インサイト着陸船による火星の地震活動の最初の観測のおかげで、火星の組成を理解することにこれまで以上に近づいています。 NASA 主導のプロジェクトは、2018 年 11 月に火星の表面の下を調査することを目的として火星の表面に着陸し、その地殻、マントル、コアの詳細を明らかにするいくつかのいわゆる「地震」を観測しました。
InSight の主な調査結果は、本日 Science 誌に掲載された 3 つの論文で詳述されています。 科学者が地球以外の惑星の内部の詳細な画像を作成できたのはこれが初めてです。
「私たちは、惑星の進化と形成を支配するプロセスを理解しようとしており、地球の独特な進化をもたらした要因を発見しようとしています」とチューリッヒ工科大学チューリッヒ大学のチームを率いる Amir Khan 氏は述べています。直接および表面反射地震波を使用して、火星のマントルの構造を明らかにしました。 「この点で、InSight ミッションは、私たちの惑星以外の惑星をその場で調査することにより、太陽系の科学探査におけるギャップを埋めます。」
進行中の NASA ミッションの結果 - フル タイトル 「地震調査、測地学、および熱輸送を使用した内部探査」 — 火星の形成と進化に関する重要な洞察を明らかにするだけでなく、私たちの惑星と火星の主な違いを理解するのにも役立ちます.
「私たちが理解したい大きな問題の 1 つは、なぜ地球が液体の海、プレート テクトニクス、豊富な生命を持つ唯一の惑星なのかということです。」カーンを追加します。 「火星は現在、太陽系のハビタブル ゾーンの端にあり、初期の歴史ではより快適だった可能性があります。これらの疑問に対する答えはまだわかっていませんが、それらが火星にあり、おそらくその内部にあることはわかっています。」
InSight は、2019 年に火星の赤道近くのエリュシウム平原で最初に地震の存在を検出して以来、300 以上のイベント (1 日に 2 回以上) を検出し、それらの多くを発生源までさかのぼって追跡しています。
本当に印象的なのは、研究者がこれらの地震を使って、惑星の内部の奥深くを「見る」ための診断ツールとして使用できることです。
「地震の信号を研究することで、地殻の厚さとマントルの構造、火星のコアのサイズを測定しました」と、ETH チューリッヒの研究地震学者である Simon Stähler 氏は ZME Science に語っています。 「これは、地震の信号を使用して、1900 年から 1940 年の間に地球で行われたことを再現しています。」
火星の地殻から…
InSight による観測により、研究者は火星の地殻の構造を評価し、その厚さやその他の特性を初めて絶対数で決定できるようになりました。火星の地殻について以前に得られた唯一の値は、領域ごとの厚さの違いを示す相対値でした.
「火星の内部構造に関する全体像の一部として、火星の地殻の厚さと構造を特定しました」と、ケルン大学地質学研究所の地球物理学者である Brigitte Knapmeyer-Endrun 氏は ZME Science に語っています。 「これまでの推定では、地殻の厚さの相対的な変動を正確に説明できる軌道データ (重力と地形) にのみ依存できましたが、絶対値はありませんでした。これらの推定値にも大きなばらつきがありました。」
InSight の着陸エリアで収集された地殻の厚さ、新しい地震測定、および以前のミッションで収集されたデータを使用して、チームは火星の地殻全体の厚さをマッピングし、平均厚さが 24 ～ 72 km であることを発見しました。
Knapmeyer-Endrun は、彼女と彼女のチームが InSight の Seismic Experiment for Interior Structure (SEIS) で収集したデータ、特に非常に広帯域 (VBB) の地震計 (原子スケールで動きを記録できる非常に感度の高い機器) と、 ETH チューリッヒの Marsquake Service (MQS) は、火星の地殻がモデルがこれまでに予測したよりも薄いことを示唆しています。
「最終的に、着陸地点で考えられる地殻の厚さは 39 ～ 20 km の 2 つになりますが、どちらも地殻が以前の推定よりも薄く、表面の軌道測定に基づいて仮定されたものよりも密度が低いことを意味します。」
Knapmeyer-Endrun は続けて、InSight のデータは火星の地殻の構造を、組成の変化を示す少なくとも 2 つの境界面を持つ多層として明らかにしていると説明しています。これに加えて、チームはマントルの前に第 3 の地殻層が存在する可能性を排除できません。
.地球物理学者は、月にも似たようなものが見られるが、その小さい天体のはるかに薄い大気のために、影響はより極端であると付け加えた.
Knapmeyer-Endrun 氏は、InSight がたった 1 つの地震計で収集できた情報の量に、うれしい驚きを感じています。単一の地震計から 4.0 です」と彼女は説明します。 「地球上では、これらの地震を同等の距離で検出することさえできません。私たちは通常、同様の調査に数十または数百の地震計を使用します。」
また、InSight によって収集された地震のデータは、火星の地殻の厚さと組成を評価するのに役立つことが証明されただけでなく、科学者が火星自体の中心部までより深く調査することも可能にしました。
…火星のマントルとコアへ
カーンと彼のチームは、火星のマントルを調査するために、8 つの低周波地震からの直接および表面反射地震波を使用して、火星の表面のより深い部分を調査しました。彼らは、火星の表面から500km下に厚いリソスフェアが存在する可能性があることを発見し、その下に地球内に見られるものと同様の低速層があることを発見しました。カーンと彼の共著者の研究は、火星の地殻層が放射性元素で濃縮されている可能性が高いことを明らかにしています。
Stähler と彼の同僚が、火星のマントルと火星の境界で反射された微弱な地震信号を使用して調査したのは、これらの下部領域でした。惑星のコア。チームが発見したのは、火星のコアが実際には以前に計算されたよりも大きく、半径が約 1840 km であり、以前の推定値である 1600 km ではないということです。これは、コアが惑星の表面とその中心のほぼ中間から始まることを意味します。
新しい情報から、コアの密度を決定し、その組成を推定することもできます。
「コアのサイズが確実にわかりました。これは、長い間考えられていたよりもかなり大きいです」と Stähler 氏は言います。 「コアが非常に大きいことがわかったので、密度が高くないことがわかりました。これは、火星が硫黄、炭素、酸素、水素などの光の揮発性元素を相当量蓄積したに違いないことを意味します。そして、これらの隣接する世界の形成の違いについて重要なヒントを与える可能性があります.
「どういうわけか、これらの軽い要素はコアに入る必要がありました.これは、火星の形成が地球よりも速く起こったことを意味している可能性があります」と Stähler 氏は言います。 「これらの観測は、火星が、火星の軌道内に位置する太陽系星雲の化学的特徴を表す座礁した惑星の胚を表しているのではないかという憶測を助長しています。」
Knapmeyer-Endrun が行ったように、Stähler は、InSight が地震学的データの収集にどれほど成功しているかについて驚きを表明し、これまでのミッションで幸運が果たした役割を強調しています。
「比較的小さな地震でも、コアからの地震波の反射がエコーのように観測できました。そして、地震は着陸機からちょうどいい距離にありました。別の場所に着陸していたら、うまくいかなかったでしょう」と地震学者は言います。 「そして着陸地点が選ばれたのは、それが平らで岩がなかったという理由だけだったので、本当に運が良かったのです。」
Stähler 氏と彼のチームは、火星のコアを横切った地震波を使用して、火星のコアが地球のような固体鉄の内核を持っているか、それとも完全に液体であるかを判断しようとしている. Knapmeyer-Endrun が、InSight が今後数年間で地震を利用して取り組むと述べている長引く問題の 1 つにすぎません。
「地震学で取り組みたい未解決の問題がまだ複数あります。たとえば、観測された地震はどの地質学的/構造的特徴に関連していますか?カンラン石の相転移がマントルで起こる深さはどれくらいですか?地球のように固体の内核があるのか、それとも火星の核全体が液体なのか?」地球物理学者は言います。
そして、実績に基づくとすれば、これらの質問やその他の質問に答える InSight には賢明なお金がかかっています。 「火星のデータを記録してからわずか 2 年間で、この 1 台の地震計で、火星の地殻、マントル、コアについて何十年も推測してきたことを知ることができました。」
