 天文ガイド 2003年7月号『世紀の火星大接近に向けて』 －火星観測のポイント－ |
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今年の8月27日に火星は大接近をむかえます。大接近時の火星の光度は-2.9等で、視直径は25秒を超え、これは木星の大きさの半分以上にもなります。離心率の大きな火星は地球との軌道の関係で、15年または17年毎に大接近をむかえますが、今回の大接近は大きなチャンスです。それは大接近時の視直径が、1971年に24.9秒、1988年に23.8秒であったのに対して、今年は25.1秒まで大きく見えるからです。また、大接近ではありませんが、2年2ヶ月毎に接近をむかえた時の視直径が、1999年に16.2秒、2001年に20.8秒であったことを考えると、今回の大接近がいかに大きな姿を見せてくれるかお分かりでしょう。
図１に視直径の変化をシミュレーションで示しましたが、7月中旬から10月初めまで視直径は20秒を越えています。口径の小さな望遠鏡でも楽に火星の模様を見ることができますので、ぜひとも火星を観測しましょう。
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図1 大接近時の視直径の変化 池村俊彦氏によるシミュレーション。7月に入ると一気に視直径が大きくなる。(画像を拡大) |
火星を望遠鏡で見ると表面模様が見えます。火星表面は岩石でできていますが、その上を細かなダストでおおわれています。火星表面の模様は、反射能の違いで暗く見えたり明るく見えているものですが、探査機のデータから火山や高地、盆地、渓谷、クレータなどの地形との関係も分かってきました。そして、火星大気に吹く季節風によって表面のダストが移動することで、これらの模様も季節変化を見せることがあります。こうした季節変化が起こることで知られているのは、ヘラス、ソリス、シルチス地方などがあります。
近年の火星の観測では、表面模様よりも大気に起こる現象を観測することが大切です。火星は薄いながらも大気を持っていますから、朝霧や夕霧がかかったり、高い山には雲の発生が見られます。また、赤道付近の低緯度地域には氷晶雲が見られます。南極や北極では、冬には大気中の二酸化炭素が凍ったドライアイスの極冠が輝き、さらに極地方をおおう極雲も見られます。上昇気流によって表面の砂が巻き上げられた黄雲もしばしば見られます。黄雲が発達すると、火星全面にまで波及する大黄雲がごくまれに見られることがあります。大黄雲の発生は火星での現象でもっともドラマチックなものです。
火星面での1年は1.88地球年に相当します。今年の観測シーズンでは、火星の南半球は5月6日に春分(Ls=180°)を、9月29日に夏至(Ls=270°)をむかえます。したがって、今年の大接近では、火星の南半球の晩春から夏の季節を観測できることになります。
初心者でもやさしい火星模様の観測は、視直径が20秒を超える7月中旬から始めるのがよいでしょう。このころは火星の視直径が大きく、スケッチをするにしてもやりやすいからです。図は安達が1971年に初めて火星の観測スケッチをした時のものです。初めてのスケッチでしたが、火星図と合わせてみても大きな差はありませんでした。（図2）
初めて火星を観測するとどう見えるか。おそらく図3の左のように見えることでしょう。でも、スケッチをとりながら模様を確認していくうちに右のように見えてくることでしょう。ぼんやり眺めていても、見えてきません。スケッチをとろうと、模様を見きわめようと集中することで初めて見えるようになるのです。経験を積んで一度見えるようになると視直径が小さくなっても見えるものです。年内はきっと観測が続けられる事でしょう。
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図2 1971年の大接近時のスケッチ 安達 誠/15cm反射で観測を始めた頃のスケッチ。 |
図3 初心者と熟練者での見え方 安達 誠/観測に慣れてくると右のように見えてくる。 |
火星の自転周期は24時間37分で、地球の自転周期に近いために、同じ場所で同じ時刻に観測すると約9度ずつ東に移動した模様を見ることができます。同じ場所で観測すると火星の全面を見るためには約40日かかることになります。実際には観測する時間に幅があり、また次第に早く観測できるために、約1ヶ月の観測を集めると、図4のように展開図を作ることができます。このような展開図を比較することで、表面模様にどのような季節変化が起こっているかを理解することができます。ただし、展開図を作る際に、雲や朝霧・夕霧、あるいは極雲などの影響をできるだけ少なくしたいものですが、これはなかなか難しいものです。
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図4 1999年5-6月の火星展開図 撮影/池村俊彦氏(31cm)。1ヶ月の観測画像から作成(伊賀)。(画像を拡大) |
過去の火星観測でどのようなことが分かってきたのでしょうか。アマチュアでとらえられた現象について面白いトピックスを紹介しましょう。1998年頃から、デジタルカメラによる惑星観測が盛んになり、高分解能の画像が得られるようになってきました。こうしたCCDによる観測結果からアマチュアでもとらえられる火星の現象に幅が広がってきました。
北極地方の巨大台風1999年4月下旬に北極に近いボレウム地方に巨大な台風が出現しました。ハッブル宇宙望遠鏡(HST)が4月27日に青色画像で氷の雲が直径1600kmの渦をまいている様子をとらえました。ちょうどこの経度は日本からのみ観測可能で、4月24日に池村俊彦氏・安達が、4月26日に池村・新川勝仁氏が観測していました。HSTと同じ4月27日には忍穂井幸夫氏をはじめ多くの観測が得られました(図5)。その後の観測はありませんでしたが、火星を周回するマーズ・グローバル・サーベイヤ(MGS)によって、4月30日から5月4日までこの北極を取り巻く定常的な雲の様子が公開されました。 エリシウムの山岳雲もう一つの例として、エリシウムにかかる雲が5月10日の前後で急に晴れて見えるようになった現象の追跡があります。地球の同一地点では火星は毎日少しずつ経度が変わって行きますので、ある特定の地域、この場合はエリシウムだけを追跡しようとすると、日本の観測に引き続いてヨーロッパ、その後アメリカ、そして日本という風に世界の観測者の協力がなければ観測の空白期間ができてしまいます。 図6はこのようにして世界で得られた観測を順次並べてみたもので、エリシウムにかかる雲は池村氏の5月10日の観測までは明るく見えていましたが(第2段)、これ以降は雲が晴れて地肌が見えてきました。日本の観測の後の5月中旬のヨーロッパの観測(第3段)でも、5月下旬のアメリカの観測(第4段)でも、同様に雲が夕方には見えるが朝方の経度では見えなくなっています。6月中旬以降(第5段)はずっとエリシウムに雲がかかる姿は見られませんでした。 このことから、火星の北半球の最盛夏時期に北極冠から溶けた水蒸気が、大循環で運ばれエリシウムの高地で雲として見えていましたが、5月10日頃からは水蒸気の供給が少なくなり雲として見えなくなったようだと考えられます。その後はまだ水蒸気量が増えてくる午後には雲として見えるが、次第にエリシウムの雲が完全に見えなくなっていった様子を知ることができました。 山岳地方には雲がかかる例として、火星の最高峰のオリンポス山にかかる雲を図7に紹介します。中央左の白い丸がオリンポス山で、頂上に雲がかかっています。その左上にはタルシスの3つの火山があり、ここにもしばしば雲がかかることが知られています。 |
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図6 1999年のエリシウムの雲の追跡 撮影/D.Parker(米国)、A.Cidadao(ポルトガル)、池村俊彦氏 |
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図7 オリンポス山にかかる雲 撮影/池村俊彦氏(31cm)。 |
火星の表面は岩石でできており、その上を鉄分を多く含んだ砂におおわれています。大気圧は6～8ヘクトパスカルと、地球上の1013ヘクトパスカルと比べるとすいぶん低くなっています。また、重力は地球のおよそ1/4程度しかありませんが、火星大気での風は計算上では冬の後半の200m/sから春の20m/sまで非常に大きく変化すると言われています。日本にやってくる大型台風では70m/sを超えることは稀ですから、それを考えると火星面では大規模な砂嵐（黄雲、ダストストーム）が起こるのもうなずけます。
表 過去に発生した大黄雲 |
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2001年に発生した大黄雲は、右の表から見ても分かるように、過去に例のない早い季節に発生したことが分かります。特にLsの値（火星の季節を表す数値）が非常に小さい初春に発生したことが特徴で、過去４回の大黄雲の発生時期と大きく異なっています。それまでの４回の発生は、南極冠が縮小していき、極冠がかなり小さくなった季節（晩春や盛夏）に発生しています。
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図8 2001年大黄雲発生前のヘラス 撮影/池村俊彦氏(31cm)。 |
大黄雲が発生した地域に、なにか前兆現象がなかったかは、火星のダストストームの研究をしている人にとっては大きな関心事です。実は、2001年の大黄雲が発生した地域には、不思議な現象がおこっていました。
有名な大シルチス（西経290°北緯10°）のすぐ南にあるヘラス（西経300°南緯50°）という大きな盆地の姿がおかしくなって、それまで円形をしていたヘラスが見えなくなったのです（図8）。この時期、ヘラスが暗くなるのは普通ですが、形が分からなくなることはなく、この地域にダストのベールがかかっていたと考えられます。
大気中に浮いている微少な粒子は、太陽からの熱を受け、大気の温度を上昇させました。このことが、2001年の大黄雲の発生をうながしたと思われます。
今回の異変は6月23日から起こりました。月惑星研究会関西支部に集まった発生初期の観測を図9に示しますが、大黄雲の広がっていく様子が良くわかります。黄雲発生の始まりはヘラス(西経300°南緯50°)の北の端に発生した小規模な嵐でした。ヘラスの北の端は高低差が4000mもある斜面になっており、嵐はその斜面に沿って立ち上がりました。盆地の中に起こっている大気の流れがこれらの現象に大きく影響しているものと思われます。
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図9 2001年6月の大黄雲発生初期 撮影/伊藤紀幸氏、池村俊彦氏、畑中明利氏、新川勝仁氏 |
その後、ヘラスの嵐に呼応するかのように、すぐ東にあるツィレッヘナム(西経250°南緯20°)リビヤ(西経275°南緯0°)でも明るい斑点が同時に発生しました。その後、大黄雲は西風に乗って、一気に東へと拡大していきました。また、同時に北半球にも発生し、南北同時に全面を覆うように東へ拡大していき、ついに７月９日には火星全面を覆うようになりました(図9a)。その途中には正体不明の暗い模様が出現したり、明るい斑点が出現したりといろいろな変化を見せました。
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図9a 2001年7月に大黄雲が全周に広がる 1自転前(左列)の同じ経度と比較すると、黄雲に覆われていることが分かる。 |
過去の記録をさかのぼると、2火星年に続けて大黄雲が発生したことがあります。2001年の発生の後である今回も発生することは十分考えられます。今年に大黄雲が続けて発生するかどうかは、誰にも予想できませんが、大いに注目したいものです。
1973年に大黄雲が発生し、その次のシーズンである1975年に、新しい模様が出現しました。それまで火星の模様が淡くなる現象は観測されていましたが、新たに大きな模様が出現した記録はなく、大きな話題になりました（図10）。この新たに出現した模様はダエダリア（西経120°南緯30°）と呼ばれている地域で、1973年に発生した大黄雲の活発な活動があった地域です。
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図10 1975年に出現したダエダリアの模様 スケッチ/安達 誠 |
2001年の大黄雲でも、この地域にかなり目立った嵐が起こっていました（図11）。今年の2月14日に撮影されたマーズ・グローバル・サーベイヤーの画像に、この注目すべき場所が写っています（図12）。この画像によると、ダエダリアには1975年にできた時のように新しい模様が出現しています。注目すべきことは、ドーナツ状の暗いリング状の模様です。これが何なのか大いに興味あるものです。
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火星の観測の楽しみの中で、最も興味深いのは大黄雲ですが、これはめったに起こりません。しかし、小規模の黄雲は頻繁に起こっています。春の間の出現は少ないものですが、大接近になる晩春には黄雲の発生がしばしば見られます。
しかし、黄雲はベテランでも見落としやすいほど微妙な見え方をしています。そんな時、重要な助けになるのが火星シミュー ションです。月惑星研究会関西支部の池村俊彦氏の作成したシミュレーションが私達のWEBページにあり、誰でも利用できるようになっています。1999年の火星を例にしてシミュレ－ションと比べてみましょう(図13)。アキダリアの北東部(左下)に明らかな黄雲が発生しているのですが、もしもシミュレーションがなければ判断は難しかったと思われます。
ただ、今年のシミュレ－ションは2001年の観測を元に作成されたもので、2003年のシーズンの観測で更新されたものではありません。火星のシミュレーションのように見えるはずだと言う先入観を持っての観測は絶対にさけ、慎重に見極めるようにして下さい。
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図13 火星シミュレーション 撮影/池村俊彦氏(31cm)。 |
5月初め頃南極冠の大きさは最大になります。しかし、このころ南極冠は雲の中にあり、その姿を見ることはかなり難しいことです。5月中ごろに雲が晴れると、キラキラしたきれいな南極冠が見えるようになります。そうなると南極冠の様子がしっかり観測できるようになります。南極冠は完全な円形にじわじわと溶けていくわけではありません。太陽の方に向いた斜面では、周囲に比べて早く溶け始めます。溶け方は地域によって異なるわけです。
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図14 南極冠の大きさの計測i |
極冠の大きさを観測する時は、必ず、一定の経度を中心とした位置において測定して下さい。上にも書いたように経度が違うと、見えている地形も異なるからです。できればいろいろな向きから、いくつもの測定をしていくと全体の様子を良くつかむことができるでしょう。測定方法の基本は図14のようになっています。要するに、火星の中心を決め、そこから角度を測定するようにすれば、視直径の変化を気にせずに観測できるわけです。画像やモニターで測定すればよいでしょう。
Lsが220°くらいになると、極冠に割れ目が見えてきます。割れ目の見え方は地形の影響によるものですから、いつも同じようにできてきます。また、極冠の周囲は溶けるにつれ、でこぼこに見えますから、その様子を観測すれば、部分的な地形の様子を判断することもできるでしょう。
また、溶けていく時には周囲に雲が発生することがよく見られます。この雲は同じところにとどまらずに、極の周囲を回るように動くことが知られています。目が慣れてくるとこのような雲が見えるかも知れません。
火星には２つの衛星があります。一般的には口径が40cm以上でないと見えないと考えられていますが、筆者(安達)は31cm反射で確認したことがあります。空の透明度が良く、気流状態も良好で光学系も完璧なら20cmでも見える可能性があります。
衛星を見るためには、透明度が良く、またたきの全くない静夜に、火星本体を視野から追い出して探ってみて下さい。火星の近くにごく小さな星が見えるかもれません。見えたら位置関係を必ず記録して下さい。そして、時間をおいて移動を確認して下さい。
衛星はフォボスが内側を回っており1公転７時間39分。ダイモスは30時間18分です。１時間くらいして確認すれば移動はつかめると思います。火星本体を視野に入れたまま見るのは、口径が大きくならないと難しいことでしょう。
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図16 2003年の観測 撮影/D.Peach(英国) |
エリシウムは北半球にある大規模な高地です。この高地にはしばしば雲がかかります。原因は一つではありませんが、ほとんどの原因は、高地のため大気の断熱膨張により、雲が発生するのです。2003年１月2日、イギリスのダミアン・ピ－チ氏の撮像した火星(図16)にはエリシウム付近にひょうたん型の雲が写っていました。1999年から急速に拡がったCCDデジタルカメラやビデオカメラによって視直径が小さな時でも注意深く画像処理をすることによって、模様の検出をすることが非常に容易になりました。そのことによって、視直径が非常に小さな時にも火星の状況を良く示す重要な情報を得られることができるようになりました。
ヘラスは南半球にある円形の大規模な盆地です。内側は全面が砂丘になっており、北に行くほど周囲との高低差が激しく、4000mも差があるところがあります。地肌が見えるとオレンジがかった様子に見えます。周囲が暗い模様になっているところから、白っぽい円形の模様として見えています。また、この盆地全面を覆うような大規模な雲が発生することもよく見られるおもしろい現象です。
ところがこのヘラスが4月に見えなくなったのです。赤や緑のイメージを調べると、この部分に淡いダストのベールが覆っていることが分かります。
ベールが出ると、大気の温度が上昇しますから、火星面に大規模な変化が起こる可能性が出てきます。2001年はこの後になって、大黄雲が発生しています。今後はどの部分にベールの中心があって、その中心付近などで大黄雲が発生しないか十分に注意する必要があるのではないかと思います。
観測されたスケッチや画像は貴重な観測記録です。また、このような観測画像はインターネットですぐに見ることができます。ぜひとも下記の機関に観測報告を行うように心掛けましょう。
私たちはToUcam Pro(フィリップス社)に代表されるデジタルビデオカメラで今年の火星をねらっています。また、冷却CCDカメラやデジタルスチルカメラなどの機材とも協調して、かつてない高解像度の観測画像を期待しています。今年の大接近で、どのような観測結果が得られるのか、とても楽しみです。
