中国の火星探査車「祝融」、7億5700万年前の塩水からできた一次蒸発岩を発見
2026年8月9日 00:24
中国の火星探査車「祝融（Zhurong）」が、火星で初めて一次蒸発岩を特定した。約7億5700万年前の濃縮された塩水から直接形成された、大型の透石膏結晶の層である。結晶内部には当時の液体が微小な流体包有物として閉じ込められている可能性があり、これまで火星で見つかった中で、古代の液体を最も具体的な形で化学的に保存した記録となり得る。
■存在しないはずの結晶
この研究成果は、香港大学のJiacheng Liu博士が率い、ブラウン大学、マギル大学、中国の複数の研究機関の研究者が参加したチームによって、2026年7月29日付のNature Astronomyに発表された。祝融のカメラが探査開始後の数週間から撮影していた、明るく平たい岩石の正体をめぐる長年の疑問に答えるものだ。
これまでの祝融に関する論文では、これらの岩石が水和硫酸塩なのか、シリカなのか、あるいはアロフェンと呼ばれる結晶性の低い物質なのかを判別できなかった。新たな研究では、結晶形態、短波長赤外分光法、レーザー誘起ブレークダウン分光法を組み合わせ、これらの岩石が「高い確度で」巨晶質の透石膏、すなわち大型結晶からなる硫酸カルシウム二水和物（CaSO4・2H2O）であると結論づけた。後の化学的変質によって生じたのではなく、濃縮された塩水から直接結晶化したものだという。
祝融は中国の「天問1号」ミッションの一環として、2021年5月にユートピア平原南部へ着陸した。ここは火星の北半球にある巨大な衝突盆地内に広がる古い平原である。着陸当初から、カメラは薄い砂の中から突き出た明るい板状の岩石を捉えていた。研究者が改めて画像を分析したところ、岩石内部の特徴が注目された。
新たに削られて露出した表面は均質で、目に見える層理や砕屑粒子がなかった。圧縮された堆積物ではなく、結晶質岩に相当する組織である。さらに重要なのが侵食によって生じた破片だ。堆積物の粒子がばらばらになったときに生じる丸みを帯びた破片ではなく、内部の結晶境界に沿って割れたとみられる、縁の鋭い刃状の多面体片が確認された。
キャベツの葉のように上向きに湾曲した結晶もあれば、鋭い角度で枝分かれした模様を形成するものもあった。研究者は後者をクリスマスツリー状、あるいは魚の骨状の形態と表現している。地質学的には、いずれも透石膏に典型的な成長形態であり、濃縮された水から大型の石膏結晶が析出するときに形成される。
鉱物を特定するため、チームは祝融の短波長赤外分光計（SWIR）と、火星表面組成検出器（MarSCoDe）を構成するレーザー誘起ブレークダウン分光装置（LIBS）を使用した。SWIRのスペクトルには、実験室で測定した石膏のスペクトルと一致する、顕著な水およびヒドロキシル基の吸収が現れた。
LIBSのデータからは、調査対象となったすべての板状岩石で硫黄、カルシウム、水素が検出された。硫黄とカルシウムのピークは、探査車に搭載された石膏の参照標準試料とよく一致した。正規化したピーク面積では、硫黄とカルシウム、硫黄と水素の間に強い正の相関が見られた。これは、水和硫酸塩の主要な相が水和硫酸カルシウムであることを示す化学的特徴だ。
■過去の発見との決定的な違い
火星で石膏が見つかったのは初めてではない。NASAの火星探査車「Opportunity」はメリディアニ平原の鉱物脈で石膏を検出した。「Curiosity」と「Perseverance」も、それぞれの探査地域で、微粒子、セメント物質、割れ目の充填物として硫酸塩を発見している。しかし、祝融が発見した堆積物は、これらとは性質が明確に異なる。
従来発見されていたものは二次蒸発岩だった。既存の岩石が後から化学的に変質して形成されたもので、割れ目を埋める鉱脈、堆積物中で成長する団塊、ゆっくり移動する地下水によって固結した細粒物質などが該当する。
これに対し、祝融の結晶は一次蒸発岩である。地球の塩原や蒸発しつつある湖で大型の透石膏結晶が生まれるのと同じように、一定時間存在した濃縮水から直接結晶化した。結晶は厚さ約5〜10センチメートルの比較的均一な層を形成している。この形状は、割れ目や岩石の間隙での成長ではなく、浅い池で形成されたことと整合する。
一次と二次の違いは、宇宙生物学にとって極めて重要である。二次硫酸塩が記録するのは、もともとの水環境が消滅してから長い時間が経過した後、既存の岩石中を移動した流体の化学的性質である。水環境を間接的に示す証拠であり、その後に変質していることも多い。
一次蒸発岩は地質学的なアーカイブとなる。結晶が成長した水に溶けていた物質を含め、その時点の水の状態を保存するからだ。大型の結晶では、元の液体そのものが微小な流体包有物として密閉されている可能性もある。
堆積物の年代は、その重要性をさらに高めている。祝融の探査地域周辺で行われたクレーター数の調査は、表面更新年代が約7億5700万年前、誤差がプラスマイナス6600万年であることを示している。これは堆積物が火星のアマゾニア代に形成されたことを意味する。アマゾニア代は従来、寒冷で乾燥し、地表に液体の水がほとんど存在しない時代と説明されてきた。
今回の発見は、火星表面に液体の水が存在したことを確認できる時期を、多くのモデルが想定していた時期より数億年も現在に近づける。マドリード宇宙生物学センターとコーネル大学の宇宙生物学者Alberto Fairén氏が、祝融による過去の発見について述べたように、約30億年前に始まったアマゾニア代以降の液体の水を示す証拠は「よく言っても乏しい」ものだった。
■水はどこから来たのか
この地質環境からは、すぐに疑問が生じる。地球上で厚い蒸発岩層が形成されるのは、一般に閉鎖された盆地である。内陸に閉じ込められた海、プラヤと呼ばれる乾燥地域の低地、湖底など、水がたまり、濃縮され、蒸発に伴って最終的に鉱物が析出する場所だ。しかし、ユートピア平原には通常、長期間にわたって湖を維持できるような閉鎖盆地がない。
研究チームは、この地域特有の地質条件によって生じた、より特殊なメカニズムを提案している。ユートピア平原南部には、揮発性物質に富む堆積物や、マグマ性または堆積性の火山活動に関連する地形が数多く存在する。泥火山、くぼみを持つ円錐丘、溝状地形、埋没したゴーストクレーター、多角形地形、岩脈群などだ。
この地域に点在する泥火山の年代は約7億6000万年前、誤差はプラスマイナス2億年とされる。石膏層の表面更新年代と整合しており、この時期にも火山活動や堆積活動が続いていたことを示唆する。
チームのモデルでは、マグマが岩脈となって、揮発性物質に富む雪氷圏、すなわち凍結した地盤へ貫入し、地下に埋もれた氷を加熱して融解させた。その結果生じた地下水には、地下深部にあるヘスペリア代の蒸発岩から溶け出したカルシウム、マグネシウム、硫酸塩が豊富に含まれていた。この地下水が割れ目や泥火山の通路を上昇し、最終的に地表の浅いくぼみにたまったと考えられている。
その後に起きたのが「凍結濃縮（cryoconcentration）」と呼ばれるプロセスだ。極寒だったアマゾニア代の火星では、池の表面がほぼ即座に凍り、氷のふたができたと考えられる。表面の氷層が成長すると、溶存イオンは氷の結晶格子に取り込まれず、下に残った液体へ排出される。その結果、塩水は次第に濃縮された。
地下水中のマグネシウムイオンと高い硫酸カルシウム活量の組み合わせは、祝融が観察した特徴的な双晶形態を持つ、比較的少数の大型透石膏結晶の成長に適していたとみられる。研究で示された単純な物質収支計算によると、厚さ5〜10センチメートルの石膏層を堆積させるには、その上に深さ6〜25メートルの塩水が必要となる。この規模は、火山活動によって一時的に形成された地下水由来の池として十分に考えられるという。
■探査車が直接検知できなかったもの
この発見で最も大きな意味を持つのは、祝融の搭載機器では直接検出できなかった流体包有物かもしれない。
地球上の大型透石膏結晶は、成長時に元の塩水の微小なポケットを結晶内へ取り込むことが多い。こうした流体包有物は、周囲の池が消滅した後も、溶解した塩、ガス、有機分子、場合によっては微生物の痕跡を含む古代の液体を結晶構造内に密閉し、その化学的性質を保存する。
地球上では、8億3000万年前の岩塩結晶にある一次流体包有物から、微生物が保存されていたことが確認されている。密閉された蒸発岩鉱物が、祝融の堆積物の年代に匹敵する期間にわたり、生物由来物質を保護できることを示す事例だ。
火星に似た地球上の環境を対象とする複数の研究では、石膏が生命の痕跡であるバイオシグネチャーを保存し得ることも示されている。チリ北部の高地塩原サラル・デ・パホナレスは、強い紫外線と極度の乾燥という火星に近い条件を持つ。この場所を調べた研究では、石膏を主体とする蒸発岩環境の密閉された結晶内に、クロロフィルやカロテノイドを含む分子的、形態学的なバイオシグネチャーが保存されていた。
ウェストバージニア大学のKathleen Benison氏らも2014年、地球上の類似環境に基づき、火星の石膏に封じ込められた微生物が残存し得ることを示した。
祝融の透石膏結晶に同様の流体包有物が存在するならば、約7億5700万年前の火星地下水の化学的性質を封じ込めたカプセルとなる可能性がある。ただし、現在のデータから流体包有物の存在を直接確認することはできない。存在している場合、火山活動で形成された池が凍結し、アマゾニア代の寒さの中で昇華して消えた後も、内部の液体は結晶に密閉されてきたことになる。
厚さ5〜10センチメートルの結晶層と結晶自体の大きさは、地表での酸化や宇宙線照射に対して一定の遮蔽効果を持つ。ただし、石膏の表層部は紫外線を比較的透過しやすい。結晶の深部に存在する包有物ほど、有機物の痕跡を保持している可能性が高い。
研究者は、保存が保証されているわけではないと慎重に指摘している。数億年にわたる宇宙線照射と地表での化学的酸化は、有機分子にとって厳しい条件だ。しかし、完全な形の生体分子が破壊されていても、より小さな分子断片や特徴的な分解生成物が、遮蔽された結晶内部に残っている可能性はある。
■探査車に見えないものをどう確認するのか
祝融の機器群は、中国初の火星探査車に搭載されたものとして高度なものだが、流体包有物の検出を目的に設計されてはいない。包有物の存在を確認し、その化学的性質や内容物を調べるには、地球上の実験室で利用できる分析技術か、個々の結晶内部を調査できるラマン分光法などの微小分析装置を備えた将来の探査車が必要になる。
この制約は、結晶の特定に使われた機器の測定方式による。SWIR分光計が測定したのは、板状岩石表面の全体的なスペクトル応答である。LIBSはレーザーで微小な部分を気化させ、発生したプラズマから化学組成を読み取る。いずれの技術も、密閉された微小な包有物の内部を直接調べることはできない。
結晶の成長形状を形成条件の記録として読み解く結晶形態分析が、二次蒸発岩ではなく一次蒸発岩だと判断するうえで重要な解釈の手掛かりとなった。結晶形状は水体の化学的性質と形成メカニズムを推定する指標にはなるが、包有物の中身を明らかにするものではない。
祝融は2022年5月、ソーラーパネルに堆積した塵によって発電量が運用に必要な水準を下回り、休眠に近い状態へ入った。2026年8月8日時点ではデータを送信していない。今回の透石膏層は、探査車が活動中に1,921メートルを走行して収集した既存データを再解析することで、後から特定された対象である。
■次の展開とタイミングの重要性
Liu氏らによる2026年の発見は、火星探査が重要かつ議論の分かれる局面を迎えている時期にもたらされた。
2026年1月、米国議会はMSR予算を削減し、NASAのMars Sample Return（マーズ・サンプル・リターン）ミッションを事実上中止した。これにより、Perseveranceがジェゼロ・クレーターで採取、保管した岩石コアを回収し、地球上の研究施設へ持ち帰るNASAとESAの共同計画は終了した。
火星探査プログラム分析グループ（MEPAG）議長で、サウスウェスト研究所の惑星科学者でもあるVictoria Hamilton氏は、MSRの中止について、「火星からのサンプル回収は米国には難しすぎると認めたもの、としか理解できない」と述べた。
一方、中国の「天問3号」は、2028年の打ち上げと2031年のサンプル地球帰還を予定する火星サンプルリターン計画であり、2026年3月に宇宙機の建造段階へ入った。成功すれば、火星から物理的な試料を地球へ持ち帰る初のミッションとなる。今回の蒸発岩研究を発表した香港大学の研究グループは、天問3号の着陸地点選定に参加する同大学のチームの一つでもある。
祝融が発見した蒸発岩堆積物は、サンプルリターンの支持者が長年重視してきた種類の物質である。液体の水が存在する環境で形成され、その形成当時の化学的条件を密閉、保存できる可能性のある鉱物だからだ。
天問3号が最終的にユートピア平原を対象とするかどうかは未定で、着陸地点の選定も続いている。それでもLiu氏らの発見は、二次硫酸塩地形よりも一次蒸発岩を優先すべきだという科学的根拠を強める。一次蒸発岩からは、約7億5700万年前の火星の塩水について、保存された化学的情報を得られる可能性がある。一方、二次硫酸塩が記録しているのは、その後に起きた化学的変質である。
この発見は、アマゾニア代に関する従来の前提を再検討するよう研究者に問いかけるものでもある。古代火星はノアキア代、約40億〜37億年前には湿潤で、生命が存在し得る環境だったという仮説が以前からある。一方、火星で最も新しい地質時代であるアマゾニア代は、寒冷で乾燥した時代と説明されることが多い。
約7億5700万年前に地表水が存在したことが確認され、その形成メカニズムに必要なのが火山の熱と地下の氷だけだったとすれば、地質活動によって引き起こされる水文現象は、現在の気候モデルが予測するより広範囲で、より最近まで発生していた可能性がある。火星のアマゾニア代は、一般に考えられているほど一様に荒涼とした時代ではなかったのかもしれない。
地球外生命の兆候を探す惑星科学者に、ユートピア平原の発見が示すことは明確だ。火星における液体の水の歴史は、まだ完全には解明されていない。重要な記録の一部は、古いノアキア代の湖底ではなく、砂の中に密閉された厚さ5〜10センチメートルの、はるかに新しい結晶層に残されている可能性がある。
■注目ポイントQ&A
●一次蒸発岩とは何ですか？なぜ祝融の発見が重要なのですか？
一次蒸発岩とは、濃縮され、蒸発または凍結しつつある水体から鉱物が直接結晶化してできた堆積物です。塩水の池が蒸発し、後に塩の結晶が残る現象に相当します。
火星でこれまで特定されていた硫酸塩鉱物は、いずれも二次蒸発岩でした。たまった水から直接析出したものではなく、既存の岩石内で後から起きた化学反応によって形成され、割れ目を埋めたり、堆積物を固めたりしたものです。
祝融が発見した結晶は、その大きさ、魚の骨状やクリスマスツリー状の特徴的な成長形態、スペクトルおよび化学的特徴の組み合わせから、後の変質ではなく塩水から直接析出したものだと高い確度で判断されています。一次蒸発岩は、形成時の水の化学的性質を保存する地質記録となり、大型結晶では元の水を微小な流体包有物として密閉している可能性もあります。
●流体包有物とは何ですか？火星の生命を実際に保存できるのでしょうか？
流体包有物とは、結晶が成長するときに内部へ閉じ込められた微小な液体のポケットです。地球上の透石膏では、こうした包有物が元の塩水に溶けていた塩、ガス、有機分子などを結晶構造内に密閉し、保存します。
2022年には、地球の蒸発岩層にある8億3000万年前の岩塩結晶の一次流体包有物から、微生物が保存されていたことが確認されました。密閉された蒸発岩鉱物が、祝融の堆積物の年代に匹敵する期間にわたって、生物由来物質を保護できることを示す事例です。火星に似た地球環境を対象とした複数の研究では、石膏がバイオシグネチャーを保存し得ることも示されています。
ただし、祝融が発見した結晶に流体包有物が存在するかどうかは、現在の搭載機器では確認できません。火星表面の環境に約7億5700万年間さらされた後も、生物学的な痕跡が保存されている保証もありません。それでも科学的に重要な可能性であり、これらの結晶を将来のサンプルリターン候補として重視する理由になります。
●祝融探査車はどうなったのですか？現在も稼働していますか？
祝融は2022年5月、ソーラーパネルに堆積した塵によって発電量が科学観測に必要な水準を下回ったため、消費電力を抑えた休眠状態へ入りました。2026年8月8日時点ではデータを送信していません。
今回の透石膏の発見は、祝融が休眠前に1,921メートルを走行した際に収集したデータを再解析することで得られました。中国は探査車の運用再開時期を発表していません。復旧にはソーラーパネル上の塵を除去できるほどの火星の風が必要ですが、原文が参照する最新のミッション情報の時点では、そのような事象は確認されていません。
●この発見は中国の「天問3号」サンプルリターンミッションにどのような影響を与えますか？
天問3号は現在、宇宙機の建造段階にあり、2028年の打ち上げと2031年のサンプル地球帰還を予定しています。成功すれば、火星の物理的な試料を地球へ持ち帰る初のミッションとなります。
祝融の発見は、どのような火星地形を対象とすることに高い科学的価値があるかを考えるうえで重要です。一次蒸発岩を含む場所へ到達できれば、後の化学的変質しか記録していない二次硫酸塩堆積物とは異なり、保存された塩水の化学的情報を持ち帰れる可能性があります。
今回の研究を行った香港大学の研究グループは、天問3号の着陸地点選定に参加する同大学のチームの一つです。この発見は、一時的な塩水活動の証拠を持つアマゾニア代の火山地形が、火星の生命居住可能性研究で従来重視されてきた古いノアキア代の湖底と同程度に、科学的に重要な対象となり得ることを示しています。
元記事: Zhurong Finds First Primary Evaporites on Mars: Crystals May Hold 757-Million-Year-Old Brine