地球の永久凍土帯に広がる地形を用いて、火星の地下に氷が豊富にある場所を特定！

高知大学理工学部の長谷川精准教授らの研究グループは、火星周回衛星で撮像された衛星画像を利用して、地球の永久凍土帯に見られる周氷河地形の分布を探索し、火星中緯度域の浅部地下に氷が豊富に存在する場所を精密に推定しました。火星の浅部地下氷は、2040年代に計画されているNASAの火星有人着陸探査時の水資源として利用可能であり、本研究で明らかにした地下氷が豊富に存在する場所を、将来の火星有人探査時の着陸候補地として提案しました。




ポイント
◎火星周回衛星で撮像された衛星画像を利用して、地球の永久凍土（※１）帯に見られる周氷河地形（※２）の分布を探索し、火星中緯度域の浅部地下に氷が豊富に存在する場所を精密に推定した。

◎周氷河地形の分布は、隕石衝突で形成された新しいクレーターの底で地下氷の存在が確認されている場所や、気候モデル（※３）により推定された多量の降雪がある場所と一致した。

◎火星の浅部地下氷は有人着陸探査時の水資源として利用可能であり、本研究で明らかにした地下氷が豊富に存在する場所を、将来の火星有人探査時の着陸候補地として提案した。


概要
　岡山大学大学院環境生命自然科学研究科（博士前期課程）の佐古貴紀さん（高知大学理工学部卒業生）、高知大学理工学部の長谷川精准教授、岡山大学惑星物質研究所のルジ・トリシット准教授、イタリア・ダヌンツィオ大学惑星科学研究大学院の小松吾郎准教授（千葉工業大学惑星探査センター客員主席研究員）、東京科学大学地球生命研究所（ELSI）の関根康人教授らの研究グループは、火星周回衛星から得られた衛星画像を探索し、地下氷の存在により形成される周氷河地形の分布を調べ、火星中緯度で地下氷が豊富に存在する場所を精密に推定することに世界で初めて成功しました。
　現在の火星は極寒乾燥な環境からなり、地表に液体の水は存在しません。しかし地下数十cm～数mには、永久凍土の形で多量の水氷が存在していると考えられています。この浅部地下氷は、2040年代に計画されている火星有人着陸探査の際に、飲料や燃料の形で水資源として利用可能です（図1）。そのため有人探査が可能な火星のなるべく低緯度域に、浅部地下氷が豊富に分布する場所を正確に把握することが求められていました。
　そこで同研究グループは、地球の永久凍土地帯に広がる「周氷河地形」と似た地形が、火星の地表にも見られることに着目しました（図２、３）。周氷河地形は、地球では特に永久凍土地帯に発達します。周氷河地形の中でも、特に地下の氷が冬季に凍結・膨張し、夏季に融解・収縮を繰り返すことで地表に亀裂ができる、「ポリゴン地形（図３）」に着目しました。そして永久凍土帯の南限域に当たるモンゴルで調査を行い、ポリゴン地形の形状の違いによって地下氷の深度が異なることを明らかにしました。
　この成果を基に、米国航空宇宙局（NASA）の火星周回衛星「マーズ・リコネッサンス・オービター（※４）」で撮像された高解像度衛星画像（HiRISE（※５））を用いて、４,７８９箇所で火星の表層地形を観察し、有人探査候補地の北半球中緯度域（N30°～42°）において、地下氷が豊富に存在する場所を探索しました（図２）。その結果、アラビア台地、ユートピア平原、アマゾニス平原の３つのエリアに、対象とした周氷河地形が多数分布し、浅部地下氷が豊富に存在する可能性が高いことを明らかにしました。本研究で明らかになった周氷河地形の分布領域は、隕石衝突により形成された新しいクレーターの底部で地下氷の露出が確認されている場所や、気候モデルにより推定された多量の降雪がある場所とも一致しており、この場所を将来の火星有人探査時の着陸候補地として提案しました。