地理学

火星地理学としても知られる地形学は、火星の地域の描写と特徴付けを伴う惑星科学の分野である。^{[1] [2] [3]地形学は主に地球上の}物理的地理学、つまり火星全体の物理的特徴の分布とその地図表現に焦点を当てている。2023年4月、ニューヨークタイムズは、ホープ宇宙船からの画像に基づいて更新された火星の世界地図を報じた。^[4]関連するが、はるかに詳細な火星の世界地図が、 2023年4月16日にNASAによって公開された。 ^[5]

火星の最初の詳細な観測は、地上の望遠鏡によるものでした。これらの観測の歴史は、火星が地球に最も近づき、最も見やすくなる衝によって特徴づけられており、これは数年ごとに発生します。さらに注目すべきは、火星の近日点衝で、これは約 16 年ごとに発生します。これは、火星が地球に最も近づき、木星が近日点に達して地球にさらに近づくため、区別されます。

1877 年 9 月 (火星の近日点衝は 9 月 5 日に発生)、イタリアの天文学者ジョヴァンニ スキアパレッリは火星の最初の詳細な地図を発表しました。これらの地図には、彼が「運河」と呼んだ地形が特に多く含まれていましたが、これは後に目の錯覚であることが判明しました。これらの運河は火星の表面にある長い直線であるとされ、彼はこれに地球の有名な川の名前を付けました。彼の用語は一般に「運河」と誤訳され、火星の運河論争が始まりました。

これらの観察の結果、火星には広大な海と植物が存在すると長い間信じられてきました。1960年代にNASAのマリナー ミッションで宇宙船が火星を訪れて初めて、これらの神話は払拭されました。これらのミッションのデータを使用して火星の地図がいくつか作成されましたが、1996 年に打ち上げられ、2006 年後半に終了したマーズ グローバル サーベイヤーミッションで初めて、完全で非常に詳細な地図が得られました。

地図作成とは、地図を作成する芸術、科学、技術です。 測地学は、地球、ひいては他の惑星の形状、方向、重力を測定する科学です。地球固有の確立された技術は数多くあり、2D の曲面を 2D 平面に変換して地図作成を容易にすることができます。火星でこれを実現するには、投影法、座標系、およびデータムを確立する必要がありました。現在、米国地質調査所は火星の表面の地図作成用四角形を 30 個定義しています。これらは以下で確認できます。

地球では、ゼロ標高基準点は海面（ジオイド）に基づいています。火星には海がなく、したがって「海面」も存在しないため、表面をマッピングするための任意のゼロ標高レベルまたは「垂直基準点」、いわゆるアレオイドを定義すると便利です。^[9]

火星の基準は、当初は一定の大気圧として定義されました。マリナー9号ミッションから2001年まで、この圧力以下では液体の水は安定しない（つまり、水の三重点はこの圧力にある）という理由で、この値は610.5 Pa（6.105 mbar）に選ばれました。この値は、地球の海面の圧力のわずか0.6%です。この値が選ばれたからといって、この高度以下に液体の水が存在するわけではなく、温度が273.16 K（0.01 度 C、32.018 度 F）を超えた場合に液体の水が存在する可能性があるというだけであることに留意してください。^[10]

2001年、火星探査機レーザー高度計のデータにより、赤道での平均値が惑星の平均半径に等しい等ポテンシャル面（重力と回転）として定義されるゼロ標高の新しい慣例が生まれました。 ^[11]

緯度の原点は火星の平均赤道であり、周期的な揺れを除いて平均自転軸に垂直に定義されます。^[12]

火星の赤道は自転によって定義されるが、火星の本初子午線の位置は地球の場合と同様に、後の観測者が受け入れた任意の点の選択によって特定された。ドイツの天文学者ヴィルヘルム・ベーアとヨハン・ハインリヒ・メードラーは、1830年から1832年にかけて火星の特徴を初めて体系的に表したとき、基準点として子午線洞（「中湾」または「子午線湾」）の小さな円形の特徴を選択した。1877年、イタリアの天文学者ジョヴァンニ・スキアパレッリが火星の有名な地図の作成に取り掛かったとき、彼らの選択は本初子午線として採用された。1909年、エフェメリス作成者は、観測のガイドとしてエフェメリスの連続性を維持することの方が重要であると判断し、この定義は「事実上放棄された」。^{[13] [14]}

マリナー宇宙船が火星の広範囲な画像を提供した後、1972年にマリナー9号測地学/地図作成グループは、ビール子午線とメードラー子午線に沿った子午線洞にあるエアリー0と呼ばれる直径500メートルの小さなクレーターの中心を本初子午線が通ることを提案し、これにより経度0.0°を0.001°の精度で定義しました。^{[13]このモデルは、}ランド研究所のマートン・デイヴィスが開発した惑星測定基準点ネットワークを使用しました。^[15]

放射測定技術によって火星表面の物体の位置の精度が向上するにつれ、直径500メートルの円形クレーターの中心は正確な測定には精度が不十分であると考えられた。そのため、 IAUの地図座標と回転要素に関する作業部会は、広範囲にわたる放射測定追跡データがあるバイキング1号着陸船の経度を、標準経度47.95137°西に設定することを推奨した。この定義により、現在の地図作成の不確実性の許容範囲内で、エアリー0の中心の位置を経度0°に維持できる。 ^[16]

惑星全体にわたって一般化することは不可能であり、火星の地形は大きく異なります。火星の地形の二分性は印象的です。溶岩流によって平らになった北部の平原と、古代の衝突によってくぼみやクレーターができた南部の高地が対照的です。地球から見た火星の表面は、結果としてアルベドが異なる 2 種類の領域に分かれます。

赤みがかった酸化鉄を多く含む塵や砂で覆われた淡い平原は、かつては火星の「大陸」と考えられており、アラビア・テラ（アラビアの地）やアマゾニス平原（アマゾン平原）などの名前が付けられていました。暗い部分は海であると考えられていたため、エリュトゥラエウム海、シレヌム海、オーロラエ・シヌスと名付けられました。地球から見える最大の暗い部分はシルティス・マジョール平原です。

盾状火山であるオリンポス山は、周囲の火山平野から22kmの高さに聳え立ち、太陽系の惑星で最も高い山として知られています。[ ^{10]この山は}、いくつかの大きな火山があるタルシスと呼ばれる広大な高地にあります。火星の山の一覧を参照してください。火星のタルシス地域には、太陽系最大の峡谷システムであるマリネリス峡谷またはマリナー渓谷もあり、長さ4,000km、深さ7kmです。火星には無数の衝突クレーターもあります。これらのうち最大のものはヘラス衝突盆地です。火星のクレーターの一覧を参照してください。

火星には 2 つの永久極氷床があり、北極氷床はPlanum Boreumに、南極氷床はPlanum Australeにあります。

火星の最高地点と最低地点の差は、約30km（オリンポス山の頂上の標高21.2kmから、ヘラス衝突盆地の底にあるバッドウォータークレーター[1]の標高8.2km下まで）である。これと比較すると、地球の最高地点と最低地点（エベレスト山とマリアナ海溝）の差はわずか19.7kmである。惑星の半径の違いと合わせると、火星は地球のほぼ3倍「荒れている」ことになる。

国際天文学連合の惑星系命名作業部会は、火星の表面の特徴に名前を付ける責任を負っています。

火星の地形を観察すると、北半球と南半球の二分性に気づくでしょう。北半球のほとんどは平らで、衝突クレーターはほとんどなく、従来の「標高ゼロ」レベルより下にあります。対照的に、南半球は山と高地で、ほとんどが標高ゼロよりはるかに高いです。2 つの半球の標高は 1 ～ 3 km 異なります。2 つの地域を隔てる境界は、地質学者にとって非常に興味深いものです。

特徴的な地形の一つは、溝状の地形である。^[17] そこには、高さ約1マイルの壁を持つメサ、丘、平らな底の谷がある。多くのメサと丘の周りには、岩で覆われた氷河であることがわかっている葉状の堆積物エプロンがある。 ^[18]

その他の興味深い特徴としては、二分法を貫く大きな河川の谷と流出路がある。 ^{[19] [20] [21]}

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  火星の新しい衝突クレーター北緯 3°42′ 東経 53°24′ / 北緯 3.7° 東経 53.4° / 3.7; 53.4、2013 年 11 月。
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  イスメニウス湖の平坦な谷底と崖が見える地形。マーズ・グローバル・サーベイヤーの火星探査カメラ (MOC) で撮影された写真。
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  崖が見える左の写真の拡大図。マーズ・グローバル・サーベイヤー（MGS）の高解像度カメラで撮影された写真。
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  斜面に沿った葉状の瓦礫のエプロンの様子。画像はアルカディア中庭にあります。
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  葉状の破片のエプロンが始まる場所。動きを示す縞模様に注意してください。画像はイスメニウス湖の四角形にあります。

北部の低地は火星の表面の約3分の1を占め、比較的平坦で、時折衝突クレーターがあります。火星の表面の残り3分の2は南部の高地です。両半球の標高差は劇的です。衝突クレーターの密度のため、科学者は南半球が北部の平原よりもはるかに古いと考えています。^{[22]クレーターの多い南部の高地の多くは、激しい爆撃の時代である}ノアキアン にまで遡ります。

これらの違いを説明するために、複数の仮説が提案されている。最も一般的に受け入れられている3つは、単一の巨大衝突、複数の衝突、およびマントル対流などの内因的プロセスである。^[19]衝突に関連する両方の仮説は、原始的な衝突の終了前に発生した可能性のあるプロセスに関係しており、地殻の二分性が火星の歴史の初期に起源があることを示唆している。

1980年代初頭に最初に提唱された巨大衝突仮説は、衝突エリアが非放射状（楕円形）であったため懐疑的な見方をされた。円形パターンであれば、より大きな物体による衝突を強く裏付けるものとなる。しかし、2008年の研究^[23]では、単一の巨大衝突を支持する追加研究が行われた。研究者らは地質学的データを使用して、約45度の角度で火星に衝突した大きな物体の単一の衝突を裏付ける証拠を発見した。衝突後のマントル物質の湧昇について火星の岩石化学を分析する追加証拠は、巨大衝突理論をさらに裏付けるものとなるだろう。

1830 年に始まった月の地図作成でよく知られていますが、ヨハン ハインリッヒ メドラーとヴィルヘルム ベーアが最初の「地図作成者」でした。彼らはまず、表面の特徴のほとんどが恒久的であることを決定的に証明し、火星の自転周期を特定しました。1840 年、メドラーは 10 年間の観測結果をまとめて、史上初の火星の地図を作成しました。地図に描いたさまざまな模様に名前を付ける代わりに、ベーアとメドラーは文字で単に指定しました。メリディアン湾 (子午線洞) は、したがって特徴「a」でした。

その後の 20 年ほどで、観測機器が改良され、観測者の数も増えるにつれて、火星のさまざまな地形にさまざまな名前が付けられるようになった。いくつかの例を挙げると、ソリス湖は「オクルス」(目) として知られ、シルティス マジョールは一般に「砂時計の海」または「さそり」と呼ばれていた。1858 年には、イエズス会の天文学者アンジェロ セッキによって「大西洋運河」とも呼ばれた。セッキは「地球上で旧大陸と新大陸を隔てる大西洋の役割を果たしているようだ」とコメントした。イタリア語で「水路」または「運河」を意味する運命的な「運河」が火星に付けられたのは これが初めてだった。

1867年、リチャード・アンソニー・プロクターは火星の地図を作成した。これは、当時入手可能な最良のものであったウィリアム・ラター・ドーズ牧師の1865年の初期の図面を多少粗雑にベースにしたものである。プロクターは、命名法について「私は、火星の物理的特性を研究した観測者の名前を、さまざまな特徴に当てはめた」と説明している。以下は、彼が付けた名前の一部であり、後にスキアパレリが​​1877年から1886年にかけて作成した火星の地図で使用した名前と対になっている。 ^[24]スキアパレリの名前は一般的に採用され、現在も実際に使用されている。

プロクターの命名法は、主に彼の名前の多くがイギリスの天文学者に敬意を表したものであったことと、彼が多くの名前を複数回使用したことから、しばしば批判されてきた。特に、ドーズは6回も登場している(ドーズ海洋、ドーズ大陸、ドーズ海、ドーズ海峡、ドーズ島、ドーズフォークド湾)。それでも、プロクターの名前に魅力がないわけではなく、欠点はあったものの、後の天文学者が改良する基礎となった。

今日、火星の地形の名前はさまざまな情報源に由来しているが、大きな地形の名前は主に、1886年にイタリアの天文学者ジョヴァンニ・スキアパレッリが作成した火星の地図に由来している。スキアパレッリは、主にギリシャ神話や、それほど多くはないが聖書の名前を使って、火星の大きな地形に名前を付けた。火星の大きなアルベド地形には、古い名前の多くが残っているが、地形の性質に関する新たな知識を反映するために更新されることも多い。たとえば、「ニクス・オリンピック」（オリンポスの雪）は「オリンポス山」になった。

火星の大きなクレーターは著名な科学者や SF 作家にちなんで名付けられ、小さなクレーターは地球の町や村にちなんで名付けられています。

火星探査ローバーによって調査されたさまざまな地形には、探査と調査中に識別できるように一時的な名前やニックネームが付けられています。しかし、^{スペースシャトルコロンビア}号の事故で亡くなった7人の宇宙飛行士にちなんで名付けられたコロンビアヒルズなど、特定の主要な地形の名前を国際天文学連合が恒久的なものにすることが期待されています[出典が必要] 。

• レーン、K.マリアD.、「火星の地理：赤い惑星を見て知る」シカゴ大学出版局、シカゴ。2010年。
• シーハン、ウィリアム、「火星：観測と発見の歴史」Wayback Machineに 2017-09-11 アーカイブ（全文オンライン）アリゾナ大学出版局、ツーソン。1996 年。

• Google Mars –火星のGoogleマップ。さまざまな表面の特徴や興味深い場所が紹介されている。
• 火星/テミス地図 –アリゾナ州立大学
• 火星地図 – 火星の地図
• MEC-1 プロトタイプ
• 赤い惑星の歴史的な地球儀
• 火星の 3D マップ – 火星の 3D マップ
• 地形の距離と高度を表示/NASA
• 火星のクレーター名の由来
• CTX が作成した火星のインタラクティブ 3D マップ