NASA の探査機 InSight からのデータが火星の歴史の書き換えにどのように役立っているか

地震信号が示すのは 火星 私たちの惑星には毎年約 300 個のバスケットボール大の隕石が衝突しており、惑星表面の年齢を決定するための新しいツールが提供されています。

関与する科学者 NASAインサイトのインサイトミッションは、火星がこれまで考えられていたよりもはるかに多くの隕石衝突を経験しており、その頻度は年間280回から360回の大きな衝突であることを明らかにした。 この新たな理解は、InSight の地震計によって捕捉された地震データに由来しており、太陽系全体の惑星の表面の年代を特定するより効率的な方法を示唆しています。

の科学者が主導する新しい研究 インペリアル・カレッジ・ロンドン NASAのInSightミッションの一環としてチューリッヒ大学の研究者らがスイス連邦工科大学チューリッヒ校と協力して実施した最近の研究で、隕石の衝突によって引き起こされる「火星の微動」が火星でどれほどの頻度で発生しているかが明らかになった。

研究者らは、火星が年間約280～360回の隕石衝突にさらされており、その結果、直径8メートルを超えるクレーターが生じ、火星の表面を揺るがしていることを発見した。

インサイトの「地震計」（ごくわずかな地面の動きを測定できる機器）によって検出されたこれらの火星の地震の発生率は、火星の表面の衛星画像に基づいたこれまでの推定を上回っている。

これらのクレーターは、2021年9月5日に火星に隕石が衝突したことによって形成され、NASAの探査車インサイトによって初めて発見された。 NASA のマーズ・リコネッサンス・オービターによって撮影されたこの強化されたカラー画像は、効果によって乱れた塵や土壌を青色で強調表示し、人間の目に細部がより見やすくなっています。 出典: NASA/JPL-カリフォルニア工科大学/アリゾナ大学

地震データと惑星年代測定

研究者らは、この地震データは隕石の衝突率を測定するためのより適切で直接的な方法となる可能性があり、科学者が太陽系全体の惑星表面の年齢をより正確に決定するのに役立つ可能性があると述べている。

インペリアル・カレッジ・ロンドンの地球科学工学部の研究員であり、この研究の共著者でもあるナタリア・ウォジチカ博士は次のように述べています。地表に到達すれば、地球の地質学的歴史と進化の年表を組み立て始めることができます。」

「これは、火星の表面、そしておそらくその後、太陽系の他の惑星の表面の年齢を決定するのに役立つ一種の『宇宙時計』と考えることができます。」

この研究は本日（6月28日）雑誌に掲載される 自然天文学。

コラージュ画像には、NASA の着陸船 InSight の地震計によって最初に検出され、その後 NASA の火星偵察探査機によって HiRISE カメラを使用して撮影された 3 つの隕石の衝突が示されています。 画像出典: NASA/JPL-カリフォルニア工科大学/アリゾナ大学

宇宙時計としての考古学的クレーター

科学者たちは長年にわたり、火星やその他の惑星の表面にあるクレーターの数を、惑星の年齢を推定するための「宇宙時計」として利用してきました。惑星の古い表面には、若い表面よりもクレーターが多くありました。

この方法で惑星の年齢を計算するために、科学者は従来、月のクレーターに基づくモデルを使用して、時間の経過に伴うさまざまなサイズの隕石衝突の割合を予測してきました。 これらのモデルを火星に適用するには、より小さな衝突体が地表に衝突するのを大気がどのように防ぐか、また太陽系内の火星のさまざまなサイズや位置を調整する必要がある。

直径60メートル未満の小さなクレーターについては、火星の科学者は衛星画像を使用して新しいクレーターがどのくらいの頻度で形成されるかを観察することもできた。しかし、この方法で発見されたクレーターの数は予想よりもはるかに少ない。

火星の表面で動作するインサイト着陸船のアーティストによるレンダリング。 InSight は、地震調査、測地学、熱伝達を使用した内部探査の略称で、45 億年前の火星の形成以来初となる火星の包括的な調査を実行するために設計された着陸船です。 著作権: NASA/JPL-カリフォルニア工科大学

InSight の地震計からの洞察

地震活動と火星の内部構造を理解するというInSightミッションの一環であるこの新しい研究で、研究者らは隕石の衝突によって生成された、これまで知られていなかった地震信号のパターンを特定した。 これらの信号は、典型的な地震信号と比較して高周波の割合が異常に大きいことなどを特徴とし、「超高周波」火星地震として知られていました。

研究者らは、衛星画像で捉えられた新たに形成されたクレーターを観察することによって、隕石衝突の割合がこれまでの推定よりも高いことを発見し、月表面のクレーターからの外挿データと一致した。

これにより、これまでのモデルと推定の限界だけでなく、クレーターの形成や火星への隕石の衝突を理解するためのより優れたモデルの必要性が浮き彫りになりました。

惑星科学における地震データの力

この問題に対処するために、科学者チームは NASA の InSight 着陸船と非常に高感度の地震計 SEIS を使用して、隕石の衝突によって引き起こされた可能性のある地震現象を記録しました。

SEIS は、これらの高周波火星の地震の明確な地震痕跡を検出しました。研究者らは、これが隕石の衝突を示しており、他の地震活動とは異なるものであることを発見しました。

研究者らは、この新しい衝突検出方法を使用して、衛星画像で予測されたよりもはるかに多くの衝突事象、特に直径数メートルしかないクレーターを生成する小さな衝突事象を検出しました。

インペリアル・カレッジ・ロンドン地球科学工学部の研究論文の共著者であるギャレス・コリンズ教授は次のように述べています。彼らを理解したいのです。」 何回そうなるの？」

太陽系についての理解を深めます

研究者らは、将来の着陸船に小型でより手頃な価格の地震計を配備すれば、火星の衝突率と内部構造についての理解がさらに深まる可能性があると考えている。 これらのツールは、研究者がより多くの地震信号を検出するのに役立ち、火星や他の惑星への隕石の衝突とその内部構造を理解するためのより包括的なデータセットを提供します。

ウォジチカ博士は次のように述べています。「惑星の内部構造を理解するために、私たちは地震学を利用します。 これは、地震波が惑星の地殻、マントル、核の物質を通過したり反射したりすると、変化するためです。 これらの変化を研究することで、地震学者はこれらの層がどのような物質でできているか、そしてそれらの深さがどれくらいであるかを判断することができます。

「地球では、世界中に設置されている地震計のデータを見ることで、地球の内部構造を最も簡単に理解できます。しかし、火星では、火星の内部構造をより深く理解するために、SEIS が必要です。地球上にさらに多くの地震計を配備します。

で発表された新しい研究だけでなく、 自然天文学同チームは、 科学の進歩 今日では、InSight によって記録された画像と大気信号を使用して、火星に衝突がどのくらいの頻度で発生するかを推定しました。 異なる方法を使用したにもかかわらず、両方の研究は同様の結論に達し、全体的な結果を強化しました。

参考資料：「非常に高頻度の火星の地震の統計から火星への影響率を推定」2024年6月28日 自然天文学。
DOI: 10.1038/s41550-024-02301-z