新たな研究によると、火星のゲール・クレーターの季節はアイスランドの季節に似ていた可能性がある。
このクレーターを対象に、キュリオシティ探査車のデータと、類似した地質形成物が異なる気候のもとで風化した地球上の場所を比較する研究が行われている。
地球上のさまざまな気候を利用し、科学者たちは古代火星の温度を測るための「温度計を較正」することができた。
新たな研究によると、30億年以上前の火星のゲール・クレーターの季節は、おそらくアイスランドの季節に似ていた。
古代の火星のクレーターを対象に、次のデータを比較する研究が行われている。キュリオシティ探査車のデータと、類似した地質形成物が異なる気候のもとで風化した地球上の場所を比較している。
典型的な気温が華氏38度未満の、玄武岩質の地形と涼しい気候を持つアイスランドが、古代火星に最も近い類似地として浮かび上がった。この研究は、古代火星の川が運んだ堆積物からできた岩石が気候によって風化する過程に、温度が最も大きな影響を及ぼしたと結論づけている。
この研究は、古代の湖底の砂や泥に影響を与えた力についての疑問に答えることを目指した。
キュリオシティが2012年に火星に着陸して以来、移動しながら収集したデータから、古代の湖で形成された泥岩の化学的・物理的状態が分かる。しかし、その化学組成だけでは、堆積物が上流で侵食された当時の気候条件は直接明らかにならない。そのため研究者たちは、惑星間の相関を見いだすため、地球上で類似した岩石や土壌を探す必要があった。
アイスランドか、アイダホか？
『JGR Planets』に掲載されたこの研究では、よく知られた多様な条件にあるアイスランド、アイダホ、そして世界各地のデータを用い、マウント・シャープを含むクレーターで探査車が観察し、感知した状況に最もよく合う場所を調べた。
このクレーターにはかつて湖があったが、水が満ちることを可能にした気候については、長年議論が続いている。初期の火星は温暖で湿潤で、川や湖が広く存在したと主張する人もいる。一方、寒冷で乾燥し、氷河や雪がより一般的だったと考える人もいる。
「ゲール・クレーターの堆積岩が示すのは、むしろこの2つのシナリオの中間に位置する可能性の高い気候です」と、ライス大学の博士研究員を修了し、現在はNASAジョンソン宇宙センターの委託先であるジェイコブズ・スペース・エクスプロレーション・グループで火星サンプルリターン科学者を務めるマイケル・ソープは述べる。「古代の気候はおそらく極寒でしたが、湖に液体の水が長期間存在することを可能にしていたようです。」
研究者たちは、30億年以上が経過した火星の岩石の風化がごくわずかだったことに驚いた。その結果、古代火星の岩石は、現在のアイスランドの川や湖にある堆積物に匹敵していた。
「地球では、化学的風化の助けによって、堆積岩の記録は時間とともに見事に成熟していきます」とソープは指摘する。「しかし火星では、地球上のどの堆積岩よりも古い泥岩の中に、非常に若い鉱物が見つかります。これは風化が限定的だったことを示唆しています。」
火星を調べる実験室としての地球
研究者たちはアイダホ州とアイスランドの堆積物を直接調査し、さらに南極からハワイまで、世界各地のさまざまな気候下にある類似の玄武岩質堆積物の研究をまとめた。ゲール・クレーターに水が流れ込んでいた当時の火星であり得ると考えた気候条件の範囲を定めるためだ。
「この研究で地球は私たちにとって優れた実験室となり、さまざまな場所を使って、異なる気候要因が風化に及ぼす影響を調べることができました。ゲール・クレーターの岩石の種類では、年間平均気温が最も強い影響を及ぼしました」と、ライス大学の火星地質学者で、キュリオシティ・チームのメンバーでもあるキルステン・ジーバッハは述べる。新しい着陸機が2月に着陸した後、彼女はパーサヴィアランスの運用担当者となる。「地球上のさまざまな気候を利用し、古代火星の温度を測るための温度計を較正することができました。」
標準的な化学的風化指標（CIA）を用いた分析では、アイスランドの砂や泥の組成が火星に最も近かった。CIAは、試料の化学的・物理的風化から過去の気候を推定するために用いられる、基本的な地質学的手法である。
「水が岩石の中を流れて侵食や風化を進めると、岩石を構成する鉱物のうち、最も溶けやすい化学成分が溶け出します」とジーバッハは述べる。「火星では、泥は粒径が最も小さく、通常は最も風化しているにもかかわらず、火山岩と比べて、溶解が最も速い元素のごく一部しか泥から失われていないことが分かりました。
「このことから、湖が存在した当時の火星の年間平均気温はかなり限られます。もしもっと温暖だったなら、それらの元素の多くが流れ去っていたはずです」と彼女は言う。
結果はまた、河川作用がクレーターに堆積物を運び続ける間に、気候が南極に似た状態から、よりアイスランドに似た状態へと変化したことを示している。この変化は、この手法を古代火星の気候変動の追跡に役立てられることを示している。
この研究は、キュリオシティが調査した湖の堆積物のうち、最も低く、最も古い部分に焦点を当てた。一方、火星の気候はおそらく変動し、時間とともに乾燥していったことを示す研究もある。「この研究は、現在の地球でよく分かっている気候や環境と比較することで、その傾向をより定量的に解釈する方法を示しています」と、地球・環境・惑星科学の助教であるジーバッハは述べる。
「同様の手法をパーサヴィアランスに用いれば、着陸地点であるジェゼロ・クレーター周辺の古代の気候を理解できるかもしれません。」
同時に、特にアイスランドでの気候変動により、両惑星の過去を理解するのに最適な地球上の場所が変わる可能性もあると彼女は述べる。
