火星（惑星）：特性、構成、軌道、運動 - アルテ - 2025

火星は、太陽から4番目に遠い惑星であり、水星、金星、地球と並んで、太陽系の中で最後の岩だらけの惑星です。火星は赤みがかった色で先史時代から常に見やすく、火星はローマの戦争の神にちなんで名付けられました。

他の古代文明もこの惑星をそれぞれの戦争の神々または運命の出来事と関連付けました。たとえば、古代シュメール人はそれをネルガルと呼び、メソポタミアのテキストでは死者の判決の星とも呼ばれていました。同様に、バビロニア人、エジプト人、中国人の天文学者たちは火星の動きの詳細な記録を残しました。

図1.火星の拡大図。出典：Pixabay。

彼らの側では、マヤの天文学者はそれに興味があり、その周期的な周期（太陽に関して空の同じ点に戻るのにかかる時間）を非常に正確に計算し、惑星の逆行周期を強調しました。

1610年、ガリレオは最初の望遠鏡で火星を観測しました。金星とは異なり、可視性を妨げる厚い雲の層は存在しないという事実により、光学機器の改善とともに発見がありました。

このようにして、彼らは表面上の特徴的なスポット、白い極冠、火星の有名なチャネル、惑星の色のいくつかの定期的な変化をもたらす、シルティス・メジャーのブラックポイントを発見しました。赤、少なくとも植生から。

しかし、プローブからの情報は、惑星が砂漠であり、薄い大気を持っていることを示しています。これまでのところ、火星に生命の証拠はありません。

一般的な特性

火星は小さく、地球の質量の1/10、直径の約半分です。

現在、その回転軸は約25度傾いています（地球の回転軸は23.6度です）。それが季節を持っている理由ですが、その軌道周期は1.88年であるため、地球とは異なる期間です。したがって、火星の季節は、地球の季節のほぼ2倍続きます。

この傾向は常に同じではありませんでした。軌道のいくつかの数学モデルは、過去に11ºから49ºの間で著しく変動し、気候に顕著な変化をもたらした可能性があることを示唆しています。

温度に関しては、-140ºCから21ºCの範囲です。それはやや極端で、薄い雰囲気がそれに寄与しています。

火星上の顕著な極性キャップはCOである₂雰囲気の内容は、そのまま。気圧は非常に低く、地球の約100分の1です。

図2.ハッブル宇宙望遠鏡による火星の画像。極冠の1つを示しています。出典：NASA / ESA、J。Bell（Cornell U.）、およびM. Wolff（Space Science Inst。）/パブリックドメイン、Wikimedia Commons経由。

CO ₂含有量が高いにもかかわらず、火星への温室効果は金星よりもはるかに少ないです。

表面が砂漠なので、火星では砂嵐が頻繁に発生します。旅行者はそこに液体の水や植生を見つけるのではなく、岩と砂だけを見つけます。

特徴的な赤みがかった色は、豊富な酸化鉄によるもので、火星には水がありますが、それは地下の極冠の下にあります。

興味深いことに、表面には鉄が豊富にあるにもかかわらず、火星の平均密度が岩石惑星の中で最も低く、わずか3,900 kg / m ³であるので、科学者はそれが内部では不足していると言います。

鉄は宇宙で最も豊富な重元素であるため、低密度は、特にそれ自体の磁場がないことを考慮すると、鉄の不足を意味します。

惑星の主な物理的特徴のまとめ

-質量： 6.39 x 10 ²³ kg

-赤道半径： 3.4 x 10 ³ km

-形状：わずかに平ら。

-太陽までの平均距離： 2億2800万km。

- 軌道の傾き：黄道面に対して1.85º。

-温度：-63ºC、表面の平均。

-重力： 3.7 m / s ²

-自分の磁場：いいえ。

-雰囲気：薄い、主にCO ₂。

-密度： 3940 kg / m ³

-衛星： 2

・リング：ありません。

火星とアフリカのサイズ比較

火星の衛星

自然衛星は、ダースでそれらを数える外側の惑星とは異なり、いわゆる内側の惑星には豊富ではありません。赤い惑星には、1877年にアサフホールによって発見されたフォボスとデイモスと呼ばれる2つの小さな月があります。

火星の衛星の名前はギリシャ神話に由来しています。フォボス-恐怖-はアレスとアフロディーテの息子でしたが、デイモス-恐怖-は彼の双子の兄弟であり、一緒に彼らは父親と一緒に戦争に参加しました。

図3.火星の小さく不規則な衛星であるデイモス。白っぽい領域は、月の表面を覆うものと同様のミネラルダストであるレゴリスの層です。出典：ウィキメディア・コモンズ。NASA / JPL-caltech /アリゾナ大学/パブリックドメイン。

火星の月は非常に小さく、雄大な月よりもはるかに小さいです。それらの不規則な形状は、それらが惑星の重力によって捕らえられた小惑星であると疑うようにします。火星が小惑星帯に非常に近いと考えると、なおさらです。

フォボスの平均直径はわずか28 kmですが、ダイモスの平均直径はさらに小さく、12 kmです。

どちらも火星と同期回転しています。つまり、惑星の周りの回転の周期は、それ自身の軸の周りの回転の周期と同じです。そのため、火星は常に同じ顔をしています。

さらに、フォボスは非常に高速で、火星の日に数回上下し、地球の日とほぼ同じです。

2つの衛星の軌道は火星に非常に近く、不安定です。このため、ある時点で、9377 km離れた場所で、特に高速フォボスなどの表面に衝突する可能性があると推測されています。

図4.火星の周りのフォボスとデイモスの軌道を使用したアニメーション。出典：Giphy。

翻訳運動

火星は、その周期が地球の約1.9年、つまり687日に等しい楕円軌道に沿って太陽を周回します。惑星のすべての軌道はケプラーの法則に準拠しているため、楕円形をしていますが、一部の軌道は他のものよりも円形です。

これは火星の場合とは異なります。その軌道の楕円は、地球や金星の楕円よりもいくらか強調されているためです。

このように、火星は太陽から非常に遠く、遠日点と呼ばれる距離にある場合がありますが、遠近点など、はるかに近い場合もあります。この状況はまた、火星がかなり広い温度範囲を持っていることに貢献しています。

遠い過去では、火星の軌道は現在よりもはるかに円形であったに違いありませんが、太陽系の他の物体との重力相互作用が変化を引き起こしました。

図5.火星と地球の軌道の比較。出典：ウィキメディア・コモンズ。NASA / JPL-Caltech / MSSS /パブリックドメイン。

火星の運動データ

次のデータは、火星の動きを簡単に説明しています。

-軌道の平均半径： 2.28 x 10 ⁸ km

- 軌道の傾き：1.85º

-偏心： 0.093

- 平均軌道速度：24.1 km / s

- 転送期間： 687日。

- ローテーション期間： 24時間37分。

- 太陽の日：24時間39分。

火星を観測する時期と方法

火星はその赤みがかった色によって夜空で簡単に識別できます。肉眼で見たときに点滅やちらつきがない点が星とは異なります。

火星を観測するのに最適な時間を見つけるためのWeb情報や、特定の場所に表示されているかどうかに関係なく、その位置を示すスマートフォン用のアプリケーションがたくさんあります。

赤い惑星は地球の軌道の外にあるので、それを確認するのに最適な時期は、太陽と反対側にあるときです（図6を参照）。軌道が地球の軌道の外部にある惑星は、上位惑星と呼ばれ、下位惑星ではありません。

図6.上位惑星の結合と反対。出典：マラン、ダミーのS.天文学。

水星と金星は地球自体よりも太陽に近い低惑星であり、高惑星は火星、木星、土星、天王星、海王星です。

高位の惑星だけが太陽に反対していて、太陽と連動していますが、下部の惑星には2種類の連動があります。

つまり、火星が地球から見た太陽に反対しているとき、それは地球が惑星と太陽王の間に立っていることを意味します。このようにして、空中ではより大きく、より高く、夜通し見ることができます。これはすべてのより高い惑星に有効です。

火星は、およそ26か月（2年50日）ごとに太陽に反対しています。最後の火星反対は2018年7月に行われました。したがって、火星がうお座を通過する2020年10月に再び発生すると予想されています。

図7. 1995年から2003年の火星の反対。惑星は常に同じサイズに見えるわけではなく、常に地球に対して同じ顔を見せているわけでもありません。出典：Naked Eye Planets-NASA / JPL / Solar System Exploration-ESA-Hubble。

望遠鏡による火星

望遠鏡から見ると、火星はピンク色の円盤のように見えます。気象条件が良く、機器によっては、火星の季節によって外観が異なる極冠や灰色がかった地域を見ることができます。

ハッブル宇宙望遠鏡が撮った写真のモザイクに見られるように、惑星は地球に対して常に同じ顔を見せたり、同じサイズに見えるわけではありません（図7を参照）。違いは火星軌道の離心率によるものです。

2003年の火星は地球に非常に近く、5,600万キロメートル離れていましたが、2020年の予想距離は6,200万キロメートルです。2003年のアプローチは60,000年で最大でした。

火星の衛星は、肉眼でも双眼鏡でも見るには小さすぎます。適切なサイズの望遠鏡が必要であり、それらを区別するために反対が発生するのを待つ。

それでも、惑星の明るさではそれらを見ることができませんが、火星を装置の目的に隠して、小さな月を強調する装置があります。

火星の回転運動

火星の回転運動の持続時間は地球の回転運動と似ており、軸の傾きはウィリアムハーシェルによって発見されました。これにより、火星は地球と同じように季節を経験することになります。

火星の北半球では、冬は穏やかで、太陽が近日点にあるときに発生するため、寒さは少なく、短くなります。代わりに夏は遠日点で発生し、涼しくなります。南半球では逆のことが起こります。気候変動はもっと極端です。

しかし、探査ミッションによって収集されたデータによると、二酸化炭素の存在は、火星の温度をわずかではありますが持続的に上昇させています。

暑い時期には、極冠に蓄積された二酸化炭素の一部が間欠泉の形で蒸発し、大気中に放出されます。しかし、反対の極では、二酸化炭素が凍結してキャップを厚くします。

図8.火星の極氷冠における二酸化炭素循環を示すアニメーション。出典：ウィキメディア・コモンズ。

火星にはそれを保護する独自の磁場がないため、二酸化炭素の一部が宇宙空間に散乱します。火星オデッセイ宇宙飛行は、この並外れた大気サイクルを記録しました。

組成

火星の組成について知られていることは、探査プローブによって実行された分光測定と、地球に到達することに成功した火星の隕石の分析から来ています。

これらの情報源から提供された情報によると、火星の主な要素は次のとおりです。

-酸素とシリコンは、鉄、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム、カリウムとともに、地殻の中で最も豊富です。

-大気中の炭素、酸素、窒素。

-チタン、クロム、硫黄、リン、マンガン、ナトリウム、塩素、水素などのその他の元素が検出されました。

したがって、火星で見つかった要素は地球と同じですが、同じ比率ではありません。たとえば、火星のマントル（下の内部構造のセクションを参照）には、地球に相当するものよりもはるかに多くの鉄、カリウム、リンがあります。

硫黄は、火星の核と地殻に地球よりも多く存在します。

火星のメタン

メタンは通常有機物の分解の生成物であるガスであり、それが「沼ガス」としても知られている理由です。

温室効果ガスですが、砂漠の惑星に生命が存在しているか、存在していることを示す良い証拠となるため、科学者は火星で熱望しています。

生命科学者が見つけたいと思っている種類の生命体は、小さな緑の男性ではなく、例えばバクテリアです。陸生細菌のいくつかの種は、その代謝の一部としてメタンを生成することが知られており、他の種はそれを消費します。

NASAの2019年の好奇心探査機は、火星の火口ゲイルで予想外に高いメタンの読み取りを実行しました。

図9.好奇心、火星の特徴を探るロボット探査機、2012年にNASAによって打ち上げられました。出典：NASA（jpl.nasa.gov経由）。

ただし、結論は急ぐべきではありません。メタンは水と岩石の間の化学反応、つまり純粋な化学的および地質学的プロセスからも生成される可能性があるためです。

また、測定値は、メタンがどれほど最近のものであるかを示していません。しかし、すべてが示すように火星に水があった場合、生命も存在する可能性があり、一部の科学者は永久極凍土、つまり極域の永久に凍結した土壌層の下に静物があると信じています。

もし本当なら、微生物がそこに住んでいるのを見つけるかもしれません、それがNASAがその目的の中に生命の探求を持っている好奇心探査機を作成した理由です。また、好奇心に基づいて2020年に発売される可能性があり、現在まで2020年火星として知られている新しいローバー車。

内部構造

火星は岩だらけの惑星であり、水星、金星、地球もそうです。したがって、次の点で構造が異なります。

- 核、半径約1,794 km、鉄、ニッケル、硫黄およびおそらく酸素で構成される。最外部が部分的に溶融している場合があります。

- ケイ酸塩に基づくマントル。

- 樹皮、厚さ50〜125 km、玄武岩と酸化鉄が豊富。

図10.内部惑星と月の比較断面。出典：ウィキメディア・コモンズ

地質学

ローバーは地球から制御されるロボット車両であり、そのおかげで火星の地質に関する貴重な情報が得られます。

基本的に2つの領域があり、大きなステップで分割されています。

• 南部の高地、古い衝突クレーターが数多くあります。
• クレーターがほとんどない、北部の滑らかな平野。

火星は火山活動の証拠を持っているので、天文学者は溶岩流が北のクレーターの証拠を消したかもしれない、またはおそらく液体水の大きな海が遠くにそこにあったと信じています。

クレーターの豊富さは、火星に3つの地質時代を確立するための基準として使用されます。

アマゾンの時代が最も最近で、クレーターは少ないですが、火山活動が激しいのが特徴です。しかしノエイクでは、最も古く、広大な北の海が存在していた可能性があります。

オリンパス山は、これまでに太陽系全体で知られている最大の火山であり、赤道近くの火星に正確に位置しています。証拠は、それがアマゾンの時代、約1億年前に形成されたことを示しています。

火口には火口や火山に加えて、峡谷、砂丘、溶岩原、古い乾いた川床があり、古代には液体の水が流れていた可能性があります。

図11.砂嵐に巻き込まれた火星、火星偵察オービターからの画像。火星では、土壌が砂で砂漠であるため、惑星の割合の砂嵐が頻繁に発生します。出典：NASA / JPL-Caltech / MSSS /パブリックドメイン。

火星へのミッション

火星は数多くの宇宙ミッションの標的となっており、一部は惑星を周回する運命にあり、他の惑星はその表面に着陸する運命にあります。それらのおかげで、かなり正確な画像を作成するための大量の画像とデータが得られます。

マリナー4

これは、1964年にNASAによって打ち上げられたマリナーミッションの4番目の探査機でした。それを通じて、惑星の表面の最初の写真が取得されました。また、磁力計やその他の機器も備えていたため、火星の磁場はほとんど存在しないことが判明しました。

ソビエト火星

これは、1960〜1973年まで続いた旧ソビエト連邦のプログラムで、火星の大気、電離層の詳細、重力に関する情報、磁場、および惑星表面の多数の画像が取得されました。

バイキング

NASAのバイキングプログラムは、惑星に直接着陸するように設計されたVIking IとViking IIの2つのプローブで構成されていました。これらは、表面の写真や生命の兆候を探すことに加えて、惑星の地質学や地球化学を研究することを使命として1975年に発売されました。

バイキングIとバイキングIIの両方に地震計が搭載されていましたが、バイキングIIのみがテストに成功し、その結果、火星の地震活動は地球の地震活動よりもはるかに低いことが判明しました。

気象試験では、火星の大気が二酸化炭素を主成分とすることが明らかになりました。

パスファインダー

それはプロジェクトディスカバリーの枠組みの中でNASAによって1996年に打ち上げられました。最小限の費用で構築されたロボット車両があり、このクラスの車両の新しい設計がテストされました。彼はまた、惑星の多くの地質学的研究を実行し、それの画像を取得することに成功しました。

火星地球測量士（MGS）

それは1997年から2006年まで火星の軌道にあった衛星でした。それはレーザー高度計を搭載していて、それによって光パルスが惑星に送られ、それから反射されました。これにより、地理的特徴の高さを測定することが可能になり、衛星カメラで撮影された画像とともに、火星表面の詳細な地図を作成することができました。

この任務はまた、極冠の下に隠された火星の水の存在についての証拠をもたらしました。データは、液体の水が過去に惑星を横切って流れたことを示唆しています。

探査機は、地球に似た磁場を生成することができるダイナモ効果の証拠を発見しませんでした。

火星科学研究所

好奇心として知られるこのロボット宇宙探査機は、2011年に打ち上げられ、2012年8月に火星の表面に到達しました。探査機または探査車であり、その使命は、気候、地質、将来の有人任務の可能な条件を調査することです。 。

火星オデッセイ

このプローブは2001年にNASAによって打ち上げられ、惑星の表面をマッピングし、気候学的研究を実施しました。それらのデータのおかげで、上記の二酸化炭素サイクルに関するデータが得られました。火星オデッセイのカメラは南極冠の画像を送り返し、化合物の気化による暗いマークを示しました。

火星エクスプレス

これは、2003年に打ち上げられた欧州宇宙機関の使命であり、現在まで活動しています。その目的は、火星の気候、地質学、構造、大気、地球化学、特に惑星の過去と現在の水の存在を研究することです。

火星探査ローバー

ロボット探査機のスピリットとオポチュニティは、水が疑われた場所または水が存在した可能性がある場所に着陸するために、2004年にNASAによって打ち上げられました。原則として90日間のミッションとなりますが、車両は予想以上に長く運用されていました。

機会は、世界的な砂嵐の間に2018年に放送を停止しましたが、最も顕著な結果の1つは、火星に水があることのより多くの証拠が見つかり、ある時点で惑星が生命をホストする理想的な条件を備えていたことです。

火星偵察オービター

この衛星は2005年に打ち上げられ、現在も惑星の軌道で運用されています。その使命は、火星の水を研究し、地球上で生命が発達するのに十分長く水が存在していたかどうかを調べることです。

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