地理学
バイキング探査機の画像に基づく高解像度のカラー化火星地図。表面の霜と水氷の霧が、中央下部右側の衝突盆地ヘラスを明るく照らしている。そのすぐ上にあるシルティス・マヨールは、玄武岩質の表面から塵を吹き飛ばす風によって暗くなっている。北極と南極の残存氷冠は、それぞれ初夏と最小サイズ時の状態で右上と右下に示されている。

火星地理学としても知られる地形学は、火星の地域の描写と特徴付けを伴う惑星科学の分野です。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]地形学は主に地球上の自然地理学、つまり火星全体の物理的特徴の分布とその地図上の表現に焦点を当てています。2023年4月、ニューヨークタイムズは、ホープ宇宙船からの画像に基づいて更新された火星の世界地図を報じました。[ 4 ]関連するが、はるかに詳細な火星の世界地図が2023年4月16日にNASAによって公開されました。[ 5 ]

歴史

マドラー＝ビアによる最初の火星の地図

火星の最初の詳細な観測は、地上の望遠鏡によって行われました。これらの観測の歴史は、火星が地球に最も近づき、最も見えやすくなる衝によって特徴づけられます。衝は数年ごとに発生します。さらに注目すべきは、火星が近日点に近づき、地球にさらに近づく 近日点衝です。これは15または17地球年の間隔で発生します

ジョヴァンニ・スキアパレッリによる1877年の火星地図。この地図では北が上になっています。宇宙探査以前に描かれた火星の地図のほとんどでは、望遠鏡で見ると惑星が逆さまに見えるため、天文学者の間では南を上に置くのが慣例でした。

1877年9月（火星の近日点衝は9月5日に発生）、イタリアの天文学者ジョヴァンニ・スキアパレッリは火星の最初の詳細な地図を発表しました。これらの地図には、彼が「 canali （水路）」と呼んだ地形が含まれていましたが、後にこれは目の錯覚であることが示されました。これらのcanaliは火星の表面に長く伸びる直線であるとされ、スキアパレッリは地球の有名な川にちなんで名付けました。この「canali」という語は、しばしば「canals（運河）」と誤訳され、火星の運河論争の始まりとなりました。

これらの観測結果を受けて、火星には広大な海と植生が存在するという説が長年信じられてきました。しかし、 1960年代にNASAのマリナー計画で宇宙船が火星を訪れて初めて、これらの神話は払拭されました。これらのミッションのデータを用いて火星の地図がいくつか作成されましたが、 1996年に打ち上げられ、2006年後半に終了したマーズ・グローバル・サーベイヤー計画によって初めて、完全かつ極めて詳細な地図が作成されました。

地図作成と測地学

地図作成とは、地図を作成する芸術、科学、そして技術です。 測地学は、地球、ひいては他の惑星の形状、向き、重力を測定する科学です。地球特有の技術として、2次元の曲面を2次元の平面に変換して地図作成を容易にする確立された技術が数多くあります。火星でこれを可能にするには、投影法、座標系、そして測地基準系を確立する必要がありました。現在、米国地質調査所は火星の表面について30の地図四角形を定義しています。これらは以下をご覧ください

火星四角形地図
火星四角形地図
上の画像にはクリック可能なリンクが含まれていますUSGSが定義した火星の30の地図四角形（四角形）のクリック可能な画像。[ 6 ] [ 7 ] 四角形番号（「Mars Chart」の頭文字はMC）[ 8 ]と名称は、対応する記事へのリンクです。北は上、北緯0度、西経180度は赤道上の左端です。地図画像はマーズ・グローバル・サーベイヤーによって撮影されました。 / 北緯0度 西経180度この場所の地図、航空写真、その他のデータ

標高ゼロ

地球では、ゼロ標高基準点は海面（ジオイド）に基づいています。火星には海がないため、「海面」も存在しません。そのため、地表を測量する際には、任意のゼロ標高レベル、すなわち「鉛直基準点」、いわゆる「アレオイド」を定義するのが便利です。[ 9 ]

火星の基準点は当初、一定の大気圧に基づいて定義されました。マリナー9号ミッションから2001年まで、この圧力は610.5 Pa（6.105 mbar）と選択されました。これは、この圧力以下では液体の水は安定しない（つまり、水の三重点はこの圧力にある）という理由に基づいています。この値は、地球の海面における圧力のわずか0.6%です。この値が選択されたからといって、この高度以下でも液体の水が存在するという意味ではなく、温度が273.16 K（0.01 ℃、32.018 ℉）を超えた場合に液体の水が存在する可能性があるという意味です。[ 10 ]

2001年、火星探査機レーザー高度計のデータにより、赤道での平均値が惑星の平均半径に等しい等位面（重力と回転）として定義されるゼロ標高の新しい慣例が生まれました。 [ 11 ]

緯度ゼロ

緯度の原点は火星の平均赤道であり、平均自転軸に垂直に定義され、周期的な揺れを除去します。[ 12 ]

経度ゼロ

エアリー0クレーター、2021年10月

火星の赤道は自転によって定義されますが、火星の本初子午線の位置は地球と同様に、後の観測者に受け入れられた任意の点の選択によって特定されました。ドイツの天文学者ヴィルヘルム・ベーアとヨハン・ハインリヒ・メードラーは、1830年から1832年にかけて火星の地形を初めて体系的に図示した際、子午線洞（「中湾」または「子午線湾」）にある小さな円形の地形を基準点として選びました。1877年、イタリアの天文学者ジョヴァンニ・スキアパレッリが火星の著名な地図の作成に着手した際、彼らの選択は本初子午線として採用されました。1909年、暦表作成者は観測の指針として暦表の連続性を維持することの方が重要であると判断し、この定義は「事実上放棄」されました。[ 13 ] [ 14 ]

マリナー宇宙船が火星の広範囲な画像を提供した後、1972年にマリナー9号測地学/地図作成グループは、ベーアとメドラーの子午線に沿った子午線洞にあるエアリー0と呼ばれる直径500メートルの小さなクレーターの中心を本初子午線が通ることを提案し、これにより経度0.0°を0.001°の精度で定義しました。[ 13 ]このモデルは、ランド研究所のマートン・デイヴィスが開発した惑星測定基準点ネットワークを使用しました。[ 15 ]

放射測定技術の進歩により火星表面の物体の位置特定精度が向上するにつれ、直径500メートルの円形クレーターの中心は正確な測定には不十分であると考えられました。そのため、 IAUの地図座標および回転要素に関する作業部会は、広範な放射測定追跡データが存在するバイキング1号着陸機の経度を、標準経度である西経47.95137度とすることを推奨しました。この定義により、エアリー0の中心位置は経度0度に維持され、現在の地図作成上の不確実性の許容範囲内となります。[ 16 ]

地形

マリア・ズーバーとデビッド・スミスが率いるマーズ・グローバル・サーベイヤーのレーザー高度計研究に基づいた、火星の高解像度地形図。北が上です。注目すべき特徴としては、西側のタルシス火山（オリンポス山を含む）、タルシス東側のマリネリス渓谷、南半球のヘラス盆地などがあります
Mars Global Surveyor のMars Orbiter Laser Altimeterのデータを使用して、標高を 20 倍に誇張した火星のSTL 3D モデル。
2001 年の火星。下部に南極の氷冠が見える。
氷冠のある北極地域。

火星という惑星全体を一般化することは不可能であり、その地形は大きく異なっています。火星の地形の二分性は顕著です。溶岩流によって平坦になった北部の平原と、太古の衝突によって陥没しクレーターが形成された南部の高地が対照的です。地球から見た火星の表面は、アルベドの異なる2種類の領域に分けられます。

赤みがかった酸化鉄を豊富に含む塵と砂で覆われた淡い平原は、かつて火星の「大陸」と考えられており、アラビア・テラ（アラビアの地）やアマゾニス平原（アマゾン平原）といった名前が付けられていました。暗い部分は海であると考えられていたため、エリュトゥラエウム海、シレヌム海、オーロラエ・シヌスと名付けられました。地球から見える最大の暗い部分は、シルティス・マジョール平原です。

盾状火山であるオリンポス山は、周囲の火山平野から 22 km の高さにそびえ立ち、太陽系の惑星で最も高い山として知られています。[ 10 ]この山は、いくつかの大きな火山があるタルシスと呼ばれる広大な高地にあります。火星の山の一覧を参照してください。火星のタルシス地域には、太陽系最大の峡谷システムであるマリネリス峡谷またはマリナー渓谷もあり、長さ 4,000 km、深さ 7 km です。火星には、無数の衝突クレーターもあります。これらの最大のものは、ヘラス衝突盆地です。火星のクレーターの一覧を参照してください。

火星には永久極氷床が 2 つあり、北極氷床はPlanum Boreumに、南極氷床はPlanum Australeにあります。

火星の最高地点と最低地点の差は約30km（標高21.2kmのオリンポス山の頂上から、ヘラス衝突盆地の底にあるバッドウォーター・クレーター[ 17 ] （基準面下8.2km）まで）です。これに対し、地球の最高地点と最低地点（エベレスト山とマリアナ海溝）の差はわずか19.7kmです。惑星の半径の違いも考慮すると、火星は地球の約3倍の「起伏」があることになります。

国際天文学連合の惑星系命名作業部会は、火星の表面の特徴の命名を担当しています。

火星の二分法

火星の地形を観察すると、北半球と南半球の二分性に気づくでしょう。北半球の大部分は平坦で、衝突クレーターはほとんどなく、従来の「標高ゼロ」レベルより下にあります。対照的に、南半球は山岳地帯と高地で、ほとんどが標高ゼロよりもはるかに高いです。両半球の標高差は1～3kmです。この2つの地域を隔てる境界線は、地質学者にとって非常に興味深いものです

特徴的な地形の一つは、溝のある地形です。[ 18 ] メサ、丘陵、そして高さ約1マイルの壁を持つ平底の谷で構成されています。多くのメサと丘陵の周囲には、岩に覆われた氷河であることが確認されている、葉状の岩屑が堆積したエプロンがあります。[ 19 ]

その他の興味深い特徴としては、二分法を貫く大きな河川の谷と流出路がある。 [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]

火星の表面積の約3分の1を占める北部低地は比較的平坦で、時折衝突クレーターが見られます。残りの3分の2は南部高地です。両半球の標高差は劇的です。衝突クレーターの密度の高さから、科学者たちは南半球が北部平原よりもはるかに古いと考えています。[ 23 ]クレーターの多い南部高地の多くは、激しい衝突が行われたノアキアン 期にまで遡ります。

これらの違いを説明するために、複数の仮説が提唱されている。最も一般的に受け入れられているのは、単一の巨大衝突、複数の衝突、そしてマントル対流などの内因的プロセスである。[ 20 ]衝突に関連するこれらの仮説はいずれも、原始的な衝突が終わる前に起こった可能性のあるプロセスを含んでおり、地殻の二分性が火星の歴史の初期に起源を持つことを示唆している。

1980年代初頭に提唱された巨大衝突説は、衝突地点が非放射状（楕円形）であったことから懐疑的な見方を招きました。円形であれば、より大きな物体による衝突を裏付けるより強力な証拠となるからです。しかし、2008年の研究[ 24 ]では、巨大衝突が一度だけ起こったという説を支持する新たな研究結果が発表されました。地質学的データを用いた研究で、研究者たちは巨大物体が約45度の角度で火星に衝突したという単一の衝突を裏付ける証拠を発見しました。火星の岩石化学組成を分析することで、衝突後のマントル物質の湧昇に関する新たな証拠が得られれば、巨大衝突説はさらに裏付けられるでしょう。

命名法

初期の命名法

1962年に米国航空図情報センターが発行した火星の地図。火星の地形を蛇行する運河が描かれています。当時は、火星のクローズアップ写真が撮影されていなかったため（1965年のマリナー4号のフライバイまで）、運河の存在は依然として大きな議論の的となっていました

1830年から月面の地図作成に取り組んだことでよく知られていますが、ヨハン・ハインリヒ・メドラーとヴィルヘルム・ベーアこそが最初の「測地学者」でした。彼らはまず、月面の地形のほとんどが恒久的なものであることを証明し、火星の自転周期を決定づけました。1840年、メドラーは10年間の観測結果をまとめ、史上初の火星の地図を作成しました。ベーアとメドラーは、地図に記した様々な地形に名前を付けるのではなく、単に文字で表しました。子午線湾（子午線洞）は、このため地形「a」となりました。

その後約20年、観測機器の改良と観測者数の増加に伴い、火星の様々な地形は雑多な名前で呼ばれるようになりました。例えば、ソリス湖は「オクルス」（目）と呼ばれ、シルティス・マジョールは「砂時計の海」または「さそり」として知られています。1858年には、イエズス会の天文学者アンジェロ・セッキによって「大西洋運河」とも呼ばれました。セッキは「地球で旧大陸と新大陸を隔てる大西洋の役割を果たしているようだ」と評しました。イタリア語で「水路」または「運河」を意味する運命的な「カナーレ」が火星に使われたのはこれが初めてでした。

1867年、リチャード・アンソニー・プロクターは火星の地図を作成しました。これは、当時入手可能な最良の地図であったウィリアム・ラター・ドーズ牧師による1865年の初期の図面を、いくぶん粗雑にベースにしたものです。プロクターは自身の命名体系について、「私は、火星の物理的特性を研究した観測者の名前を、それぞれの地形に当てはめました」と述べています。以下は、彼が使用した名前の一部と、後にスキアパレッリが1877年から1886年にかけて作成した火星地図で使用した名前を対比したものです。 [ 25 ]スキアパレッリの名前は広く採用され、現在も実際に使用されています。

プロクター命名法スキアパレッリ命名法
カイザー海大シルティス
ロッカーランドヘラス平原
主海モエリス湖
ハーシェル海峡サバエウス洞
ドーズ大陸アエリアとアラビア
デ・ラ・ルー・オーシャンエリュトゥラエウム海
ロッカー海ソリス湖
ドーズ海ティトニウス湖
マドラー大陸クリュセ平原、オフィル、タルシス
マラルディ海マリア・シレヌムとキンメリウム
セッキ大陸メムノニア
フック海ティレヌム海
カッシーニ・ランドオーソニア
ハーシェルI大陸ゼフィリア、アイオリス、アイティオピス
ヒンド・ランドリビア

プロクターの命名法は、主に彼の名前の多くがイギリスの天文学者に敬意を表したものであったこと、そして彼が多くの名前を複数回使用したことから、しばしば批判されてきました。特に、ドーズは6回も登場しています（ドーズ海洋、ドーズ大陸、ドーズ海、ドーズ海峡、ドーズ島、ドーズフォークド湾）。それでも、プロクターの名前には魅力がないわけではなく、欠点はあったものの、後の天文学者たちが改良していく基礎となりました

現代の命名法

火星 - 地形図、USGS、2005年
キュリオシティの着陸地点付近の非公式な名称。 公式のハーシェルクレーターとは対照的

今日、火星の地形の名前は様々な出典に由来していますが、大きな地形の名前は主に、1886年にイタリアの天文学者ジョヴァンニ・スキアパレッリが作成した火星の地図に由来しています。スキアパレッリは、火星の大きな地形に主にギリシャ神話の名前、そしてそれほど多くはありませんが聖書の名前を用いて命名しました。火星の大きなアルベド地形は、古い名前を多く保持していますが、地形の性質に関する新たな知見を反映して更新されることがしばしばあります。例えば、「ニクス・オリンピカ」（オリンポスの雪）は「オリンポス山」になりました。

火星の大きなクレーターは著名な科学者や SF 作家にちなんで名付けられ、小さなクレーターは地球の町や村にちなんで名付けられています。

火星探査ローバーが調査する様々な地形には、探査・調査中に識別するために仮の名前やニックネームが付けられています。しかし、スペースシャトル・コロンビア号の事故で亡くなった7人の宇宙飛行士にちなんで名付けられたコロンビア丘陵など、特定の主要な地形については、国際天文学連合が正式な名前を定めることが期待されています。

参照

参考文献

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さらに詳しい参考文献

「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Areography&oldid=1332925281」より引用