「当初からインサイトのミッション目標の一部だった」と語る。これは地球以外の惑星で表面波が明確に検出された初めての事例であり、火星の地殻がこれまで考えられていたよりも少し凹凸があるかもしれないことを明らかにした。

MROのHiRISEによるS1094bの画像には、新しいクレーターの周囲の赤い惑星の表面に奇妙な明るい斑点も写っている。研究チームはこれを衝突時に地殻の下から浚渫された凍った水だと特定した。火星に氷冠があることは以前から知られていたが、氷が観測されたのはこれまでで最も低い緯度だ。さらに、画像と地震データの組み合わせにより、研究者は衝突の場所と火星を伝わった地震波の経路を特に正確に測定し、経路に沿った岩石の特性に関する情報を得た。

この画期的な観測の組み合わせは、隕石衝突の物理から惑星内部の構造まで、火星やその他の岩石惑星についてより詳細な理解への扉を開く。残念ながら、これはインサイトの最後の大活躍になるかもしれない。何ヶ月もの間、ほこりがゆっくりと太陽電池パネルを覆い、4～8週間ほどで作動するのに十分な電力がなくなる。チームはこれを締めくくりとして良い印象を抱いている。彼らの観測は火星での新たな発見への道を開くかもしれない。

[関連: パーセベランスの岩石の多い移動から得られた火星に関する 5 つの新たな知見]

「インサイトの着陸地点から遠く離れた地殻構造に関する新たな結果は、火星地殻の形成と進化に関する私たちの全体的な理解を深めるだろう」とベルリンのドイツ航空宇宙センター（DLR）の惑星科学者、マーティン・ナップマイヤー氏は言う。「共通の目標に端を発した協力関係において、2つの異なる火星探査ミッションの国際科学チームが協力し、可能な限り最良の結果を得るための努力を行った。」