火星の地震は、赤い惑星が私たちが考えていたよりもはるかに放射能に汚染されていることを明らかにした

NASAのインサイト着陸機は、地球にいる科学者が火星の完全な物理的検査を行うのに役立つ多数の機器を搭載し、2018年に初めて火星に着陸した。インサイトの主要センサーの1つは、1970年代のバイキング着陸機以来、赤い惑星の脈動を測定した最初の地震計だった。

約1年かかりましたが、検出器は2019年初頭にいわゆる火星地震を感知し始めました。そして今、インサイトの地震データに基づく3つの異なる研究が、すべて昨日サイエンス誌に発表され、私たちの隣の惑星の内部を前例のない視点で見ることができるようになりました。

約 10 回の火星地震の測定結果と、火星隕石やその他の火星データから得られた火星の岩石に関する知識を使用して、チームは赤い惑星の構造と進化に関する新しい知識を推測することができました。1 つの研究は火星の地殻の大きさと特徴を見つけることに焦点を当て、1 つはマントル (または中間層) に焦点を当て、もう 1 つは火星の核に焦点を当てました。

火星地震はマグニチュード3か4程度だったため、地球上で発生したとしてもほとんど感じられないだろうと、火星マントルの研究の主執筆者で、ETHチューリッヒ地球物理学研究所の地球物理学者アミール・カーン氏は言う。

「これは本当に驚くべきことだ」と、オーストラリアのカーティン大学と惑星科学研究所の宇宙地質学者で、今回の研究には関わっていないグレッチェン・ベネディクス氏は言う。3つのチームが別々に活動していたにもかかわらず、火星について同じような見解に収束したのは良い兆候だと彼女は言う。ベネディクス氏は火星隕石を研究しており、機械学習を使って惑星表面の進化を研究している。

発掘された（あるいは火星で発見されなかった？）驚きの1つは、火星の核が予想外に大きいことだ。その半径は、科学者がこれまで推定していた半径の上限に位置する。火星の液体金属の核は、実際には表面から約1500キロメートル下、火星の中心のちょうど中間地点から始まっており、鉄とニッケルの核は、ミッション開始時に科学者が考えていたよりも大きいが、密度も低い。

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別の研究では、火星の岩石圏の厚さが明らかになった。岩石圏とは、地殻とマントルの外側の冷たい部分の両方を含む、火星の冷たくて脆い上部の部分のことで、著者らは現在、その厚さは約 400 ～ 600 キロメートルであると考えている。比較すると、地球ははるかに大きい (実際、火星の直径の 2 倍) が、地球の岩石圏は上から下まで平均してわずか 100 キロメートル程度である。

研究者たちは、インサイトの地震計のデータを使ってこれを解明した。このデータは主に、地震によって発生する2種類の波を捉えたものだ。最初に発生し、最も速く伝わるP波（一次波）と、より遅く伝わるが地震の際に私たちが考える実際の被害をもたらすS波（二次波）だ。

P 波は圧縮されたスリンキーのように伝わり、伝わる方向に地面を圧迫したり伸ばしたりします。一方、S 波は海の波のように伝わる方向に対して垂直に伝わります。

しかし、これらの波は地形が異なればすべて同じように伝わるわけではない、と惑星科学研究所所属で今回の研究には関わっていない岩石学者（岩石の起源や組成を研究する地質学者）のJ・ブライアン・バルタ氏は言う。バルタ氏は過去10年間、火星を理解する手段として火星隕石を研究してきた。

「地震計の感度が十分であれば」とバルタ氏は言う。「直接向かってきたS波と、最初に何か別のものに「跳ね返った」S波、あるいは最初に2つのものに跳ね返ったS波を区別できる。これは地下の様子を描写するのに役立つ」

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波は地下の高温部を通過する速度も遅いため、研究者は火星の地下に放射性物質が豊富に存在するかどうかを知ることができる。

「私たちの研究結果は、火星の地殻には熱を発生する放射性元素が、研究者がこれまで衛星データで判定していた量よりも13～20倍多く含まれていることを示唆している」とカー​​ン氏は言う。

岩石惑星の内部に閉じ込められた熱は、さまざまな源から来ている。一部の熱は惑星の形成時に残ったものだが、かなりの割合の熱は内部でゆっくりと崩壊する放射性同位元素によっても生成されるとバルタ氏は言う。

火星地震が発生した場所は、火星表面の亀裂が集まったケルベロス・フォッサであると思われる。研究者らは5月に、この場所で地質学的に最近の火山活動の兆候と思われるものを発見した。バルタ氏は、この2つの事実から「ケルベロス・フォッサは火星で最も最近の活動があった場所である可能性があり、両方の測定結果がその筋書きに合致する」と述べている。

その間にも、データは地球に送られ続け、火星の内部構造についてさらなる手がかりを与えてくれる。「毎日、新たな火星地震が検出されています」とカーン氏は言う。