2007.10.28 三品利郎
2007.11.03 修正
火星の極冠（polar cap)と極雲（polar hood)については、まだ良く判っていないことが多く、日米欧の惑星科学者が
研究を続けています。
そうした中で、MGSなどの探査機による観測から新たな知見が得られています。ここでは、最近の探査機の画像や
海外で発表された論文からそれらについて、紹介します。
最後に極雲と極冠がどのようにしてできるかについて推測できることを述べます。
1 地上から観測される極雲(polar hood)と極冠(polar cap)の様子
極雲と極冠は、ともに白く輝いており眼視で見分けるのは難しいです。カラー画像でも、ともに白く写ります。違いは、
極雲が青白く写ることです。極雲を通して火星のアルベド模様が写ることもあります。
北極雲(北極フード)を透して模様が見えている画像。
http://www.iceinspace.com.au/forum/attachment.php?attachmentid=33744&d=1193289127
近赤外線で写すと、極雲と極冠の違いが明瞭になります。極雲は近赤外では薄暗く写ります。一方、極冠は近赤
外でも白く写ります。
従って、春分の前から近赤外で写し続けると、極雲から極冠へと変化することがわかります。
●南極雲
2001年4月19日、Ls148.3°新川さん撮影の近赤外画像
南極付近は極雲に覆われています。
http://alpo-j.asahikawa-med.ac.jp/kk01/m010419z.htm
●南極冠
2003年7月21日、Ls225.9°新川さん撮影の近赤外画像、
Don.C.Parkerさん撮影の近赤外画像
南極付近は極冠に覆われています。
http://alpo-j.asahikawa-med.ac.jp/kk03/m030721z.htm
●北極雲
2007年10月12日、Ls329.5°Don.C.Parkerさんの近赤外画像
北極付近は極雲に覆われています。
http://alpo-j.asahikawa-med.ac.jp/kk07/m071012z.htm
2 北極冠が出来る様子
地上からの観測で、北極冠、南極冠が生成する過程を見ることは、地球と火星と太陽と地球の位置関係から難しくなってい
ます。
それを、MGS(Mars Global Surveyor)が2002年に撮影した火星の画像がMSSS(Malin Space Science Systems）のサイトで見
ることが出来ます。
http://www.msss.com/mars_images/moc/weather_reports/
日付の順に追ってゆくと、火星の北極の変化の様子がわかります。画像は上が北極になっています。
●2002年2月13-19日 Ls327°前後
右の画像で北極は太陽の日が当たらず黒い影として写っています。
黒い影の周りを広く白雲が覆っています。この雲が北極雲(北極フード)と呼ばれるものです。
http://www.msss.com/mars_images/moc/weather_reports/13_19FEB02/2002_02_13_19_report.jpg
●2002年3月6-12日 Ls338°前後
太陽の日が当たらない部分は2月より小さくなっています。その周りには、火星の地肌が北極雲(北極フード)
から透けて見えている部分があります。この時期には、白く輝く北極冠は、まだ姿を見せていません。
http://www.msss.com/mars_images/moc/weather_reports/6_12MAR02/2002_03_6_12.jpg
●2002年3月13-19日 Ls340°前後 (2007.11.03修正)
火星の北極の周り北緯60より北側の地肌が白くなり、白く輝く北極冠が出来ています。
ところどころに北極フードが残っています。
http://www.msss.com/mars_images/moc/weather_reports/13_19MAR02/2002_03_13-19.jpg
●2002年4月9-15日 Ls355°前後
北極冠は、北緯60°よりも南まで広がっています。
http://www.msss.com/mars_images/moc/weather_reports/9APR_15APR02/2002_04_09_15_report.jpg
●2002年4月16-22日 Ls0°前後 北半球の春分前後
北極冠は、北緯60°よりも南まで広がっています。
http://www.msss.com/mars_images/moc/weather_reports/16-22APR02/2002_04_16-22.jpg
●2002年6月11-17日 Ls25°前後
北極冠は、北緯70°付近まで後退しました。良く見ると、中央部分には永久北極冠が透けて見えています。
http://www.msss.com/mars_images/moc/weather_reports/11_17JUN02/weather06_11-17_02.jpg
北半球が春分になる前は、北極フードが北極付近に掛かっています。この時期には、まだ、白く輝く北極冠は
ありません。その後、春分が近づくと、白く輝く北極冠が急速に出来て行きます。
これは、アントニアジらが100年以上前に残した観測記録とよくあっています。
1937年に出版された、図説天文講座、遊星で、木辺成麿さんが以下のように書かれています。
「両極と秋分を迎へる少し前に、再び霧に包まれて、一時見えなくなると、其れが晴れた後には、夏前、比較的
消えの遅かった地方が最初に白くなり、数日の間にそれがつらなって、再び完全に近い白冠が出来て、翌春まで
続くのである。」
3 MGSが測定した極冠の厚さ
極冠には永久北極冠、永久南極冠と呼ばれる部分があります。これれは1990年代の探査機の観測で発見されま
した。永久極冠の厚さは3000m級であり、水の氷と二酸化炭素の氷でできていると考えられています。
(永久北極冠の3D画像 http://ssed.gsfc.nasa.gov/tharsis/agu_f98.html)
一方、火星の地表を覆う白く輝く極冠、通常、極冠というとこの部分を意味することが多いのですが、その厚さは
薄く、1.5m以下であることを、MGSのMOLA(マース・オビター・レーザー・高度計)が測定しました。
その結果は、ここに公開されています。
http://ssed.gsfc.nasa.gov/tharsis/snow_paper.html
このサイトには、両極冠の厚さ変化がアニメで見られます。火星は上が北になっています。左下に”Mars Year"と書
かれた時計があります。
6時が南半球の春分 (2007.11.3修正)
9時が南半球の夏至 (2007.11.3修正)
12時が北半球の春分 (2007.11.3修正)
3時が北半球の夏至 （2007.11.3修正)
になります。これは、下の方のにあるFig.2のグラフと対比させることでわかります。
（以下200711.3修正)
両極冠とも極付近の厚さは、春分直前がピークです。春分のころには、極付近が薄くなりはじめています。
厚さは厚いところでは1mを超えます。春分を過ぎると、夏至まで極冠は 薄くなって行きます。
fig2のグラフAで82.5°、80.5°、77.5°の緯度とグラフＢの75.5°72.5°、70.5°での北極冠の厚さの変化
を見ると、北半球の春分、Ls360°の直前で最も厚くなり、少し薄くなった後、春分を過ぎると再び、390°のこ
ろまで、少し厚くなります。そして、その後、薄くなって行きます。
このグラフから、木辺成麿さんが本に書かれていることは、「少し薄くなった後、再び少し厚くなり直ぐまた薄くなる
現象」を地上から捉えていたのだと理解できます。なお、極付近の中央部と周辺部の厚さの変化が北極冠と南極冠で
は随分と違います。
（以下200711.3修正)
これとMGSの画像とつき合わせてみると、
2002年の2月は、冬至を過ぎて北極冠が最も厚くなる時期です。
2002年の3月中旬以降は、北極冠が薄くなり始める時期です。
2002年の6月は、北極冠が一旦薄くなった後少し厚くなった時期です。
2002年の2月には、MGSの画像には白く輝く極冠が見えていません。一方、MOLAの観測では北極冠が徐々に
成長してゆく時期です。両者の観測は辻褄が合わないように見えます。果たしてどうなのでしょうか？
4 透明な極冠と二酸化炭素の噴水
Piqueuxらが2003年に提唱した仮説(*1)を紹介した英文資料がネットで読めます。
マックス・プランク研究所が公開しているレクチャーノートです。
「Atmosphere-surface vapor exchange and ices in the Martian polar regions」
http://www.mps.mpg.de/solar-system-school/alumni/portyankina.pdf
*1 Sublimation of Mars's southern seasonal CO2 ice cap and the formation of spider
JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH,VOL.108 (2003)
普通に極冠というと白く輝いているものを想像します。しかし、透明な極冠も存在していることが、MGSの観測で
明らかになっています。この透明な部分は”cryptic region"と呼ばれています。
22ページに、南極冠のアルベドの変化の図がでています。透明な部分と白く輝く部分の変化の様子が、この図で
示されています。季節は南半球の春分直前Ls175°から夏至の前250°までです。青の部分が緑の部分よりもアル
ベドが小さい部分です。アルベドが小さいということは火星の地肌が透けてみていることを意味します。つまり、透明
な極冠の部分です。
Ls175°からLs200°にかけては、緑の部分(これが白く輝く極冠の部分)が周辺から極の方へリング状に広がって
ゆきます。その後、緑の部分は、周辺から段々,小さくなって行きます。
緑の部分に囲まれて青い部分があります。この部分は透明な極冠になります。この透明な極冠を詳しく調べて、
蜘蛛(spider)のような模様が発見されました。その写真が、26と27ページにあります。
38ページにこの蜘蛛模様が出来る過程が図で示されています。
厚さが1m以下の透明な固体の二酸化炭素を通して火星の地肌に太陽に光があたります。そして、太陽光で温まっ
た地肌と接する固体の二酸化炭素が昇華します。二酸化炭素の圧力が高まると、透明な固体の二酸化炭素を割っ
て噴水のように上空にダストとともに二酸化炭素が舞い上がるのです。
そして、南極冠から噴水の様に上昇する二酸化炭素の存在が探査機で確認され2006年8月にNASAが公表しました。
http://www.jpl.nasa.gov/news/news.cfm?release=2006-100
日本語解説：http://www.planetary.or.jp/HotTopics/topics060823_2.htm
5 極冠と極雲はどのようにしてできるのか(私の仮説)
私は、以下のようして白く輝く極冠ができると推測してます。皆さんも色々と考えて見られてはいかがでしょうか。
(2007.11.03修正)
●極雲
・極冠は、冬至を過ぎて春分の直前に厚さが最大となり、春分を過ぎた後、夏至にかけて厚さが薄くなる。
・春分の前には、極が極雲に覆われている。
従って、極雲は冬の間に出来た極冠が昇華してできることがわかる。
●白く輝く極冠
・極冠には透明なものと白く輝くものがある。
・二酸化炭素の氷は、冬の間に殆どが地表面に直接、凝結すると考えられる。(*2)
冬の間に地表面に直接、凝結してできた極冠は透明な氷のような状態だと推測できる。
春分を過ぎて、二酸化炭素が昇華して、噴水のようにダストとともに吹き上がる。そして、ダストを凝結核として固体
の二酸化炭素の結晶ができると推測できる。春分の前には極付近に上昇気流があるため(*3)雲が中に浮かんでいる。
春分の直後には、それまでの上昇気流が下降気流に変わり(*4)、二酸化炭素の結晶の雲が火星面に霜の様に降着し
て、白く輝く極冠ができる。
(*2)http://kumano.u-aizu.ac.jp/PlaGeoNews/Site01/PDFs/PlaGeoNews17_1.pdf
P11に、「CO2 氷のほとんどは地表面で直接的に凝結すると考えられるが、一部のものは大気中でも凝結す
るだろう。こうしてできる雲のほとんどは極地の夜につくられる。」
と述べられている。
(*3)二酸化炭素の大気が凝結して固体の氷になることで、火星の極付近は、赤道や低緯度の地域に比べて気圧が下がる
と予想される。そのため極付近へ赤道方向から大気が収束して、極付近では上昇気流となることが予想される。
(*4)固体の二酸化炭素が昇華して気体となることで、火星の極付近の気圧が上がる。そのため、冬の間に比べて気圧が上
がるので、冬の間は、極付近が赤道地方より気圧が低かったのが、やがて、赤道と極付近の気圧が同じとなり、さらに、
二酸化炭素が昇華することによって、極付近が高気圧となると予想される。
以上
