火星の水とは？氷・氷床から過去の液体水、証拠と探査観測まとめ

火星の氷床や地下氷から古代の液体水まで、観測データと探査ミッションが示す「火星の水」の証拠を徹底解説。

火星には地球に比べて水が少ない。知られている水のほとんどは氷圏（永久凍土と極冠）にある。液体の水はありません。薄い大気中に少量の水蒸気があるだけである。

惑星の表面の条件は、液体の水が長期的に存在することをサポートしていません。平均的な気圧と温度が低すぎて、水を凍らせてしまうからだ。しかし、かつて火星には表面に液体の水が流れていたようだ。そうなると、地球の海のような広い範囲ができてしまう。

現在、または遠い過去に、地表上または地表下に水の兆候が多数あります。流床、極冠、分光測定、浸食されたクレーターなどです。また、液体の水があるときによくできる鉱物（ゲータイトなど）、灰色、結晶性ヘマタイト、フィロケイ酸塩、オパール、硫酸塩などがあります。

バイキング、マーズ・オデッセイ、マーズ・グローバル・サーベイヤー、マーズ・エクスプレス、そしてマーズ・リコネッサンス・オービターのような火星のフライバイはカメラを持っていました。それらは、古代の湖、古代の川の谷、広範囲の氷河と思われるものを撮影しました。軌道上のガンマ線分光計は、惑星の多くの表面のすぐ下に氷を発見しました。また、レーダー調査では、氷河と思われる氷を発見しました。フェニックス着陸機は、着陸時に火星に氷を映し出しました。フェニックスはまた、氷が溶けたり、雪が降ったり、液体の水滴を見ることもできました。

最近の報告によると、火星の表面の暗い筋は水の影響を受けているという。

現在の火星の水 — どこにあるか、どのような状態か

火星に存在する水の大半は固体（氷）です。極冠は季節ごとに二酸化炭素（CO2）と水の氷が入れ替わり、恒常的な水氷は極付近の層状堆積（極冠）や中・高緯度の永久凍土（氷圏）に多く含まれます。軌道観測（ガンマ線分光計や中性子検出器など）により、表面すぐ下に水分や氷が広く分布していることが示されています。

表面の平均気圧は約6ミリバール（地球の約0.6%）で、平均気温は約−60℃前後ですが昼夜や緯度で大きく変動します。この低圧・低温条件により、純水の液体は長期的に安定して存在できません（水の三重点の関係）。ただし、塩類（とくに過塩素酸塩など）によって凍結点が大きく下がるため、塩分を多く含む薄いブライン（塩水）は一時的に液体になり得ます。

過去に液体の水があった証拠

火星表面には明確な「流水の痕跡」が多数残っています。代表例は次のとおりです：

• 古い流路網（valles）や堰き止められたような谷、洪水の跡に相当する大規模なアウトフロー・チャネル
• 湖や三角州（デルト）の堆積構造：複数のクレーターで古湖底堆積物の証拠が見つかっています（例えばゲールクレーターの泥岩層など）
• 鉱物の分布：フィロケイ酸塩（粘土鉱物）や結晶性ヘマタイト、ゲーサイト（針鉄鉱）、オパール、硫酸塩などは、長期間にわたる淡水や中性〜弱酸性の環境で形成されることが多く、かつての液体の存在を示唆します

これらの観測から、特に火星の古代（約40〜37億年前のノアキアン期）には、より温暖で湿潤な気候が存在し、河川や湖が広範にあった可能性が高いと考えられています。

探査・観測ミッションがもたらした発見

多数の軌道機・着陸機・探査機が火星の水に関する知見を深めてきました。原文で触れたミッションに加えて、以下の成果が重要です：

• バイキング（1976年）：着陸による初期の表面観測と気象データ。
• マーズ・オデッセイ（2001年）：ガンマ線分光計で水素の分布を検出し、極域や中緯度に氷の存在を示唆。
• マーズ・グローバル・サーベイヤー（MGS）：高解像度カメラや地形データ（MOLA）で古河川や谷のネットワークを確認。
• マーズ・エクスプレス：MARSISレーダーで極域や厚い氷の存在、また氷床下に反射体が検出されたことによる「地下の液体湖」説（2018年）が提起されました（解釈は現在も議論中）。
• マーズ・リコネッサンス・オービター（MRO）：高解像度カメラ（HiRISE）や分光器（CRISM）でRSL（繰返し現れる斜面筋：暗い筋）の観測、塩類の検出などを行いました。
• フェニックス着陸機（2008年）：高緯度に着陸し、掘削で露出した白い物質を氷と確認。雪の降下や表面氷の昇華・融解に関する観測、土壌中の過塩素酸塩の発見などがありました。
• ローバー（スピリット、オポチュニティ、キュリオシティ、パーセベランス）：現場での地質解析により、オポチュニティはヘマタイトの丸石（"ブルーベリー"）や硫酸塩堆積を発見、キュリオシティはゲールクレーター内で古湖の堆積物と粘土鉱物を確認し古環境の可住性を評価、パーセベランスはジェゼロ・クレーターの三角州堆積を探索しサンプル採取を行っています。

地下水・氷床・一時的な液体の可能性

地下深部には液体の水が存在する可能性が理論的には残されています。高塩分の溶液（過塩素酸塩ブラインなど）は低温でも融点を大きく下げるため、地下深部や氷の下で液相が維持される条件が成立するかもしれません。MARSISが示した南極下の反射体は、その一例として「塩分を含む溶融水の湖」の存在を示唆しましたが、解釈は完全に確定していません。

表面近くでは、季節的に現れる暗い筋（RSL）は当初「塩を含む流水」の証拠とされましたが、最近の研究では乾いた粒状物質の移動で説明できるという結果も示され、結論は出ていません。現在の合意は、地表に安定した淡水の海は存在しないが、短時間の薄いブラインや微小な液滴は起き得る

火星水研究の意義と今後の課題

火星の水の履歴と現在の分布を理解することは、火星の気候史や地質学、さらには生命の痕跡の探索に直結します。将来の重要な課題は次のとおりです：

• 地下水や氷床下の液体の有無を決定するための更なるレーダー観測と現地探査
• 過去の淡水環境の詳細な年代測定と地球外生命探査のための適切なサンプルの採取（現在進行中の

  パーセベランス搭載でのサンプル回収と将来の地球帰還ミッション）

• 季節的現象（RSL、昇華・降雪・表面の水和変化など）のメカニズム解明
• 人類探査に向けた資源（氷の分布と採取可能性）のマッピング

まとめると、火星には大量の氷が存在し、古代には広範な液体水があった証拠が多数ある一方で、現在の火星表面に安定した液体の水はほとんどなく、液体が存在するならば塩類を伴う短時間のブラインか地下深部に限られる可能性が高い、というのが現時点の理解です。今後の探査で未解決の点（地下の液体やRSLの正体など）がさらに明らかになることが期待されています。

地質学的なデータに基づいて、古代火星がどのような姿をしていたかについてのアーティストの考え。

プローブで見つけた水

多くの火星フライバイや探査機が、火星に水がある証拠を発見している。マリナー9号は、水の浸食と沈着、天候前線と霧を発見した。バイキング2号は冬の時期に火星に着陸し、霜を発見した。古代の水を検出できるマーズ・グローバル・サーベイヤーは、火星が非常に長い間乾燥していたことを発見した。2006年12月6日、NASAは1999年と2001年のある時期に液体の水を示したテラ・シレナムとケンタウリ・モンテスと呼ばれる2つのクレーターの写真を公開した。パスファインダーは、火星には以前から水が存在していたことを発見した。パスファインダーは、それが着陸した場所は、液体の水があるには寒すぎることを確認しました。しかし、様々な塩類と混ぜれば、水は液体の状態になる可能性があります。パスファインダーはまた、火星に雲や霧が存在する証拠を発見しました。マーズオデッセイは火星に水がある証拠をもっと多く見つけました。オデッセイによって撮られた写真は地面が氷で満たされていることを確認した。2003年7月、カリフォルニアで開催された会議で、マーズ・オデッセイに搭載されたガンマ線分光計(GRS)が火星の広い範囲に大量の水を発見したと言われた。火星の地表直下には、ミシガン湖を2回埋め尽くすほどの氷がある。

ユートピア・プラニシアのバイキング2着地点でのフロスト

火星で発見された液体水

2011年8月4日、NASAは季節的な変化を発見したと発表しました。これらの変化は、南半球のクレーターの縁の近くの渓谷で発見されました。これは、塩分を含んだ水が流れ、その後蒸発していることを示しています。これは、ある種の残留物を残しています。

火星海洋仮説とは、火星の表面の3分の1近くが、その歴史の早い段階でかつて海に覆われていたという仮説である。オーシャナス・ボレアリスと呼ばれるその海は、北半球のヴァスティタス・ボレアリス盆地を埋め尽くしていただろう。Vastitas Borealisは、惑星の標高より4-5km（2.5-3マイル）マイル下にあります。オーシャナスボレアリスは38億年前に干上がった。初期の火星は、液体の水が地表にとどまるようにするために、より暖かい気候と厚い大気が必要だっただろう。

質問と回答

Q:火星の主な水源は何ですか?

A:火星の主な水源は、永久凍土と極冠を含む雪氷圏です。

Q: 火星に液体の水はありますか?

A: いいえ、火星には液体の水は存在しません。平均的な大気圧と温度は、液体の水が長期的に存在するにはあまりにも低すぎるのです。

Q:火星の表面には液体の水が流れていたことがあるのでしょうか?

A: 火星の表面には、かつて液体の水が流れていて、地球の海のような広い領域を作っていたと考えられています。過去、あるいは現在もそうであったことを示唆する兆候がいくつもあります。

Q: 火星の表面や地下に液体の水があった可能性を示唆する証拠は何ですか?

A: 火星の表面や地下に液体の水があったことを示唆する証拠には、河床、極冠、分光測定、浸食されたクレーター、液体の水が存在するときにしばしば形成されるゲータイトやヘマタイトなどの鉱物、フィロケイ酸塩、オパール、硫酸塩堆積物などがあります。

Q: 古代の湖や川の渓谷と思われる場所を撮影するために、どのような機器が使われたのでしょうか?

A: バイキング、マーズ・オデッセイ、マーズ・グローバル・サーベイヤー、マーズ・エクスプレス、マーズ・リコネッサンス・オービターなどの観測機器が、古代の湖や川の谷のようなものを撮影しました。

Q: フェニックス着陸船は着陸時に何を見せたのですか?

A: フェニックス着陸船は、着陸時に氷、溶けた氷、降る雪、そして液体の水滴まで映し出しました。

Q: 最近の報告で、水の存在による火星の暗い筋の存在を確認することができましたか?

A: はい、最近の報告で、火星のダークストライクが水の存在に影響されていることが確認されました。


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