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火星の微動発生メカニズムと、微動を用いた探査による地下構造の解明

 
宇宙資源探査・惑星地震学の幕開け

公開日:2020.06.17

 

研究成果 工学

 九州大学大学院工学研究院 地球資源システム工学部門/カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所の 辻 健 教授、池田 達紀 助教、大学院工学府修士課程2年の末本 雄大 大学院生(研究当時)は、火星に設置された地震計のデータを解析し、火星の微動(微弱な振動)の発生メカニズムを明らかにしました。さらにその微動を用いて、火星の地下構造を探査することに成功しました。
 最近、「火星で地震が起こっている」というニュースを聞かれた方もいらっしゃるかと思います。これは2018年11月に火星に着陸したNASAの火星探査機インサイトによる成果です。この探査機には、地震計に加えて、温度計や風向・風速計など、様々な観測装置が設置されています。
 研究グループは、この探査機に搭載された地震計を用いて、微動の発生メカニズムを明らかにしました。微動に含まれる実体波(注1)は、探査機から遠い場所の風の影響を受けていることが分かりました。一方で、微動に含まれる表面波は、探査機周辺の風によって励起されていることが分かりました。
 また、高い周波数(短い波長)の微動(約1 Hz以上)を計測したところ、探査機からの振動が卓越していることが分かりました。これは、探査機の振動ノイズであり、通常は利用しません。しかし研究グループは、このノイズを震源に利用することで、火星内部の地下構造を調べ、その結果から、着陸地点の地下にある地層を可視化することに成功しました。さらに風に励起される微動は、表層の柔らかい地層ではなく、深部の基盤を伝達してきたこと等が明らかになりました。
 今回の結果から、火星の地下構造の探査に、微動を利用できることが分かりました。つまり、地震計を設置するだけで、火星の地下構造を調べることができることになります。火星には資源があります。例えば、火星には氷があると考えられていますが、氷(水)は宇宙空間では貴重な資源になります。このような惑星での資源の獲得は、今後の宇宙空間での活動を支える上で重要です。今後も、宇宙資源の探査・開発を行う上で必要となる技術の研究を進めてまいります。
 本研究は、JSPS科学研究費補助金(JP20H01997)の助成を受けました。この成果は2020年6月15日(月)(米国時間)に米国の科学誌『Geophysical Research Letters』のオンライン版に掲載されました。
(注1:実体波は物質内部(火星深部)を伝わる波で、表面波は物質(火星)表面を伝わる波)

図.(左)探査機の模式図 (NASA /JPL-Caltech).
(下)火星で記録された微動の特徴.

研究者からひとこと

夜空に小さな点にしか見えない火星の表面で地震計がデータを記録し、そのデータが地球に送られていることに驚きませんか?このような技術の発展により、宇宙空間が近くなりました。それに伴い、宇宙空間での資源確保といった新たな研究課題も生まれました。我々は、宇宙での資源開発に必要な技術要素の確立・惑星の理解に向けたサイエンスを今後も進めてまいります。

論文情報

Temporal variation and frequency dependence of seismic ambient noise on Mars from polarization analysis ,Geophysical Research Letters,
https://doi.org/10.1029/2020GL087123

研究に関するお問い合わせ先

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