アポロ11号の宇宙飛行士バズ・オルドリンが、月の表土でできた月の表面を歩いているところ（ニール・アームストロング撮影、1969年7月）。
2020年に小惑星101955ベンヌの表面サンプルを採取するOSIRIS -REx
（フルサイズ画像）

惑星の表面は、特定の種類の天体の固体または液体の物質が大気や宇宙空間に接触している場所です。惑星の表面は、地球型惑星（地球を含む）、準惑星、天然衛星、微惑星、その他多くの太陽系小天体（SSSB）を含む、惑星質量の固体天体で見られます。[1] [2] [3]惑星表面の研究は、表層地質学として知られる惑星地質学の一分野ですが、惑星地図作成、地形学、地形学、大気科学、天文学など多くの分野に焦点を当てています。陸地（または地面）は、非液体の惑星表面に付けられた用語です。着陸という用語は、物体が惑星の表面に衝突することを記述するために使用され、通常は物体が無傷のまま付着したままでいられる速度で行われます。

分化した天体では、地殻が惑星境界層と接する部分が表面となります。これより下の部分は、地表下または海底とみなされます。スーパーアースよりも質量の大きい天体（恒星や巨大惑星、そしてより小さなガス矮星など）のほとんどは、気体、液体、固体といった相の間を連続的に遷移します。そのため、一般的には表面を持たないと考えられています。

惑星の表面と表層生命は、人類にとって特に興味深いものです。なぜなら、そこは陸上を移動し、空気呼吸するように進化した種の主要な生息地だからです。そのため、人類の宇宙探査と宇宙植民地化は、これらに重点を置いています。人類が直接探査したのは、地球と月の表面だけです。宇宙の広大な距離と複雑さは、地球近傍天体でさえ直接探査することを危険で費用のかかるものにしています。そのため、それ以外の探査はすべて宇宙探査機による間接的なものでした。

フライバイや周回軌道による間接観測からは現在、惑星表面の組成や特性を確認するのに十分な情報が得られていない。わかっていることの多くは、天文分光法やサンプルリターンなどの技術の使用によるものである。着陸機は火星と金星の表面を探査した。火星は移動式表面探査機（ローバー）によって表面が探査された唯一の他の惑星である。タイタンは着陸機によって探査された唯一の惑星以外の天体である。着陸機は、 433 エロス（2001年）、25143 イトカワ（2005年）、テンペル1（2005年）、 67P/チュリュモフ・ゲラシメンコ（2014年）、162173 リュウグウ（2018年） 、 101955 ベンヌ（2020年）など、いくつかのより小さな天体を探査した。表面サンプルは、月（1969年に帰還）、25143イトカワ（2010年に帰還）、162173リュウグウ、101955ベンヌから収集されました。

配布と条件

惑星表面は、太陽系全体に存在し、地球型惑星から小惑星帯、巨大惑星の衛星、そして太陽系外縁天体まで、多岐にわたります。表面状態、温度、地形は、表面自体が生成するアルベドなど、多くの要因によって大きく異なります。表面状態の指標には、表面積、表面重力、表面温度、表面圧力などがあります。表面の安定性は、風成作用による浸食、水文学、沈み込み、火山活動、堆積物、地震活動などの影響を受ける可能性があります。表面は動的に変化しますが、何百万年も変化しないものもあります。

探検

火星初の自走式地球外探査機「インジェニュイティ」が火星表面上をホバリングし、親探査機「パーセビアランス」に監視されている。

距離、重力、大気条件（極端に低い気圧または高い気圧）、そして未知の要因により、探査はコストとリスクの両方を伴います。そのため、惑星表面の初期探査には宇宙探査機が必要となります。多くの探査機は固定式で調査範囲が限られており、地球外表面での滞在期間は一般的に短期間ですが、移動型探査機（ローバー）はより広い表面積を調査してきました。サンプルリターンミッションは、有人探査機を派遣することなく、地球上で地球外表面の物質を研究することを可能にしますが、一般的に重力と大気の弱い天体でのみ実現可能です。

過去のミッション

最初に探査された地球外惑星の表面は、 1959 年のルナ 2 号による月面でした。人類による最初で唯一の地球外表面の探査は月であり、アポロ計画には 1969 年 7 月 20 日の初の月面歩行と、地球外表面のサンプルの地球への持ち帰りの成功が含まれていました。ベネラ7号は1970年12月15日に火星に着陸した初の探査機でした。 火星3号は1972年8月22日に「軟着陸」し、火星からデータを返しました。火星に初めて着陸した探査車は1997年のマーズ・パスファインダーで、火星探査ローバーは2004年から赤い惑星の表面を調査しています。NEARシューメーカーは2001年2月に小惑星エロスに軟着陸した初の探査機であり 、はやぶさは2010年6月13日に25143イトカワから初めてサンプルを持ち帰りました。ホイヘンスは2005年1月14日にタイタンに軟着陸し、データを返しました。

これまでにも多くの失敗例があり、最近ではフォボスの表面探査を目的としたサンプルリターンミッション「フォボス・グルント」が失敗に終わった。

フォーム

太陽系の外縁にある 4 つの巨大惑星以外の太陽系天体の表面は大部分が固体であり、液体の表面を持つものはほとんどありません。

一般的に、地球型惑星は、氷の表面、または岩石やレゴリスの表面地殻を持ち、それぞれ異なる地形を形成しています。太陽系外縁部の霜線を超える太陽系では、水氷が表面の大部分を占め、氷に覆われた天体も数多く存在します。内太陽系では、火星まで岩石とレゴリスが一般的です。

太陽系で唯一、表面の大部分が液体である天体は地球です。地球全体の海面は地球表面の70.8%を占め、海盆を埋め、地球の海洋地殻を覆っています。これにより、地球は海洋惑星となっています。残りの表面は、岩石、あるいは炭素とケイ素を豊富に含む有機化合物で構成されています。

タイタンのボルセナ湖（右下）と北半球の他の炭化水素湖の透視レーダー画像

地球以外では、地表に液体の水が存在することは、火星の温暖な斜面における季節的な水の流れとして、また過去の事例としてのみ確認されており、他の惑星系のハビタブルゾーンでも存在が疑われています。特にタイタンでは、大規模なメタン湖が存在し、その中には太陽系で最大の湖もいくつか存在します。

火山活動は、地質学的に活発な天体の表面に溶岩などの流れを引き起こすことがあります（最大のものはイオのアミラニ（火山）流です）。地球の火成岩の多くは、火山性マグマと水の存在など、他の場所では稀なプロセスによって形成されます。月面探査車によって火星で発見されたカンラン石やヘマタイトなどの地表鉱床は、火星の表面にかつて安定した水が存在していたことを直接的に証明しています。

水以外にも、太陽系では地球特有の豊富な表面物質が数多く存在します。これらは有機物であるだけでなく、生命の存在によって形成されたものであり、炭酸塩の硬質地盤、石灰岩、植物、人工構造物などが含まれますが、人工構造物は探査機による探査によって生じたものです（地球外表面の人工物の一覧も参照）。

地球外有機化合物

太陽系全体の天体において、有機化合物がますます発見されています。地球外生命の存在を示す可能性は低いものの、既知の生命はすべてこれらの化合物に基づいています。複雑な炭素分子は、様々な複雑な化学反応によって形成されたり、太陽系の小天体との衝突によって運ばれたりして、炭素系生命の「構成要素」を形成する可能性があります。有機化合物はしばしば揮発性であるため、惑星表面で固体または液体として残存することは科学的に興味深いことです。なぜなら、それは天体内部などからの固有の起源、あるいは地質学的時間スケールにおける特殊な状況下で保存された大量の有機物質の残留物、あるいは過去または最近の他の天体との衝突など、外因的な起源を示唆する可能性があるからです。[6]放射線は有機物の検出を困難にし、太陽に近い大気のない天体での検出は極めて困難です。[7]

起こりうる事例としては次のようなものが挙げられます。

火星で

地上探査車によるサンプル採取や軌道衛星からの分光分析を含む火星探査により、多数の複雑な有機分子の存在が明らかになった。その一部は生命の探索におけるバイオシグネチャーとなる可能性がある。

ケレスについて

エンケラドゥス

67P彗星について

宇宙探査機フィラエは、 67P彗星の表面で以下の有機化合物を発見しました。[24] [25] [26]

無機材料

地球のナミブ砂漠の砂丘（上）とタイタンのベレトの砂丘の比較

以下は、複数の惑星の表面に見られる表面物質のリストであり、太陽からの距離順に位置を示しています（網羅的ではありません）。一部は分光法や、周回軌道またはフライバイからの直接撮影によって検出されています。

希少無機物

  • 塩– 地球、火星、ケレス、エウロパ、木星トロヤ群[37]エンケラドゥス[38]
  • 粘土– 地球、火星、[39]ケレス[40]とテンペル1を含む小惑星、[41]エウロパ[42]
  • 砂– 地球、火星、タイタン
  • 炭酸カルシウム（CaCO
    3    ） – 地球、火星[43] [44]
  • 炭酸ナトリウム（Na
    2    二酸化炭素
    3    ） – 地球、ケレス[45] [46] [47]
カーボンアイス
  • ドライアイス（CO
    2    ） – 火星（極）; [48]アリエル; [49]ウンブリエル; [49]タイタニア; [49]ガニメデ; [50]カリスト[50]

地形

冥王星のトンボー地域（ 2015年7月14日のニューホライズンズのフライバイで撮影）は、これまで地球に特有であると考えられていた地形学的特徴を示しているようです。[52]

一般的な剛性表面の特徴は次のとおりです。

巨大惑星の表面

通常、巨大惑星には表面がないと考えられているが、岩石やさまざまな種類の氷の固体核、または金属水素の液体核がある可能性がある。しかし、核は、存在する場合でも、惑星の質量の大部分を占めないため、実際に表面とみなされることはない。科学者の中には、惑星に明確な硬い地形がない場合、大気圧が地球の表面の大気圧に等しい 1 barの地点を惑星の表面と考える人もいる[1]。そのため、例えば金星の大気が厚く、金星の表面の圧力が地球の大気圧をはるかに上回ったとしても、地球型惑星の表面 の位置は 1 bar の大気圧には左右されない。

人生

惑星の表面は、過去または現在における地球外生命体の存在について調査されている。[要出典]

太陽系のいくつかの惑星の表面とその構成
  • 火星の乾燥した岩石と氷に覆われた表面（1979年5月、バイキング着陸船2号撮影）は、鉄酸化物を豊富に含む表土で構成されている。
    火星の乾燥した岩石と氷の表面（ 1979年5月、バイキング着陸船2号撮影）は、鉄酸化物に富んだ表土で構成されている。
  • 土星の衛星タイタンの小石だらけの平原（ホイヘンス探査機が2005年1月14日に撮影）。これは、高度に圧縮された水氷で構成されている。これは、太陽系外惑星の表面を地上から撮影した唯一の写真である。
    土星の衛星タイタンの小石だらけの平原（ホイヘンス探査機が2005年1月14日に撮影）。これは、高度に圧縮された水氷で構成されている。これは、太陽系外惑星の表面を地上から撮影した唯一の写真である。
  • ワシントンの胸像の横顔が描かれた光沢のある銀貨。
    テンペル第 1 彗星の表面(ディープ インパクト探査機によって撮影) は、水と二酸化炭素を豊富に含む粘土、炭酸塩、ナトリウム、結晶性ケイ酸塩の微粉末で構成されています。

参照

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