過去数十年にわたり、科学界で大きな関心を集めてきたテーマの一つは、過去数百万年の間に火星に液体の水が存在するか、あるいは存在していたかどうかです。しかし、多くの研究が行われたにもかかわらず、これまで決定的な答えは示されていません。私たちの国際チームは今回、新たな証拠を突き止めました。火星の衛星画像を地球上の泥流と比較したところ、 赤い惑星では比較的「最近」、流水が存在していたに違いないことが分かりました。 それは過去100万年以内のことです。
NASAの火星探査車スピリットが発見した火星の土壌。
ウィキペディア
私が（知的な意味で）火星への旅を始めたのは、2000年代初頭にマーズ・グローバル・サーベイヤーなどが撮影した火星表面の美しい 高解像度画像 を初めて見たときでした。それらは地球の砂漠の画像だと思いました。私は、水、風、氷、火山活動の作用が地球の景観をどのように形づくるかを研究しており、私たちの惑星によく似た別の惑星が存在することに気づいたのです。それ以来、私は火星に引きつけられ、とりわけ流水がその表面をどのように削り、形づくってきたのかに関心を寄せてきました。
傾斜と流れ
今回の新たな発見は、火星が 従来考えられていたよりも居住可能性が高いことを示唆しています。過去の水流についての知見は、将来の火星有人探査にとって貴重な資源にもなり得ます。しかし、私にとってこの研究で最も重要なのは、最終的に私たち自身の惑星を含め、惑星がどのように機能するのかをより深く全般的に理解するための道筋を示してくれることです。
太陽の周りを回る軌道面と自転軸の間の角度であり、季節を生み出す 地球の自転軸の傾き が自然に変動することで、数万年から数十万年という時間尺度で気候がどのような影響を受けてきたかについて、私たちはいまだ十分に理解できていません。同じような期間に、火星では自転軸の傾きが地球よりはるかに大きく変動します。軌道を安定させる大きな衛星がないためです。私たちはこれを研究の出発点としました。
私たちが発見したのは、自転軸の傾きが大きかった時期に、火星表面を十分な量の水が流れ、特定の場所で大規模な「土石流」を生じさせたということです。土石流とは、水、泥、岩石が混ざったものが斜面を勢いよく流れ下る現象です。地球では非常に危険な場合があり、豪雨や火山活動で溶けた氷・雪によって引き起こされます（ラハールとも呼ばれます）。
私たちは、火星の「イストク」と呼ばれる衝突クレーター内にある、こうした土石流の堆積物を調べました。火星には常に隕石が落下しているため（直径10メートルの衝突クレーターは年間およそ30個形成されます）、衝突クレーターの数を数えることで地表の年代を推定できます。数が多いほど、地表は古いということです。この 標準的な手法 を用いて、イストク・クレーターは約100万年前に形成されたと推定しました。土石流の堆積物はクレーター内に見つかっているため、イストク・クレーターの形成後に生じたことが分かります。また、重なり合う堆積物が数百か所も見られることから、土石流を引き起こすほど地表が水で飽和する事象が繰り返し起きたことも分かります。
異なる角度から撮影されたイストクの衛星画像2枚を使って、地形の高解像度3Dコンピューターモデルを作成し（図1参照）、画像に写った土石流を、アイスランドなど地球の北極圏環境で見つかった堆積物と比較しました。驚くべきことに、このような流れは火星でも地球と同じ速度で発生していたことが分かりました。
アイスランドの泥流は、火星の水の痕跡をたどる手がかりとなりました。
クレジット：NERC ARSF、著者提供
現在の火星の気候は寒冷で乾燥しており、水は氷（主に氷河や氷冠） として、また液体ではなく水蒸気として存在します。最近まで水が流れていたとすれば、今回の結果は、火星の自転軸の傾きの変動によって気候に非常に大きな変化が生じたはずであることを示しています。
この研究は、現在火星で起きている「地球に似た」 氷期・間氷期サイクル の全体像をより完全に把握する助けにもなっています。地球と同様、これらのサイクルは惑星の自転軸の傾きが変化すると起こります。傾きが大きくなると、氷冠は消失します。火星はいまサイクルの「氷期」にあり、水は氷として閉じ込められているため、液体の水は生じていません。地球では傾きが変化すると氷が融けますが、火星では水はおそらく融けず、水蒸気や雲となって大気中に移るのでしょう。こうした雲は雪を降らせることがあり、私たちは、その雪が融けてイストク・クレーターの土石流を引き起こしたと考えています。
新たなガリー
また、火星表面のほかの多くの場所でも、イストクにあるものと似た、土石流によって形成されたガリーを発見しました。しかし、何か不思議な理由で、それらはそれほど新しいものには見えません。過去100万年間、イストク・クレーターでは火星のほかの場所とは異なる「気象」条件が生じるような、特有の何かがあったのでしょうか。見落としていた、おそらく地下にある別の水源がイストクにあったのでしょうか。私にとって、研究ではほとんど常にこうした新しく興味深い疑問が生まれるという事実こそが、火星研究に何度も引き戻される理由です。
この研究を受けて、今後は、雪や氷が融けて土石流を生じさせる地球の景観にもっと注目し、実験室での実験を通じて、火星特有の環境が土石流の挙動にどのような影響を与えるかを調べていくつもりです。科学者たちが火星の水に関する論文を発表し続け、それらを通じて、変化する気候システムのもとで惑星表面がどのように変化するのかについて、より深い理解が進むことを大いに期待しています。
この記事は当初、 The Conversationに掲載されました。 元の記事をお読みください。掲載は、世界経済フォーラムが見解を支持することを意味するものではありません。
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著者： スーザン・コンウェイ は、 オープン大学の博士研究員です。
画像：壁に投影された火星の画像とともにポーズをとる少年。ロイター／Ali Jarekji。
