火星の内部構造に南北で大きな熱的不均衡が存在することが、最新の研究で明らかになりました。南部半球のマントルは北部よりも約200度から400度高く、一部が部分的に溶融している可能性が指摘されています。この発見は、火星の地質学的歴史や初期の環境を解明する手がかりとなります。
火星がかつてから持つ南北の大きな表面的な違いは、その内部にも深く及んでいることが分かりました。南部半球の深部にあるマントルは、北部と比べて非常に高温であり、惑星全体が完全に対称な構造をしていないことが浮き彫りになっています。
潮汐トモグラフィーによる火星内部の観測
この発見をもたらしたのは、カリフォルニア工科大学（Caltech）の出身で現在はアリゾナ大学のポストドクトラル・アソシエイトであるアレクサンダー・バーン氏（Alexander Berne）を筆頭とする研究チームです。この研究成果は、8月27日に科学誌「ネイチャー（Nature）」に掲載された論文で発表されました。
研究チームは、火星の内部構造を解明するため、過去数十年にわたり複数のNASAの宇宙機（マーズ・グローバル・サーベイヤー、マーズ・オデッセイ、マーズ・リコネサンス・オービター）が収集してきたアーカイブデータを分析しました。宇宙機の軌道速度における微細な変化を追跡し、火星を取り巻く重力場を再構築したのです。
火星が楕円軌道を進み、傾いた自転軸を持って公転するにつれて、太陽が火星に及ぼす重力は季節のタイムスケールで変動します。バーン氏が開発した「潮汐トモグラフィー（tidal tomography）」と呼ばれる技術を用いることで、これらの重力シグネチャーが時間とともにどのように変化するかを測定し、惑星の内部構造のモデルを導き出すことに成功しました。
「科学者は通常、惑星の内部は概ね球対称であると仮定しますが、これは必ずしも真実ではありません」とバーン氏は述べています。
火星の南北における温度差と地球物理学的影響
さまざまな宇宙機が経験した重力場の変化の仕方は、火星の内部が完全に球対称である場合に期待されるものとは大きく異なっていました。この違いを説明するため、火星の南部半球の地下のマントルは、北部におけるマントルよりも約200〜400度（華氏390〜750度）高く、依然として部分的に溶融している可能性があるとされています。
この「熱的非対称性（thermal asymmetry）」や「熱異常」は、火星の南部半球が生命を宿すのに有利な条件を整えていた可能性のある時期や、惑星の歴史に関する追加的な文脈を提供します。南部半球の表面は密集したクレーターに覆われ、数マイルほど高くそびえている一方、北部半球は比較的平滑で平原が点在しています。
また、共著者であるカリフォルニア工科大学のポストドクトラル・スカラーであるアミルホセイン・バゲリ氏（Amirhossein Bagheri）が説明するように、この熱異常は「水面を保持していた可能性のある盆地の形成を含む、火星の水文学（hydrology）に影響を与えた」可能性もあります。さらに、火星の南部マントルがかつて、火星の南部半球特有の変化を引き起こすのに十分な強度の磁場に覆われていたことを示している可能性もあるとのことです。
将来の宇宙探査への展望
科学者たちは、この奇妙な南部のホットスポットや、平坦な北部とゴツゴツした南部高地という奇妙な二分性の背後にある謎を解き明かし始めたばかりです。ある仮説では、巨大な衝突がこの状態を引き起こした可能性が示唆されています。
「より多くの重力データが得られるにつれて、惑星の内部構造の三次元的な複雑さを明らかにすることができます」とバーン氏は述べています。「これらの推論は、将来のミッションやこうした世界への科学的探査を設計するための青写真を与えてくれます。惑星体の内部構造を理解することは、それらの形成と進化を形作ったプロセスを解き明かすのに役立ちます」