火星の断面図といえば、核のまわりをマントルが取り囲み、一番外側には地殻という、滑らかで均一な層構造で描かれることが多い。
だが実際の火星内部は、そんな整った姿とはほど遠く、もっと混沌としていたことが、NASAの探査機「インサイト（InSight）」が記録した地震波データの分析によって明らかになった。
イギリスの研究チームによると、火星のマントルは具材たっぷりの炊き込みご飯のように、さまざまな岩塊がごちゃ混ぜになった構造をしていたという。
これは、火星がかつて経験した壮絶な惑星衝突の痕跡であり、約45億年前の混乱がそのまま内部に保存されていた可能性がある。
惑星規模の衝突によって内部は激しくかき乱され、その「カオス化」した構造が、地殻の下に封じ込められたまま今日まで残されていたのだ。
この研究成果は『Science［https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk4292］』誌（2025年8月28日付）に発表された。
火星のマントルは混沌状態、地震波でその正体が明らかに
これまで火星の内部は、地球と同様に「中心に小さめの鉄の核・岩石のマントル・薄い地殻」が層状に重なった整然とした構造だと考えられていた。
だが実際にはもっと混沌としていた。
英インペリアル・カレッジ・ロンドンの研究者たちは、NASAの探査機インサイトが記録した火星地震（火震）のデータを詳細に分析し、火星のマントル内にさまざまな性質の岩塊が不規則に混在していることを突き止めた。
これらの岩塊は最大で直径4kmに及び、それぞれ異なる化学組成を持っていた。まさに「具だくさんの炊き込みご飯」のように、マントル内にごちゃ混ぜで存在しているというのだ。
巨大衝突で生まれたマグマの海、その名残が今も残る
火星は、他の岩石惑星と同じく約45億年前に形成されたとされる。
若い太陽の周囲にあった塵や岩石が集まり、重力で一つの惑星となった後、火星はすぐにいくつもの大規模な天体衝突を経験したと考えられている。
研究を主導したインペリアル・カレッジ・ロンドンのコンスタンティノス・カラランボス博士は、「これらの巨大衝突は、火星全体を溶かしてマグマの海を作り出すほどのエネルギーを持っていました」と話す。
そのマグマの海が冷える過程で、成分の違う物質が結晶として固まり、マントルの中に化学的に異なる岩塊として閉じ込められた。
初期の衝突で粉々になった火星の地殻やマントル、さらには衝突した天体の破片までもが、まるで混ざりきらなかった具材のように残されたというわけだ。
地球ではプレートの動きによって地殻やマントルが絶えず再構築され、こうした痕跡はすぐに消えてしまう。
しかし火星は早期に外殻が固まり、内部がかき混ぜられることもなかった。そのため、最初の1億年ほどで起きた激動の痕跡が、45億年たった今でもマントルの中に保存されていたのである。
地震波の“ゆがみ”が内部構造の手がかりになった
今回の発見は、大量の塵がソーラーパネルを覆ってしまい、エネルギーの供給を絶たれ、2022年、永遠の眠りについたNASAの火星探査機「インサイト」が記録した8件の地震データを使って行われた。
その中には、直径150mのクレーターを作った最近の隕石衝突による地震も含まれている。
観測された地震波には、通常よりも高周波の成分が遅れて到達するなどの異常が見られた。
これは、マントル内部に密度や組成が異なる構造が存在し、地震波の伝わり方が乱されていることを意味している。
地震波のパターンには、火星の深部を通過する際に他の構造と干渉した痕跡がくっきりと現れていました
この干渉が示しているのは、火星のマントルが、さまざまな起源を持つ構造でできているということです（カラランボス博士）
火星内部の岩塊はガラスのように砕けた形で残っていた
研究チームは、マントル内に存在する岩塊の大きさや分布にも注目した。
その結果、いくつかの大きな岩塊のまわりに、無数の小さな破片が取り囲むように分布していることが明らかになった。
まるでガラスのコップをタイルの床に落としたときのように、大きな破片と小さな破片が入り混じる特徴的な形をしていたという。
この構造は「フラクタル構造」と呼ばれる。フラクタルとは、大きな形の中に似たような小さな形が繰り返される自己相似のパターンで、自然界では木の枝分かれやシダ植物の葉、雪の結晶などにも見られる。
今回の火星のマントル内部でも、同じようなパターンが確認されたのだ。
共同研究者のトム・パイク教授はこう語る。
これは、天体衝突のエネルギーが、衝突された対象の強度を上回ったときに見られる、典型的な壊れ方です
ガラスが砕けるときのように、大きな破片と、それを取り囲むような小さなかけらが一緒に生まれます。今回の火星内部でも、それと同じ破壊の痕跡が残っていたのです（トム・パイク教授）
このフラクタル的な構造は、衝突が単に表面だけでなく内部深くまで影響を与えたことを示している。
そしてその痕跡が、プレート運動のない火星のマントルに保存されていたからこそ、今回のように観測することができたのである。
NASAジェット推進研究所のマーク・パニング博は、「インサイトの地震データは、私たちの惑星形成の理解を次々と塗り替えています」と語っている。
References: Science［https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk4292］ / NASA［https://www.nasa.gov/missions/insight/nasa-marsquake-data-reveals-lumpy-nature-of-red-planets-interior/］
本記事は、海外の記事を基に、日本の読者向けに重要なポイントを抽出し、独自の視点で編集したものです。
