パーサビアランス、火星の同じ岩を地下水・湖・熱水が3度浸していたと判明

NASAの火星探査車パーシビアランスがジェゼロクレーターの内縁部へと進んだ先にあった岩石は、古代の湖岸であると予想されていた。ところが実際には火山岩であり、その岩石は水によって浸食され、溶解され、少なくとも3回にわたって再セメント化されていたことが明らかになった。最初は炭素に富む地下水、次にクレーター内の湖、そして最後には新たな割れ目を押し広げて蛍石と硫酸カルシウムの脈を残した高温の流体である。

この一連の流れが重要なのは、それぞれの水が異なるタイプの生息環境を表しているからだ。かんらん石を豊富に含む岩盤を浸透する地下水、滞留する湖水、そして温かい地下の循環——これらはすべて地球上で微生物が繁殖する環境であり、マージンユニット（この岩石帯の名称）はその3つすべてを一箇所に記録している。この研究を率いるチームは現在、この地点を単一の湖岸ではなく、水系の交差点として表現している。

この岩石のコアサンプル3本は、探査車内部のチューブに密閉されたままである。それらを地球に持ち帰るための資金が確保された計画は、現時点では存在しない。

スーパーカムが最大6.5メートル先から185個の岩石をどのように読み取ったか

この研究の基盤となっているのは、パーシビアランスのマストの地上約2メートルの位置に搭載された観測機器スーパーカムである。この機器は最大6.5メートル離れた岩石にレーザーを照射し、数ミリメートルのごく一部を気化させて微小なプラズマの閃光を発生させる。そのプラズマが冷却する際に放つ光から岩石に含まれる元素が明らかになり、第二の分光計が反射光から鉱物を読み取る。小型のカラーカメラが各照射点を撮影し、地質学者が粒子の大きさや組織を観察できるようにする。

パーシビアランスはこのレーザーをマージンユニット全体の185以上の基盤岩標的に使用し、クレーター壁に沿って約265メートルの標高差を登攀した。主著者でパデュー大学の研究科学者であるキャンディス・ベッドフォード（Candice Bedford）氏とその同僚たちは、結果を化学的なグループに分類し、岩石の近接観察による外観と照合した。その後、各グループがクレーター湖の過去の水位（先行研究で軌道上から見える段丘に基づいて復元されていた）に対してどの位置に現れるかをマッピングした。

この最後の工程こそが、物語を解き明かす鍵となった。斜面の高い位置、火星の基準面から約2,350メートル下の高度より上では、岩石はゆっくりと冷却された結晶質でかんらん石に富む岩体であり、水の影響をほとんど受けていない。低い位置、湖の第二段丘より下では、同じ岩石が変質し、破砕され、充填されている。

同一岩石内の3つの水——時系列順に

最初の水は地下からもたらされた。二酸化炭素を豊富に含む中性からアルカリ性の地下水が基盤岩の割れ目を移動し、緑色の火山性鉱物であるかんらん石と反応して、割れ目に炭酸塩を沈殿させた。その後の浸食によって、それらの充填物の周囲の軟らかい岩石が削り取られ、充填物だけが尾根状に残された。ベッドフォード氏は「割れ目はパイプのようなもので、炭酸塩は火星版の『石灰スケール』であり、最終的にその『パイプ』を詰まらせた」と述べている。

2番目の水はより酸性で、おそらく低温だった。この水は炭酸塩の一部を溶解し、岩石に小さな空隙を開け、それをシリカで充填した。シリカに富む岩石は、マージンユニットの中で湖の第二湖岸線より下に位置する部分にのみ現れる。このことから、共著者であるハワイ大学マノア校のエレニ・ラヴァニス（Eleni Ravanis）氏とチームは、この段階を湖そのもの、あるいは岩石と長期間反応した地下水と結びつけている。

3番目の水は高温だった。後期の流体がより新しい割れ目を流れ、約25センチメートルの厚さの硫酸カルシウムと蛍石の脈を析出させた。蛍石は冷たい火星の地下水中で微量鉱物として形成される可能性はあるが、この規模の脈は地球上では熱水鉱床のように見える。著者らは、ジェゼロの縁にある可能性のある火山構造と、近隣のシルティス・メジャー火山地域を、その熱源として挙げている。

炭酸塩の交差点がジェゼロを超えて重要な理由

ジェゼロは直径45キロメートルのクレーターであり、かつては川から水が流入する湖を湛えていた。パーシビアランスがここに送られたのは、軌道上の探査機がその縁に沿って炭酸塩を発見したからである。地球上では、炭酸塩とシリカは、古代生命の化学的痕跡や微視的な痕跡を閉じ込めて保存するのに最も優れた鉱物の一つである。炭酸塩の湖岸——これこそが、このクレーター壁の一角を最重要目標にしたシナリオだった。

「マージンユニットに到着する前は、主な仮説は、これらの炭酸塩はジェゼロクレーターに存在した湖との相互作用によって形成されたというものでした。しかし今では、この場所が水系の一種の交差点になったことが分かりました」とベッドフォード氏は述べている。

この発見はクレーターの外にも波及する。ジェゼロは火星で最大級の炭酸塩露出域の一つの中に位置しており、より広域のニリ・フォッサエ地域に広がるかんらん石に富む地層である。クレーター外からの軌道スペクトルは既にマージンユニットと類似しており、そこでも地下水または熱水起源の可能性を示唆している。もし同じ物語がその地域全体に当てはまるなら、軌道上から観測される炭酸塩の多くは、開放された湖ではなく地下水によって説明されるかもしれない。

宇宙生物学者が注目する理由がもう一つある。地球上で水がかんらん石と反応すると、その反応によって水素が放出されることがあり、これは一部の微生物が生存するための化学燃料となる。この岩石は、この種の水と岩石の化学反応がここで繰り返し起こったことを示している。

岩石がまだ解明していないこと

これらの発見は生命の証拠ではない。この研究は鉱物と化学組成をマッピングしたものであり、マージンユニットから有機分子やバイオシグネチャーを報告したものではない。

この手法には限界がある。スーパーカムのレーザーは、数分の1ミリメートルの範囲の元素を測定するものであり、鉱物の割合はその化学組成と画像から推定されたものであり、実験室で直接測定されたものではない。2番目の水の起源は未解決である。著者らは、シリカを沈殿させた流体は「ジェゼロ古湖そのものか、あるいは岩石との長期接触によって変化した地下水のいずれかによって供給された可能性が高い」と記述しており、探査車のデータではこの2つを区別できない。3番目のエピソードの背後にある熱源も推測の域を出ない。クレーター縁の火山構造は候補の一つであり、確認された噴気孔ではない。

年代測定が最大のギャップである。一連の流れは相対的なものである。最初に地下水、次に湖または変性した地下水、最後に高温の流体——という順序だ。この研究ではこれらのいずれにも絶対年代を付与しておらず、したがってこれらのエピソードが数千年の間隔なのか、数億年の間隔なのかを言うことはできない。その答えには、コアサンプル自体の実験室での年代測定が必要である。

サンプルは密閉され、今も火星にある

パーシビアランスは、マージンユニットの低地部分からペリカン・ポイントとルフロイ・ベイと名付けられた2本のコアを掘削し、さらに移動経路の先でコメット・ガイザーと名付けられた3本目のコアを掘削した。これらは、地球の実験室に運び込んで年代測定と微化石の探索を行うためのサンプルリターンミッションのために採取された。

そのミッションにはもはや資金がついていない。米国議会は、2026年1月に署名された2026会計年度の歳出法案において、NASAとESAの共同火星サンプルリターン計画への資金提供を認めなかった。中国の天問3号ミッションは2028年の打ち上げと、2031年頃の別の地点からの火星サンプル帰還を目指している。

探査車は2021年2月にジェゼロに着陸し、2023年9月頃から約1年かけてマージンユニットを横断した。2026年9月21日に『Communications Earth & Environment』に掲載されたこの研究は、その横断調査によるものである。「火星探査車と10年間働いて学んだことが一つあるとすれば、それは火星が常にあなたに驚きをもたらすということです」とベッドフォード氏は述べた。

ジェゼロクレーターの水の歴史に関するよくある質問

パーシビアランスは火星で水を発見したのか？

今日の液体の水ではない。水が岩石と反応したときにのみ形成される鉱物を発見したのであり、数十億年前にジェゼロクレーター内の同一の火山岩を地下水、湖、そして後の高温の流体がすべて通過したことを示している。

ジェゼロクレーターのマージンユニットとは何か？

ジェゼロの縁の内側に沿った、かんらん石に富む岩石の帯である。軌道上のデータは、これが炭酸塩で覆われた古代の湖岸であることを示唆していた。パーシビアランスは、これが水によって少なくとも3回変質した火成岩であることを示した。

火星の炭酸塩が生命の発見にとって重要なのはなぜか？

地球上では、炭酸塩とシリカの鉱物は、微生物の化学的痕跡や微視的な痕跡を数十億年にわたって保存することができる。両方の鉱物に富む岩石は、古代の火星生命の兆候を探すのに最適な場所の一つである。

パーシビアランスのサンプルはいつか地球に戻ってくるのか？

現時点では、それらを回収するための資金が確保されたミッションは存在しない。NASAとESAのサンプルリターン計画は2026年に資金を失い、コアサンプルは探査車に密閉されたままである。

参考文献: Bedford et al., “Lake- and groundwater-associated alteration of the olivine-rich Margin unit in Jezero crater, Mars,” Communications Earth & Environment, 2026. DOI: 10.1038/s43247-026-03997-9

タグ: nasa, Jezero Crater, Mars, Perseverance, 火星の水, 火星探査