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現役で噴火を起こしている「活火山」は、太陽系全体で見てみると非常に珍しい存在であり、地球以外では木星の衛星の「イオ」でしか見つかっていません。特に、 “兄弟星” と呼ばれるほど地球と似ている「金星」では、直近の噴火に関する予備的な証拠が挙がってはいたものの、決定的なものではありませんでした。

ダンヌンツィオ大学のDavide Sulcanese氏とGiuseppe Mitri氏、そしてローマ・ラ・サピエンツァ大学のMarco Mastrogiuseppe氏の研究チームは、アメリカ航空宇宙局(NASA)が30年以上前に運用していた金星探査機「マゼラン」のレーダー画像を分析し、噴火で生じた溶岩流の証拠を探索しました。その結果、1990年から1992年にかけて流出した溶岩流である可能性が高い地形の変化を2つのエリアで発見しました。

今回の研究は直前に発表された別の研究とあわせて、金星の火山が直近でも活発に活動しており、それも1990年代という人間のタイムスケールでもつい最近に噴火した可能性が高いことを示しています。この結果が正しければ、金星は現役の熱い活火山を持つ3例目の天体となります。

【▲ 図1: 噴火している金星の火山の想像図。(Credit: ESA & AOES)】
【▲ 図1: 噴火している金星の火山の想像図。(Credit: ESA & AOES)】

■太陽系の「活火山」は実は珍しい

地下から地上へと高温のマグマを噴出する「火山」は、私たちにとっては身近な存在です。火山は地球以外の多数の天体でも見つかっており、例えば地球と同じく岩石が主体の天体である「金星」や「火星」、あるいは「水星」や「月」でも、火山のような地形や溶岩流の痕跡が見つかっています。

しかし、現役で噴火をしている「活火山」に限ると、そのような例は非常に珍しくなります(※1)。特に、高温で融けた岩石を噴出する “熱い火山” に限って見ると、活火山は地球を除けば木星の衛星「イオ」にしか発見されていません(※2)。他の天体で活火山が見つかっていないのは、天体の体積が小さすぎることや、潮汐力や水の不存在などの複合的な理由が合わさり、融けた岩石が現在まで維持されなかったためであると考えられています。

地球との類似性から “兄弟星” とも称される金星も、これまで活火山が見つかっていない天体の1つでした。火山と見られる山そのものは8万5000を超える数が見つかっていますが(※3)、つい最近まで、いずれも数億年以上も前に活動を停止していると見られていました。

地球よりやや小さいだけの金星でこれほど火山活動が乏しい理由はよくわかっていませんが、最大の理由は水が存在しないことではないかと考えられています。高温の水には岩石の主成分であるケイ酸塩の強力な化学結合を切断し、融点を下げて融けやすくする作用があります。マグマは水が無くても生成されるものの、水がある場合と比べて高温が必要となるため、マグマの生成や噴火活動がより難しくなります。これに加えて、金星には分厚い地殻が存在していてプレートテクトニクスは欠如していることから、表面の火山活動だけでなく内部活動もそこまで激しくないという観測結果が得られています(※4)

これまでの研究では、金星における最も新しい噴火は約250万年前が最後だと考えられていました。これは惑星科学的には “現役” と言って差し支えないほど最近であるものの、それでも人間のタイムスケールで直近と言える噴火の証拠は見つかっていませんでした。火星では約5万3000年前に火山が噴火したらしいという観測証拠があり、それと比べればまだ古い時代となります。

一方で、大気に含まれる微量成分の分析結果から、さらに新しい時代にも火山活動があったことを示唆する研究がありました。また2023年には、レーダー画像の比較によって、1991年中の数か月の間に火口の形が変化した火山があるという研究結果が発表されました。これが正しい場合、金星では1991年に噴火が起きた可能性があることになりますが、決定的ではありませんでした。

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■金星の新たな溶岩流の痕跡を発見!

【▲ 図2: スペースシャトル「アトランティス」によるSTS-30ミッションで放出される金星探査機「マゼラン」。(Credit: NASA)】
【▲ 図2: スペースシャトル「アトランティス」によるSTS-30ミッションで放出される金星探査機「マゼラン」。(Credit: NASA)】

Sulcanese氏らの研究チームは、1990年代に金星の火山が噴火した可能性を示す新たな証拠を示しました。今回の研究と前章で触れた2023年の研究は、どちらもNASAが打ち上げた金星探査機「マゼラン」のレーダー画像を元にしています。金星の分厚い大気と雲は、様々な波長の光を吸収・反射するため、ほとんど地表を見ることはできません。しかし、電波は大気を通過して地面で反射される(後方散乱される)ため、レーダーを使用すれば地表の様子を撮影可能です。また、電波の反射強度からは岩石の組成といった物質の構成がある程度分かります。

ただし、マゼランの運用から30年以上経ってようやく研究が行われたことからもわかるように、この種の研究は難しさを伴います。まず単純に、レーダー画像は他の電磁波と比べると画質が荒く、得られる情報が少ないため、あまり解像度の高い研究は行えません。30年前の探査機に搭載されたレーダーは、現代のレーダーと比べればどうしても性能が低くなります。加えて、同じ地域を撮影したデータでも、電波が照射された角度は撮影したタイミングによって異なります。すると、反射される電波の性質も変化するため、仮に全く同じ地形を撮影したとしても、見た目には異なるレーダー画像として写ってしまいます。

したがって、比較研究を行うためにはこれらの違いを無くすための補正が必要となります。これを膨大な観測データに対して行うのは時間がかかる作業となります。

【▲ 図3: マゼランのレーダー画像から再現された「シフ山」の地形。地形を見やすくするため、高さ方向が水平方向よりも強調されています。(Credit: NASA & JPL-Caltech)】
【▲ 図3: マゼランのレーダー画像から再現された「シフ山」の地形。地形を見やすくするため、高さ方向が水平方向よりも強調されています。(Credit: NASA & JPL-Caltech)】

それでもSulcanese氏らは活火山があるかもしれない地域を探索し、ついに有力な候補の発見に成功しました。それは高さが2200mある火山「シフ山(Sif Mons)」の西側斜面と、多数の火山が見られる「ニオベ平原(Niobe Planitia)」の西部地域です。1990年と1992年に撮影されたレーダー画像を比較したところ、電波の強度が上昇している場所が見つかりました。これは、1990年から1992年の間に電波の強度を高める物質、例えば噴火して固まった溶岩流に由来する、新鮮な岩石の存在が考えられます。

ただし、風の影響で新たに堆積した砂丘や、電波に干渉する大気の影響なども電波の強度を高める原因として考えられるため、これだけでは火山の噴火の証拠とは言えません。そこで、Sulcanese氏らは地形データをもとに斜面の配置や角度をモデル化して、溶岩流であることと矛盾しないかどうかを調査しました。その結果、新たに発生した地形は、斜面を下る溶岩流で形成された可能性が高く、他の理由である可能性は低いことが分かりました。

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【▲ 図4: シフ山の西側斜面のレーダー画像を比較したもの。画像dで赤く塗られた場所が噴火によって放出された後固まった溶岩流である可能性が高い。(Credit: Davide Sulcanese, Giuseppe Mitri & Marco Mastrogiuseppe.)】
【▲ 図4: シフ山の西側斜面のレーダー画像を比較したもの。画像dで赤く塗られた場所が噴火によって放出された後固まった溶岩流である可能性が高い。(Credit: Davide Sulcanese, Giuseppe Mitri & Marco Mastrogiuseppe.)】

新たな溶岩流は、平均3~20mの厚さで地面を覆ったと考えられます。また、噴出したマグマの合計量は、シフ山で0.09~0.6立方km (9000万~6億立方m) 、ニオベ平原で0.135~0.9立方km (1億3500万~9億立方m) であると見積もられています(※5)

■金星が現役の活火山を持つ3例目の天体となる公算は大きい

今回の研究は、2023年の研究とあわせて、金星には現役で活動している活火山が存在する可能性が極めて高いことを示しています。金星は、地球とイオに次いで3例目の熱い活火山を持つ天体となりそうです。もしも噴火の瞬間を捉えることができれば、さらに多くのことが分かるはずです。

現在NASAでは、金星のより正確な地図の作成をメインミッションとする金星探査機「VERITAS」の打ち上げを目指しています。VERITASで得られるマゼランよりもずっと高精細な地形データは、今回の研究で推定された活火山の痕跡が正しいかどうかを評価するだけでなく、マゼランのデータからは発見できなかった新たな活火山の痕跡を捉えることにもつながるでしょう。

■注釈

※1…地球の活火山は「過去1万年以内に噴火したことがある火山」と定義されています。地球以外の天体に対する定義はありませんが、概ね同程度のタイムスケールで考えられているケースが大半です。

※2…水やそれ以下の温度の液体を噴出する「氷火山(Cryovolcano)」を含める場合、噴火の瞬間が観測された天体には水を噴出する木星の衛星の「エウロパ」と土星の衛星の「エンケラドゥス」、液体窒素を噴出する海王星の衛星の「トリトン」が追加されます。ただし、エウロパとエンケラドゥスは地下の海(内部海)からの噴出物であるため、氷火山というよりは間欠泉として表現されることが多いです。また、火山のような地形があったり、薄い大気の維持に氷火山が関与していると考えられている氷天体は、これ以外にも沢山あります。

※3…比較として、地球には100万以上の火山があると見積もられています。しかしその大半が海底火山であり、かつ活動を停止しています。活火山は地上や比較的浅い海底に約1500、海嶺や深海底に約5000あると推定されています。

※4…衛星が存在しないことによる潮汐力の欠如も理由の1つとして挙げられます。ただし、潮汐力は非常に巨大な天体が複数あり、公転軌道の間隔が狭い場合に最大化されるため、金星に巨大な衛星が存在したとしても、それほど火山活動は激しくならなかったかもしれません。参考として、地球が月から受ける潮汐エネルギーは地熱エネルギーの約6%であり、地球の火山活動の主なエネルギー源は放射性同位体の崩壊熱と地球形成時に変換された重力エネルギーであることが挙げられます。

※5…比較として、西之島の2013年から2015年にかけての噴火では、総量0.16立方km(1億6000万立方m)のマグマが噴出したと見積もられています。

 

Source

文/彩恵りり 編集/sorae編集部

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