グセフ (火星のクレーター)

グセフクレーター (火星)

火星の赤道付近、南緯14.5度、東経175.4度に位置するグセフクレーターは、直径約166kmに及ぶ巨大な地形です。およそ30億年から40億年前に形成されたと考えられており、その名称は1976年に19世紀ロシアの天文学者マトヴェイ・グセフにちなんで名づけられました。

過去の水の痕跡

このクレーターには「マーディム渓谷」と呼ばれる大きな谷が繋がっており、かつての火星において、この谷から液体の水や水と氷が大量に流れ込んだ可能性が示唆されています。過去にはグセフクレーターが巨大な湖と化し、最大で910メートルもの厚さの堆積物が蓄積されたと考えられています。露出した地層には層状構造が見られ、特にマーディム渓谷との接続部周辺には、地球で見られる三角州に似た地形が存在すると主張する研究者もいます。地球の三角州が形成されるには数万年から数十万年かかることから、これは水の流れが比較的長期間にわたって続いたことを示唆する重要な証拠です。軌道上からの観測画像も、広大な湖が存在した可能性を裏付けていますが、水の供給が穏やかで持続的なものだったのか、あるいは突発的で断続的なものだったのか、その詳細はまだ明らかになっていません。

スピリット探査機の功績

2004年1月3日、アメリカ航空宇宙局（NASA）のマーズ・エクスプロレーション・ローバー計画の最初の探査機「スピリット」が、グセフクレーターに着陸しました。当初、科学者たちは早期の堆積物が露出していることを期待していましたが、着陸地点周辺は主に溶岩流に覆われており、期待していた岩石が得られず、研究の出発点としてはやや不運でした。しかし、スピリットは諦めず、約3km離れた場所にある「コロンビア・ヒルズ」と呼ばれる丘陵地帯へと移動しました。そこで採取された岩石からは、古代において少量の、しかし塩分濃度の高い水との相互作用があった痕跡が発見されました。これは、後に探査機オポチュニティが着陸したメリディアニ平原ほど明瞭ではありませんでしたが、水の存在を示す重要な手がかりとなりました。

スピリットは、地表の様子も詳細に記録しました。衛星写真で確認されていた塵旋風の痕跡を、地上から実際に撮影することに成功しました。この強力な風は、ローバーの太陽電池パネルに積もった塵を吹き飛ばし、本来90日程度のミッション期間を大幅に延長し、6年にも及ぶ長期的な探査を支える一因となりました。グセフクレーターの地表を覆う塵は、火星全体に広く分布するものと同じ性質を持ち、磁性があることが確認されています。スピリットは、この磁性がチタンを含む磁鉄鉱に由来することを突き止めました。

クレーター内の地質と水との関連

平原

グセフの平原に広がる岩石は主に玄武岩であり、カンラン石、輝石、斜長石、磁鉄鉱といった鉱物を含んでいます。細かい穴が不規則に存在することから、火山活動によって形成された溶岩が固まったもの（火山性玄武岩）と考えられています。これらの岩石は、鉱物の種類や量によって様々に分類でき、原始的な玄武岩であるピクライト玄武岩や、古代地球の岩石に似た玄武岩質のコマチアイト、そして火星由来のシャーゴッタイト隕石とも類似性が見られます。成分分析によると、平原の岩石は微量の水によってわずかな変化を受けており、表面の薄い被膜や内部の裂け目には、ミネラルを含んだ水によって形成されたと思われる鉱物（臭素化合物とされる）が存在します。全ての岩石は塵で覆われ、さらに硬い外皮で覆われており、一部の岩石は探査機搭載の研磨装置で表面を削る必要がありました。平原の土壌の多くは、近くの岩石が風化・崩壊してできたものですが、一部には隕石由来と考えられ、高濃度のニッケルを含むものも見られました。

コロンビア・ヒルズ

コロンビア・ヒルズでは、平原とは異なる数種類の岩石が発見され、詳細な調査が行われました。これらの岩石は、水のような流動体によって様々な程度に化学的な変化を受けていることが分かりました。特に、水溶液によって移動しやすいリン、硫黄、塩素、臭素といった元素が豊富に含まれています。コロンビア・ヒルズの岩石は、玄武岩質ガラスを主体とし、カンラン石と硫酸塩を含みますが、両者の含有量は反比例する傾向が見られました。これは、水がカンラン石を分解し、その結果として硫酸塩が生成されるというプロセスを示唆しています。

水の存在を示す最も明確な証拠は、コロンビア・ヒルズの岩石から次々と発見されました。例えば、「クロービス」と名付けられたグループの岩石からは、メスバウアー分光法によって針鉄鉱が検出されました。針鉄鉱は水が存在しないと形成されない鉱物であるため、これはかつてこの場所に水があったことを示す最初の直接的な証拠となりました。また、メスバウアー分光法はカンラン石が著しく減少していることを示しましたが、これはかつて豊富だったカンラン石が水によって分解された結果と考えられます。さらに、硫酸塩や、形成に長期的な水への曝露が必要な粘土鉱物（モンモリロナイトの可能性）も確認されました。特に「パソ・ロブルズ」と呼ばれる土壌の一種からは、大量の硫黄、リン、カルシウム、鉄が検出されており、鉱床が存在した可能性が指摘されています。この土壌中の鉄は酸化が進んだ状態（Fe+++）で見つかり、これも水の存在下で起こりうる変化です。

ミッション中期には、土壌から大量の純粋なシリカが発見されました。これは、温泉のような環境や、水が存在する状態での火山活動に伴う酸性の蒸気と土壌が反応して生成されたと考えられています。スピリットの活動停止後に行われた古いデータの再解析では、「コマンチェ」と呼ばれる岩石の露頭から炭酸塩を多く含む岩石が見つかりました。炭酸塩も水の存在下で形成されるため、これもこの地域に水が潜んでいた可能性を示唆するものです。

まとめ

スピリットによる探査の結果、グセフクレーターの平原では水の作用によるわずかな風化の証拠が見つかったに留まり、広大な湖が存在したという明確な証拠は得られませんでした。しかし、コロンビア・ヒルズでは、岩石の組成や鉱物の種類から、かつてかなりの量の水が存在し、岩石と相互作用していた明確な痕跡が多数発見されました。グセフクレーター全体としては、かつて湖が存在したという説が有力視されていましたが、探査の結果、大部分が火成岩でできていることが確認されました。それでも、コロンビア・ヒルズでの発見は、火星の特定の場所には過去に水が存在し、地形や地質に大きな影響を与えていたことを示す重要な証拠となりました。クレーターの地表を覆う塵は、磁性を持つチタンを含む磁鉄鉱で構成され、火星全体に均一に分布していることも明らかになりました。

クレーター内の主な地形

グセフクレーター内には、スピリット探査機が訪れたり観測したりした様々な地形が存在します。

丘陵地帯:
コロンビア・ヒルズ: スピリットの主たる探査領域となった丘陵地帯。
ハズバンド・ヒル: コロンビア・ヒルズの一部。
マッコール・ヒル: コロンビア・ヒルズで最も標高が高い地点。
ラリーの展望所: コロンビア・ヒルズ内の特定の観測地点。
アポロ1ヒルズ: スピリット着陸地点からやや離れた3つの丘。
クレーター:
ボンネビル: スピリットが調査した直径約200mのクレーター。
クリヴィッツ: グセフクレーター内の小さなクレーター。
ティラ: ハズバンド・ヒルから観測されたクレーター。
その他の探査地点:
スリーピー・ホロウ: 着陸地点近くの浅いくぼ地。
アディロンダック: スピリットが最初に調査した岩石。
ホームプレート: 地質学的に興味深い特徴を持つ地形。

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