過去の気候観測 ジャコモ・マラルディは 1704年に、南極冠は火星の自転軸の中心に位置していないことを突き止めた。[ 3 ]
ウィリアム・ハーシェルは 、1784年に発表した論文「火星の極域における注目すべき現象、自転軸の傾き、極の位置、球形について、およびその実際の直径と大気に関するいくつかのヒント」の中で、火星の大気密度が低いことを初めて推論した 。火星が2つの暗い星のすぐそばを通過しても、それらの明るさに影響がないように見えたとき、ハーシェルは、これは火星の周囲にそれらの光を遮る大気がほとんどないことを意味すると正しく結論付けた。[ 3 ]
オノレ・フローゲルグ が1809年に火星の表面に「黄色い雲」を発見したことは、火星の砂嵐の最初の観測として知られている。[ 4 ]
火星の古気候学 火星の地質年代には現在、 2つの年代区分システム が用いられている。1つはクレーター密度に基づくもので、ノアキアン 、ヘスペリアン 、アマゾニアンの 3つの時代区分がある。もう1つは鉱物学的年代区分で、こちらもフィロシアン 、テイキアン 、シデリキアンの 3つの時代区分がある。
最近の観測とモデリングにより、火星の現在の気候と大気の状態だけでなく、その過去についても情報が得られています。ノアキアン時代の火星の大気は、長らく二酸化炭素 が豊富だったと理論づけられてきました。火星の粘土鉱物 の堆積物の最近のスペクトル観測と粘土鉱物形成条件のモデリング[ 5 ] により、その時代の粘土には 炭酸塩が ほとんど、あるいは全く存在しないことが分かりました。二酸化炭素が豊富な環境での粘土形成は常に炭酸塩形成を伴いますが、炭酸塩は後に火山の酸性度によって溶解する可能性があります。[ 6 ]
オポチュニティ ヘマタイト やジャロサイト などの水形成鉱物の火星での発見、およびスピリット ゲータイト の発見は、遠い過去の気候条件が火星に自由に流れる水 を可能にしていたという結論につながった。火星のいくつかのクレーター衝突の形態は、衝突時に地面が湿っていたことを示している。[ 7 ] [ 8 ] 谷ネットワーク [ 9 ] 火星隕石 サンプルの化学分析は、過去40億年間、火星の地表付近の周囲温度が0 ℃（32 °F） を下回っていた可能性が最も高いことを示唆している。[ 10 ]
一部の科学者は、タルシス 火山群の巨大な質量が火星の気候に大きな影響を与えたと主張している。噴火する火山は大量のガス、主に水蒸気と二酸化炭素を放出する。 火山から放出されたガスの量は、初期の火星の大気を地球よりも厚くするのに十分な量だった可能性がある。また、火山は火星の表面全体を深さ120 メートル（390 フィート）まで覆うのに十分な量の水（ H₂O ）を放出した可能性もある。二酸化炭素は惑星の温度を上昇させる温室効果ガスであり、 赤外線を吸収することで熱を閉じ込める。したがって、タルシス火山群は 二酸化炭素 を放出することで、過去の火星をより地球に似たものにした可能性がある。火星はかつて、はるかに厚く暖かい大気を持ち、海や湖が存在していたかもしれない。[ 11 ] 0 °C (32 °F) を超える温度を生成する説得力のある火星の地球気候モデル を構築することは極めて困難であることが証明されているが、[ 12 ]
火星に地質学的に比較的最近の極端な氷河期があったという証拠が2016年に発表された。わずか37万年前には、火星は赤よりも白く見えたはずだ。[ 13 ]
雲 フェニックス （2008年8月29日、 10分間）。火星の砂嵐は 、大気中に微粒子を巻き上げ、その周りに雲が形成されることがあります。これらの雲は、惑星の上空100 km (62 マイル)まで非常に高い高度で形成されることがあります。 [ 16 ] ドライアイス の形成、水と氷、またはその他の化学物質の結果として自然に雲が形成されることがあります。[ 17 ] 「真珠母」雲が形成されています。 [ 17 ] マリナー 4 号 が送った火星の最初の画像には、火星の上層大気に目に見える雲が写っていました。これらの雲は非常に淡く、夜空の暗闇に太陽光を反射してのみ見ることができます。その点では、地球の約80 km (50 マイル) 上空に発生する、夜光雲 としても知られる中間圏雲に似ています。
温度 火星の温度測定は宇宙時代 より前に行われた。しかし、初期の電波天文学 の計測機器と技術では、粗雑で異なる結果が得られた。[ 18 ] [ 19 ] マリナー4号 ）と後の周回探査機は、電波掩蔽法を用いて 大気観測 を行った。分光法 から化学組成がすでに推定されていたため、温度と圧力を導出することができた。しかし、フライバイ掩蔽法では、地球から見た火星の円盤への軌道の進入と退出の2つの横断線 に沿った特性しか測定できない。このため、特定の場所、特定の時間における気象の「スナップショット」しか得られない。周回探査機は、電波横断線の数を増やした。マリナー6号と7号の 2回のフライバイ、およびソ連の火星2号 と3号から始まる後のミッションでは、 放射エネルギーを 測定するために赤外線検出器 が搭載された。マリナー9号は、1971年に他の機器や無線送信機とともに、赤外線放射計と分光計を火星軌道に初めて設置した。 バイキング1号 と2号 は、赤外線熱マッピング装置（IRTM）だけでなく、これらのリモート センシングデータセット を 、 着陸機の現地 [ 21 ] も 検証 する こと ができた。
火星の平均気温については、現地での 測定値にばらつきが報告されているが、 [ 23 ] −63 °C (210 K; −81 °F) である。[ 24 ] [ 25 ] 20 °C (293 K; 68 °F)に達し、極では最低で約 −153 °C (120 K; −243 °F) になる可能性がある。[ 26 ] −17.2 °C (256.0 K; 1.0 °F) から−107 °C (166 K; −161 °F) の範囲である。バイキングオービターによって推定された最も暖かい土壌温度は27 °C (300 K; 81 °F) であった。[ 27 ] 35 °C (308 K; 95 °F) と記録し、冬を除いて定期的に0 °C (273 K; 32 °F) をはるかに上回る気温を記録した。[ 28 ]
「夜間の気温データに基づくと、これまで観測された北半球の春と初夏はすべて実験誤差の範囲内（±1 ℃以内）で同一であった」と報告されているが、「しかし、日中のデータはやや異なる状況を示唆しており、この季節の気温は年によって最大6 ℃変動する。[ 29 ] [ 30 ] 平均地表温度はわずかに（20℃）低下し、 上層大気温度は中程度（30℃）上昇する。[ 31 ]
バイキング計画の前後に、より新しく高度な火星の温度が地球からマイクロ波分光法によって測定された。マイクロ波ビームは1分角未満で惑星の円盤よりも大きいため、結果は地球全体の平均値である。[ 32 ] マーズ・グローバル・サーベイヤー の熱放射分光計 、そして程度は低いものの2001マーズ・オデッセイ のTHEMISは 、赤外線測定を再現する だけでなく、着陸機、探査車、および地球のマイクロ波データを相互比較することができた。 マーズ・リコネッサンス・オービター のマーズ・クライメート・サウンダー も同様に大気プロファイルを導出 できる。データセットは「バイキング計画の頃よりも、近年の火星の大気温度は一般的に低く、塵の負荷も低いことを示唆している」[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]
後の比較では、「最も代表的なのはマイクロ波による気温の記録である」と認めつつも、断続的な宇宙船の記録を統合しようと試みた。バイキングIRTMとMGS TESの間で、地球平均気温に測定可能な傾向は見られなかった。「この期間のバイキングとMGSの気温は本質的に区別がつかず、バイキング時代とMGS時代は本質的に同じ気候状態によって特徴づけられていることを示唆している」。北半球と南半球の間に「強い二分法 」が見られ、「火星の年間サイクルには非常に非対称なパラダイムが存在する。北半球の春と夏は比較的涼しく、塵が少なく、水蒸気と氷雲が比較的豊富である一方、南半球の夏はバイキングで観測されたものとよく似ており、気温が高く、水蒸気と水氷が少なく、大気中の塵のレベルが高い」ことがわかった。[ 29 ]
火星偵察オービターの MCS（火星気候サウンダー）機器は、到着後、短期間MGSと共同で運用することができました。性能の劣るマーズオデッセイのTHEMISとマーズエクスプレスのSPICAMデータセットも、単一の十分に較正された記録に使用できます。MCSとTESの温度は概ね一致していますが、[ 36 ] TES MY 24の測定値よりも平均で0.9 K（昼間）および1.7 K（夜間）低くなっています。」[ 37 ]
火星は初期にはもっと厚く暖かい大気を持っていたと考えられている。[ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]
現在、大気は非常に薄い。長年にわたり、地球と同様に、初期の二酸化炭素の大部分は炭酸塩と呼ばれる鉱物に閉じ込められていると考えられていた。しかし、炭酸塩を探す多くの周回機器が使用されたにもかかわらず、炭酸塩の堆積物はごくわずかしか見つかっていない。[ 41 ] [ 42 ] 現在、火星の大気中の二酸化炭素の大部分は太陽風 によって除去されたと考えられている。研究者たちは、ガスを宇宙に送り出す2段階のプロセスを発見した。[ 43 ] 12C ）が 最も大気から離脱する可能性が高い。したがって、大気中に残った二酸化炭素は、重い同位体（13C）で濃縮さ れる [ 44 ] キュリオ シティによって発見されたものです。 [ 45 ] [ 46 ] ゲール・クレーター の気候データは、地球の季節に合わせて正規化された状態で以下に示されています。
大気の特性とプロセス 火星 ―最も豊富なガス ― （キュリオシティ探査車 、火星サンプル分析 装置、2012年10月）
低気圧 火星の大気は主に 二酸化炭素 で構成されており、平均表面気圧 は約 600パスカル (Pa) で、地球の 101,000 Pa の約 170 分の 1 です。このため、火星の大気は地球の大気よりも、与えられたエネルギー入力に対してはるかに速く反応することができます。[ 51 ] 熱潮汐の 影響を受けます。これらの潮汐は、全大気圧 (通常約 50 Pa) の最大 10% にも達するほど大きなものになる可能性があります。地球の大気も同様の日周潮汐と半日周潮汐を経験しますが、地球の大気の質量がはるかに大きいため、その影響は目立ちません。
火星の気温は氷点以上に達することもあるが、大気圧が水の三重点 を下回っているため、惑星の大部分では液体の水は不安定で、氷は昇華して 水蒸気となる。ただし、火星の低地、特に火星最大のクレーターであるヘラス平原では例外となる。このクレーターは非常に深く、 底部の気圧は1155Paに達し 、 三重点を上回るため、気温が局所的な氷点を超えれば、液体の水が存在する可能性がある。
風 火星の風になびくキュリオ HiRISE / MRO ）（2012年8月12日～2013年1月13日）アマゾニス平原 に発生した砂塵旋風の痕跡 （2001年4月10日）火星の表面は熱慣性が 非常に低いため、太陽光が当たるとすぐに温まります。極地から離れた場所では、典型的な日中の気温変動は約 100 K です。地球では、海から陸地のように熱慣性が急激に変化する場所で風が発生することがよくあります。火星には海はありませんが、土壌の熱慣性が変化する場所があり、地球の海風に似た朝夕の風が発生します。[ 52 ] [ 53 ]
低緯度ではハドレー循環が支配的で、地球で 貿易風 を生み出すプロセスと本質的に同じです。高緯度では、傾圧波と呼ばれる一連の高気圧と低気圧域が天候 を支配します。火星は地球よりも乾燥していて寒いため、これらの風によって巻き上げられた塵は、それを洗い流す降水がないため（CO 2 の 降雪を除いて）、地球よりも長く大気中に留まる傾向があります。[ 54 ] ハッブル宇宙望遠鏡 がそのようなサイクロン性の 嵐を捉えました（下の写真）。
火星と地球のハドレー循環の主な違いの1つは、その速度[ 55 ] であり、これは転覆時間 スケールで測定されます。火星の転覆時間スケールは約100火星日 ですが、地球では1年以上です。
カタバティックな風とジャンプ カタバティック風 、または排水大気流は、冷えた密度の高い空気が重力によって傾斜した地形を下降し加速することによって発生する風です。[ 56 ] [ 56 ] [ 57 ] 火星の薄いCO 2 大気の熱慣性が低く、放射の時間スケールが短いため、火星のカタバティック風は地球のそれよりも 2 ～ 3 倍強く、周囲の風が弱く、傾斜した地形、地表付近の温度逆転または地表と大気の放射冷却がある広大な土地で発生します。[ 56 ] [ 57 ] [ 58 ] [ 58 ] CO 2凝縮速度を制限し、夏には CO 2 昇華を増加させることも示されています。[ 58 ] [ 56 ]
カタバティックジャンプは火星の谷でもよく見られ、圧力、温度、風速の水平方向の変化が大きい狭いゾーンとして説明できます。このゾーンでは、雲を形成し、谷の上流から下流への氷の移動を可能にするために、過飽和水蒸気が必要です。[ 59 ] [ 59 ] [ 59 ] [ 59 ]
砂嵐 1971年にマリナー9号 探査機が火星に到着したとき、科学者たちは表面の詳細を鮮明に捉えた新しい画像が見られると期待していた。しかし、彼らが見たのは惑星全体を覆う砂嵐[ 61 ] オリンポス山 だけが霞の上に見えていた。この嵐は1か月間続き、科学者たちはその後、火星ではこのような現象がかなり一般的であることを知った。マリナー9号のデータを用いて、ジェームズ・B・ポラックらは 1973年に火星の砂嵐のメカニズム を提唱した[ 62 ]。
オポチュニティ 探査車が30火星日にわたって撮影した火星の地平線のタイムラプス合成画像。2007年7月の砂嵐がどれだけの太陽光を遮ったかを示しており、タウ値4.7は太陽光の99%が遮られたことを示している。バイキング 探査機が地表から観測したところによると、[ 30 ] 17m /s（61km /h） に達し、突風は最大26m /s（94km /h）に達した。しかし、どちらの場所でも物質の実際の輸送は観測されず、塵が堆積するにつれて地表物質が徐々に明るくなり、コントラストが失われるだけであった。」2001年6月26日、ハッブル宇宙望遠鏡は火星の ヘラス盆地 で砂嵐が発生しているのを発見した（右図）。その翌日、嵐は「爆発」し、地球規模の現象となった。軌道観測によると、この砂嵐によって火星表面の平均温度が低下し、大気温度が 30 K上昇したことがわかった。 [ 31 ] 18 ～ 22 m/s (65 ～ 79 km/h) の風が必要であるが、火星は非常に乾燥しているため、塵は地球よりもはるかに長く大気中に留まることができ、地球ではすぐに雨で洗い流される。この砂嵐の後の季節は、日中の気温が平均より 4 K 低かった。これは、砂嵐から沈降した明るい色の塵が火星全体を覆い、一時的に火星のアルベドを 上昇させたためと考えられている。[ 63 ]
2007年半ば、惑星規模の砂嵐が、太陽光発電式の火星探査ローバー 「スピリット」 と「オポチュニティ」 に深刻な脅威を与えた。ソーラーパネルからのエネルギー供給量が減少したため、嵐が収まるまでほとんどの科学実験を停止せざるを得なかった。[ 64 ] [ 65 ]
火星探査機マーズ・グローバル・サーベイヤーが撮影した、2001年6月の砂嵐のない火星（左）と、2001年7月の砂嵐に見舞われた火星（右）。 砂嵐は近日点 で最もよく発生し、このとき惑星は遠日点 よりも40パーセント多くの太陽光を受けます。遠日点では大気中に水氷の雲が形成され、塵粒子と相互作用して惑星の温度に影響を与えます。[ 66 ]
火星の地球規模の砂嵐は数ヶ月続くこともあり、惑星の近日点付近での太陽熱によって引き起こされることが多く、大気循環と塵の巻き上げが強まる。[ 67 ]
2018 年 5 月下旬に大規模な砂嵐が発生し、6 月中旬まで続いた。2018 年 6 月 10 日には、探査車オポチュニティの位置で観測されたところによると、この嵐は、 オポチュニティ が 2007 年に経験した砂嵐よりも激しかった。[ 68 ] [ 69 ] [ 70 ]
1950年代以降の観測では、火星の特定の年に惑星規模の砂嵐が発生する確率は約3分の1であることが示されています。[ 71 ]
砂嵐は火星の水の損失に寄与している。火星偵察オービター による砂嵐の研究では、火星からの水の損失の 10 パーセントが砂嵐によって引き起こされた可能性があることが示唆された。火星偵察オービターに搭載された機器は、全球的な砂嵐の際に非常に高い高度で観測された水蒸気を検出した。太陽からの紫外線は、水を水素と酸素に分解することができる。水分子からの水素はその後宇宙に逃げる。[ 72 ] [ 73 ] [ 74 ] 水からの 原子状水素の損失は、主に季節的なプロセスと、水を直接上層大気に運ぶ砂嵐によって引き起こされていることがわかった。[ 75 ] [ 76 ]
大気電気 火星の砂嵐は、大気電気現象を引き起こす可能性があると考えられている。[ 77 ] [ 78 ] [ 79 ] [ 80 ] [ 81 ] [ 82 ] [ 83 ] [ 84 ]
1億6800万個の帯電した慣性ダスト粒子を含む乱流の直接数値シミュレーション（スタンフォード大学乱流研究センター） しかしながら、太陽系の他の惑星とは対照的に、これらの仮説を証明する火星表面での現地測定は存在しない。[ 85 ] スキアパレッリEDM着陸機 によって行われた。この着陸機には、火星の塵の電荷と大気の電場を測定するための関連機器が搭載されていた。しかし、着陸機は2016年10月19日の自動着陸中に故障し、火星表面に墜落した。
跳躍 火星では、大気中に微粒子を放出するメカニズムとして、地質学的跳躍運動 のプロセスが非常に重要である。跳躍する砂粒子は、MER Spirit ローバーで観測されている。[ 86 ] [ 87 ] [ 88 ]
北方の環状雲が繰り返し出現 ハッブル宇宙望遠鏡が捉えた火星の巨大な極雲の画像 火星の北極域には、毎年ほぼ同じ時期に、ほぼ同じ大きさのドーナツ型の大きな雲が現れる。[ 89 ] [ 89 ] 1,600 km (1,000 mi) で、内側の穴または目は直径320 km (200 mi) である。[ 90 ] [ 90 ]
ハリケーンに似たサイクロン性の嵐のように見えるが、回転はしない。[ 89 ] [ 90 ] [ 90 ] この雲はハッブル宇宙望遠鏡やマーズ・ グローバル・サーベイヤー など、さまざまな探査機や望遠鏡でも検出されている。[ 89 ] [ 90 ]
その他に繰り返し発生する現象としては、砂嵐や砂塵旋風など がある。[ 90 ]
メタンの存在 火星のメタンの発生源は不明であるが、ここではその検出結果を示している。 メタン （CH₄ ） は、火星の現在の酸化性大気中では化学的に不安定である。太陽からの紫外線や他のガスとの化学反応によって、すぐに分解されてしまうだろう。したがって、大気中にメタンが持続的に存在するということは、メタンを継続的に供給する供給源が存在することを示唆している可能性がある。
火星の大気中に微量のメタン（数 ppbレベル）が初めて報告されたのは、 2003年にNASAゴダード宇宙飛行センター のチームによるものでした。[ 91 ] [ 92 ] [ 93 ] キュリオシティ 探査車が2013年末から2014年初めにかけて、周囲の大気中のメタンが10倍に増加（「急増」）したことを検出したと報告しました。この期間の2か月間に行われた4回の測定の平均値は7.2ppbで 、火星が未知の発生源から断続的にメタンを生成または放出していることを示唆しています。[ 94 ] [ 95 ] [ 96 ] [ 94 ] 、NASAは大気中のメタンの背景レベルに周期的な季節変動があることを発表した。[ 97 ] [ 98 ] [ 99 ]
キュリオシティ 探査車は、大気中のメタン濃度に周期的な季節変動があることを検出した。火星のメタン生成の主な候補としては、水 と岩石の反応、水の放射線分解、 黄鉄鉱の 形成といった非生物学的プロセスが挙げられ、これらはすべてH₂を 生成し、それがCO とCO₂と のフィッシャー・トロプシュ合成 によってメタンやその他の炭化水素を生成する可能性がある。[ 100 ] オリビンを含むプロセスによって生成される可能性も示されている。 [ 101 ]
メタン生成菌 などの微生物 も可能性のある発生源ですが、火星でそのような生物が存在するという他の証拠は見つかっていません。[ 102 ] [ 103 ] [ 104 ] 火星の生命#メタン ）
二酸化炭素彫刻 火星偵察オービターの 画像は、火星の独特な気候に基づく異常な侵食効果が発生していることを示唆している。特定の地域では春の温暖化によりCO₂氷 が昇華して上昇し、「スパイダーガリー」と呼ばれる非常に珍しい侵食パターンが形成される。[ 105 ] 氷 は冬の間に形成され、春の太陽光が地表を温めると、CO₂が気化してガスになり、半透明の CO₂ 氷の下を上昇する。その氷の弱い部分からCO₂間欠泉が発生する 。[ 105 ]
極冠 大気圏の深さまで達する極地の氷冠と、地平線上に見える大きな地形性雲 火星の自転軸の傾きが現在よりも大きかったと考えられている、210万年前から40万年前の氷河期 における火星の姿。 HiRISEで撮影された、火星の極域に露出した多くの水氷層の一つである プラヌム・ボレウム のオリンピア・ルペス。描写されている幅：1.3 km (0.81 マイル) 。 HiRISEが 撮影した、火星の南極氷床に噴出した二酸化炭素ガス間欠泉 によって 形成された「暗い砂丘の斑点」と扇状地の画像。火星の北極と南極には氷冠があり、主に水の氷で構成されていますが、表面には凍った二酸化炭素（ドライアイス ）も存在します。北極域（プラヌム・ボレウム ）には冬にのみドライアイスが蓄積し、夏には完全に昇華しますが、南極域にはさらに厚さ最大8メートル（26フィート） の永久的なドライアイスの層があります。[ 109 ] 標高が高い ことに起因します。
大気の大部分は冬の極で凝結するため、大気圧は平均値の3分の1まで変動する可能性があります。この凝結と蒸発により、大気中の非凝縮性ガスの割合が逆方向に変化します。[ 54 ] [ 110 ]
北極冠は 火星の北半球の夏の間、直径が約 1,000 km で、[ 111 ] 万立方キロメートルの氷を含み、これを冠全体に均等に広げると 厚さ 2 km になります。[ 112 ] (これはグリーンランド氷床 の体積 285 万立方キロメートルと比較されます。) 南極冠は直径 350 km、最大厚さ 3 km です。[ 113 ] [ 114 ] [ 115 ] SHARAD の氷透過レーダーデータの最近の分析により、螺旋状の溝は、極高気圧から高密度のカタバティック風が 下降して氷を運び、波長の長い地形を形成するという特異な状況から形成されることが実証されました。[ 116 ] [ 117 ] コリオリ効果による 風の強制によって生じます。谷はどちらの氷冠とともに形成されたのではなく、氷冠の4分の3が形成された後の240万年前から50万年前の間に形成され始めました。これは、気候変動によって谷の形成が始まったことを示唆しています。両極冠は火星の季節の温度変動に応じて縮小と成長を繰り返します。また、 現代ではよりよく理解されている長期的な傾向もあります。
南半球の春の間、南極のドライアイス堆積物が太陽熱で加熱されると、暗い基質による放射線の吸収によって温められた半透明の氷の表面下に、加圧された CO 2 ガスが蓄積される場所があります。必要な圧力に達すると、ガスは間欠泉のような噴煙となって氷を突き破ります。噴火は直接観測されていませんが、噴火によって上空に運ばれた砂や塵を表す「暗い砂丘の斑点」や明るい扇状の痕跡が氷の上に残され、噴出したガスによって氷の下にクモの巣状の溝が作られます。[ 118 ] [ 119 ] 火星の間欠泉を 参照）。ボイジャー 2 号 がトリトン で観測した窒素 ガスの噴火も、同様のメカニズムで発生すると考えられています。
両極冠は現在蓄積しており、約40万年と約400万年の時間スケールで予測されていたミランコビッチサイクルが確認されています。火星偵察オービター SHARAD による観測では、極冠の総成長量は年間約0.24 km 3 であることが示されています。このうち92%、つまり約0.86 mm/年は北に向かっており、火星のオフセットハドレー循環 が揮発性物質を北向きに非線形ポンプとして作用しています[ 120 ] 。
太陽風 火星は約40億年前に磁場の大部分を失いました。その結果、太陽風 と宇宙放射線が 火星の電離層と直接相互作用するようになりました。これにより、太陽風が常に外層大気から原子を剥ぎ取る 作用によって、大気は本来よりも薄く保たれています。 [ 121 ]
季節 春になると、氷の昇華 によって氷層の下にある砂が、季節的な氷の上に扇状の堆積物として形成される。 火星の 自転軸の傾き は25.2°です。そのため、地球と同様に火星にも四季があります。火星の軌道の離心率 は0.1で、地球の現在の軌道の離心率約0.02よりもはるかに大きいです。この大きな離心率により、火星が太陽の周りを公転するにつれて、火星の日射量は変化します。（火星の1年は687日で、地球の約2年です。）地球と同様に、火星の 自転軸 の傾きが四季を左右しますが、大きな離心率のため、南半球の冬は長く寒く、北半球の冬は短く比較的温暖です。
火星の軌道傾斜角が現在とは大きく異なっていたときに氷が蓄積したと考えられています。（火星が自転する軸にはかなりの「揺れ」があり、その角度は時間の経過とともに変化します。）[ 122 ] [ 123 ] [ 124 ]
火星の多くの地形、特にイスメニウス湖四角形には、大量の氷が含まれていると考えられています。氷の起源に関する最も有力なモデルは、惑星の自転軸の傾きの大きな変化による気候変動 です。傾きは80度を超えることもありました。[ 125 ] [ 126 ]
研究によると、火星の傾きが現在の 25 度から 45 度に達すると、極地の氷はもはや安定しなくなる。[ 127 ] [ 128 ] [ 129 ] [ 126 ] [ 130 ] [ 131 ] [ 132 ]
ファエトンティス四角形 にあるクレーターの一部は、滑らかな地殻で覆われている。地層構造から、この地殻は複数回にわたって堆積したことが示唆される。
マントル層の拡大画像。4～5層が確認できる。HiWish
プログラム で撮影。
歳差運動は、17万年の周期で地球温暖化と寒冷化（「大」な夏と冬）を引き起こします。 [ 133 ]
地球と同様に、火星の自転軸 の傾きも周期的に変化し、それが長期的な気候の変化につながる可能性があります。ここでも、火星には大きな衛星による安定化作用がないため、その影響はより顕著です。その結果、自転軸の傾きは最大で45°も変化する可能性があります。フランス国立科学研究センターのジャック・ラスカー氏は、これらの周期的な気候変動の影響は、火星の北極にある氷冠の層状構造に見られると主張しています。[ 134 ] [ 135 ]
火星グローバルサーベイヤーは 火星を4火星年観測できたため、火星の天候は年によって似ていることがわかった。違いは、火星に到達する太陽エネルギーの変化に直接関係していた。科学者たちは、ビーグル2号 の着陸時に発生する砂嵐を正確に予測することさえできた。地域的な砂嵐は、塵が存在する場所と密接に関係していることがわかった。[ 136 ]
近年の気候変動の証拠 南極氷冠の窪み（MGS 1999、NASA） 過去数年間、火星の南極（プラヌム・アウストラレ）周辺で地域的な変化が見られました。1999年、 マーズ・グローバル・サーベイヤーは 火星の南極にある凍った二酸化炭素の層にできた穴を撮影しました。その特徴的な形状と向きから、これらの穴はスイスチーズのような地形 として知られるようになりました。2001年、探査機は同じ穴を再び撮影し、1火星年で約3メートル後退して大きくなっていることを発見しました。[ 137 ] [ 138 ] NASAの プレスリリースによると、火星 では「気候変動が進行中」である[ 139 ] マリナー9号 とマーズ・グローバル・サーベイヤー・ ミッションの間にドライアイスが堆積した可能性があると推測している。現在の消失速度に基づくと、今日の堆積物は100年後にはなくなる可能性がある[ 136 ] 。
地球上の他の場所では、低緯度地域には現在の気候条件からすると本来あるべきよりも多くの水氷が存在する。[ 140 ] [ 141 ] [ 142 ]
帰属理論
極の変化 Colaprete らは火星一般循環モデルを用いてシミュレーションを行い、火星南極周辺の局地的な気候が現在不安定な時期にある可能性を示した。シミュレーションされた不安定性は地域の地理に根ざしており、著者らは極地の氷の昇華は地球規模の現象ではなく局地的な現象であると推測している。[ 143 ] [ 144 ] [ 63 ]
「南極の氷床の観測された地域的な変化は、ほぼ間違いなく地域的な気候遷移によるものであり、地球規模の現象ではなく、外部からの強制力とは明らかに無関係である」と主張されている。[ 133 ] Nature の ニュース記事で、チーフニュースおよび特集編集者のオリバー・モートンは、「他の太陽系天体の温暖化は、気候懐疑論者によって利用されてきた。火星では、温暖化は、塵が舞い上がり、日中に熱せられる大きな黒い玄武岩の塊が露出することによるものと思われる」と述べている。[ 63 ] [ 145 ]
気候帯 地球の気候帯は、ウラジミール・ケッペン によって植生群の分布に基づいて初めて定義されました。気候分類はさらに気温、降水量に基づいており、気温と降水量の季節分布の違いに基づいて細分化されています。また、高地などのゾーン外気候のための別のグループも存在します。火星には植生も降水量もないため、気候分類は気温のみに基づいて行うことができます。システムのさらなる改良は、塵の分布、水蒸気量、雪の発生に基づいて行うことができます。火星の太陽気候帯 も容易に定義できます。[ 147 ]
現在の任務 2001マーズ オデッセイ は現在火星を周回し、TES 機器で全球大気温度測定を行っています。マーズ リコネッサンス オービターは現在、軌道上から天気や気候に関する日々の観測を行っています。搭載機器の 1 つですが、マーズ クライメート サウンダー は気候観測に特化しています。MSLは 2011 年 11 月に打ち上げられ、2012 年 8 月 6 日に火星に着陸しました。[ 148 ] MAVEN 、マンガルヤーン 、TGO は現在火星を周回し、その大気を研究しています。
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