20 年にわたるマーズ エクスプレスの画像が赤い惑星のモザイクの構築に役立つ

2023 年 6 月 7 日

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マット・ウィリアムズ著、Universe Today

欧州宇宙機関 (ESA) の最初の惑星間ミッションであるマーズ エクスプレス オービターは、2003 年 6 月 2 日に火星の周回軌道に入りました。それ以来、探査機は高解像度ステレオ カメラ (HRSC) を使用して火星の表面をマッピングしてきました。ドイツ航空宇宙センター (DLR) と商業パートナーによる。 ミッションの20周年を記念して、先週金曜日（6月2日）、ドイツのダルムシュタットにあるESAの欧州宇宙運用センター（ESOC）で祝賀会が開催された。

祝賀行事の期間中、一連の地球規模のカラー モザイク画像がマーズ エクスプレス周回衛星から地球にライブ ストリーミングされました。 このモザイクは、HRSC 科学チームが実施した高地でのキャンペーンと最先端の画像処理の結果です。 その結果、火星の環境についての貴重な洞察を提供する、比類のない詳細、空間解像度、色の多様性を備えたモザイクが完成しました。 これには、地表の組成を明らかにしたり、過去にそこに水がどのように流れていたかを実証したり、現代の気象現象を明らかにしたりすることが含まれます。

ほぼ 20 年にわたり、HRSC は前例のない解像度で火星の表面全体に近いカラーと 3 次元のマッピングを行ってきました。 これは、カメラの 4 つのカラー チャネル (赤、緑、青、赤外線) と 5 つのパンクロマディール、ステレオ、測光チャネルのおかげで可能になります。 DLR 惑星研究所によって運用されているこのカメラは、当初は火星の 1 年 (地球の約 687 日) しか持続しない予定でした。 しかし、このミッションの成功を受けてESAは繰り返しミッションを延長し、最近では2026年末まで延長した。

高高度画像は、ベルリンのドイツ航空宇宙センター (DLR) の HRSC チームによって計画され、取得されました。 カラーモデルの開発とモザイクの処理は、ベルリンフライ大学の天体物理学者兼放射天文学者であり、HRSC の共同研究者でもあるグレッグ マイケル博士によって行われました。 HRSC チームからの科学論文は、ESA ゲスト ストレージ施設を通じて提供される地理参照データセットとともに、近い将来出版される予定です。

2004 年 1 月に運用開始されて以来、HRSC は 1 ピクセルあたり 50 ～ 20 m (164 ～ 65.6 フィート) の解像度で惑星のほぼ全体を撮影してきました。 通常、このミッションでは、探査機が軌道上で火星に最も近づく高度約 300 km (186 マイル) から火星を撮影します。 ただし、モザイクには、高度 4,000 ～ 10,000 km (2485.5 ～ 6215 マイル) から撮影された 90 枚の個別の画像が使用され、直径約 2500 km (1550 マイル) のエリアをカバーし、空間解像度 2 km (1.2 マイル) でした。ピクセルごとに。 モザイク内の多くの領域は、機器の可能な最高解像度である 12.5 m/ピクセルで表示されます。

もう 1 つの印象的な特徴は、画像に取り込まれた色のレベルです。 通常、火星の大気の透明度は常に変化するため、表面の色を正確に捉えた写真を撮影することは非常に困難です。 これは、大気中のさまざまな程度の塵によって引き起こされ、光が散乱および反射され、画像間の色のずれが生じます。 この影響を抑制するために、宇宙機関は多くの場合、より遠くまで色の変化を減少させる画像処理を採用しています。

今回は、新しい高高度観測キャンペーンを使用して全球カラー モデルが構築され、HRSC チームはモザイク内の各画像のカラーリファレンスに使用しました。 これにより、長距離の色の変化が可能になり、これまでに見たことのないレベルの色の多様性を持つ火星の写真が得られました。 色の変化は、その表面レゴリスに多量の酸化鉄を含むその組成に関する情報も明らかにします。 これが火星に「赤い惑星」というあだ名を与えた理由ですが、観測では、青、灰色、黒に見える暗い領域があることも示しています。

これらの領域は、天文学者が何世紀にもわたって観察してきた、大きくて暗い砂の層を形成した火山砂に対応します。 これらの砂は主に風によって堆積してバルカン砂丘を形成しました。バルカン砂丘は風化されていない玄武岩質の鉱物で構成されています（地球上で見られる火山砂や風に吹かれた砂丘に似ています）。 また、かつて火星の表面を流れていた水（約 30 ～ 20 億年前）によって時間の経過とともに風化した、軽い火山砂の部分もあります。 これは、ゲイルクレーターとジェゼロクレーターの粘土堆積物の形で、キュリオシティ探査車とパーサヴィアランス探査機によって研究されています。

火星で最もよく見られる 2 つの鉱物である粘土と硫酸塩鉱物は、特に明るいため、カラー合成画像で比較的簡単に見つけることができます。 たとえば、赤道沿いのマリネリス峡谷系内では、硫酸カルシウム (石膏) と硫酸マグネシウム (キーゼライト) の大きな堆積物が見られます (下記を参照)。 これらの鉱物は濃い色の砂の薄い層で覆われていますが、HRSC によって明らかにされた色の変化のおかげで見ることができます。 地表の粘土と硫酸塩は、この惑星が水に覆われた過去を証明する多くの証拠のうちの 1 つです。

マリネリス渓谷の深さは、左下の明るい白い斑点によって示されるかすかな雲などの大気現象で覆われています。 マリネリス渓谷内には霧の層があり、通常、一日や一年の特定の時間帯に峡谷内に形成されます。 同様の霧の層は、南部高地のアルジャイルやヘラス盆地のような窪地や他の低地、そして北部低地のクレーター地帯（イシディやユートピア盆地など）でも観察されている。

HRSC の成功は、火星の周囲で 19 年 5 か月と 12 日間にわたって運用されているマーズ エクスプレスのミッションを延長する決定の大きな要因でした (この記事の公開時点)。 2023年10月19日の時点で、このミッションは火星の25,000回の楕円軌道を完了する予定で、これはNASAの2001年の火星探査機に次いで2番目に長く継続的に活動している探査機となり、同じく赤い惑星の周囲で現在も活動している。

ユニバーストゥデイ提供