火星は現在、氷に覆われた世界です。しかし、歴史を通じて、温暖な時期があり、川や海が流れ、氷河が溶け、生命が豊かに存在していた可能性もあります。火星の気候の変化は、他の惑星の進化に関する手がかりを与えてくれるため、火星の気候を理解し、かつて海が存在した可能性を示す証拠を見つけるための研究が活発化しています。
しかし、今日、火星は乾いた表面を持っており、その大気中の水量は、特に北極の近くでしばしば霜に凝縮します。 その地域では、それは永続的な氷のキャップを形成します。 火星の気候はどうなりましたか？
火星の表面と大気
意外に思われるかもしれませんが、二酸化炭素は熱を保持する性質を持つにもかかわらず、火星の南極地域には大量の凍結した二酸化炭素が存在します。火星の表面には、霜が降りた地域や古代の洪水によって刻まれた谷を除いて、水の痕跡は見られません。火星の土壌に関する詳細については、こちらの記事をご覧ください。
火星の大気は冷たく、乾燥していて、薄い。主に二酸化炭素からなるこの薄いベールは、地球の海面で記録される気圧の1%未満の表面気圧を生み出している。火星の軌道は、地球よりも太陽から50%遠い。さらに、その大気は極めて薄いため、極寒の気候の一因となっている。平均気温は摂氏マイナス60度で、極地では摂氏マイナス123度まで下がる。このデータは、火星の気候変動を理解する上で非常に重要である。
全く逆だ。真昼の太陽光は地表を十分に温め、時折氷を溶かすこともあるが、気圧が低いため水はほぼ瞬時に蒸発してしまう。
火星の大気には少量の水が含まれており、水氷の雲が形成されることもあるが、火星の気候は砂嵐や二酸化炭素の吹雪が特徴である。毎年冬になると、凍った二酸化炭素の吹雪が極地を襲い、反対側の極冠で凍った二酸化炭素が蒸発すると、数メートルものドライアイスの雪が積もる。しかし、太陽が一日中照りつける夏の極地でさえ、この凍った水を溶かすほど気温は上昇しない。
火星の過去
火星のクレーターのほとんどは激しく浸食されている。比較的新しく大きなクレーターの周囲には、ほぼ必ず泥流のような構造が見られる。これらの泥状の堆積物は、おそらく古代の大災害、すなわち火星表面への小惑星や彗星の衝突によって永久凍土の一部が溶け、地下深くの液体の水を含む領域に巨大な穴が掘られた際に生じた、凍結した残骸であろう。このことは、火星の過去が現在の気候にどのように影響を与えているかを理解することの重要性を改めて示している。
ある時点で表面に氷が形成され、典型的な氷河の景観が形成されたという証拠が発見されました。これらには、溶けた氷河によって縁に残された堆積物によって形成された岩の尾根や、氷床の下を流れる川によって氷河の下に堆積した砂と砂利の曲がりくねった帯が含まれます。火星の気候の進化について詳しく知るには、 をご覧ください。
火星の水循環には、湿潤期に関連する要素が含まれていた可能性がある。濃密な大気には、湖や海から蒸発した相当量の水が含まれていたと考えられる。この水蒸気は凝結して雲を形成し、最終的には雨となって降る。降雨によって地表水が流れ出し、その多くは地表に浸透しただろう。一方、積雪によって氷河が形成され、その融解水は氷河湖に流れ込んだ。これは、火星が経験した気候変動を如実に示している。
火星で撮影された画像の中には、表面に刻まれた巨大な排水路の存在を示すものがある。これらの構造物の中には、幅が200キロメートル以上、長さが2000キロメートル以上に及ぶものもある。これらの排水路の形状から、水が時速270キロメートルもの速度で表面を流れていた可能性が示唆される。
失われた海？
火星の高地には、かつて水没していた低地である堆積窪地へと流れ込む広大な谷系が存在する。しかし、これらの湖は火星上で最大の水の集積地ではなかった。度重なる洪水の間、排水路は北へと流れ、一連の一時的な湖や海を形成した。写真から読み取れるように、これらの古い衝突盆地の周辺で見られる多くの地形は、氷河がこれらの深い水域に流れ込んだ場所を示している。この研究は、火星のテラフォーミングを解明する手がかりとなるかもしれない。
様々な計算によると、火星の北部地域に存在した最大の海の一つは、メキシコ湾と地中海を合わせた体積に匹敵するほどの水を湛えていた可能性がある。火星に海が存在した可能性さえある。その根拠は、北部平原の多くの地形が海岸侵食に似ているという事実に基づいている。この仮説上の海は「オケアヌス・ボレアリス」と名付けられた。その大きさは地球の北極海の約4倍と推定されており、その形成を説明できる火星の水循環モデルが提唱されている。
現在、ほとんどの惑星科学者は、火星の北部平原に大規模な水域が繰り返し形成されたことを認めているが、真の海洋が存在したという考えを否定する者も多い。しかし、この議論は火星の気候変動を研究する上で重要な手がかりとなっている。
気候変動
若い頃の火星では、激しい浸食作用によって表面が滑らかになっていたと考えられます。しかしその後、火星が中年期を迎えるにつれて、表面は冷たく乾燥し、傷だらけになっていきました。それ以降、おそらくごくわずかな温暖な時期が散発的に訪れ、特定の地域で表面が若返っただけでしょう。この進化の過程を理解することは、気候変動が火星にどのような影響を与えるかを把握する上で非常に重要です。
しかし、火星で温暖な気候と厳しい気候が交互に現れるメカニズムは、依然としてほとんど謎に包まれています。現在、こうした気候変動がどのように起こったのかについては、ごく基本的な説明しかできません。火星の気候変動に関する仮説の一つは、火星の自転軸が軌道面に対して垂直な理想的な位置から傾いていることに起因します。地球と同様に、火星も現在約24度傾いています。この傾きは時間とともに規則的に変化し、また急激に変化することもあります。約10万年ごとに、自転軸の傾きは断続的に最大60度まで変化します。さらに、自転軸の向きと火星の軌道の形状は、周期的に時間とともに変化します。
こうした天体現象、特に自転軸が過度に傾く傾向は、季節による極端な気温変動を引き起こします。現在火星を覆っているような薄い大気であっても、自転軸が大きく傾く時期には、中緯度および高緯度地域では夏の気温が数週間連続して氷点下を上回り、冬は現在よりもさらに厳しいものになっていた可能性があります。火星における気候変動の影響は、現在も活発に研究されている分野です。
