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2021年2月、NASAの探査車パーサヴィアランスは火星に降りる直前、重さ77kgあまりのタングステンの塊を2個、機体から切り離して捨てました。塊はそのまま火星の地面に突っ込み、穴を開けています。それから5年半。軌道上の探査機が撮ったその穴を調べた研究チームが、火星の地面は従来の計算が示すよりずっと弱い、という結果を発表しました。捨てた部品が、あとから見れば条件のそろった衝突実験になっていたわけです。
論文は2026年9月、学術誌『Geophysical Research Letters』に掲載されました。筆頭著者はインペリアル・カレッジ・ロンドンのアレクサンドラ・ソコウォフスカさんです。
着陸の12分前に捨てられたタングステンの錘
捨てられた塊は「クルーズ・バランス・マス」と呼ばれる錘（おもり）です。火星へ向かう数か月のあいだ、探査機は姿勢を安定させるためにゆっくり回転しながら飛びます。錘はその回転の軸がぶれないよう、重さのバランスを取る役目を担っていました。
ところが大気圏に入る段階になると、この錘は邪魔になります。パーサヴィアランスを収めたカプセルは、少し傾いた姿勢で大気に入ることで揚力を生み、進路を調整しながら狙った場所へ降りる設計でした。傾かせるには重心をわざと片側へずらす必要があり、そのために錘を捨てます。材料にタングステンが選ばれているのは、鉄の2.5倍ほどの密度があり、小さくても重くできるからです。
着陸当日の記録によると、2個の錘は世界時20時28分、高度約1,250kmで切り離されました。このときの機体の速度は、火星に対して秒速約4.7km。錘が地面に届いたのはおよそ12分後で、パーサヴィアランス本体が着陸するより5分ほど前のことでした。地面への入射角は水平から約10度と、かなり浅い角度です。
2個の錘に対して見つかった5つの穴
落下地点は、着陸地のジェゼロ・クレーターの縁から北西へ約70km。かつて水が流れた跡とみられる、曲がりくねった谷が走る一帯です。研究チームは火星周回機マーズ・リコネサンス・オービターの2台のカメラの画像を調べ、ここに新しいクレーターを見つけました。着陸より前の画像には写っておらず、周囲に飛び散った噴出物もまだ新しい状態だったので、2021年の衝突でできたものと判断できます。
ただし、数が合いません。錘は2個なのに、穴は5つありました。
余分な穴の主は、クルーズステージとみられています。クルーズステージは地球から火星までの飛行を受け持つ部分で、重さは約540kg。カプセルより先に切り離され、大気中でばらばらになりながら落ちていきました。その破片のうち少なくとも3つが、錘と同じ一帯に届いたことになります。
では、5つのうちどれが錘の穴なのか。チームは着陸前にNASAが計算していた錘の落下予想範囲と穴の位置を突き合わせ、さらに穴どうしの距離、直径、噴出物の広がり方を比べました。同じ重さ・同じ形の錘が同じ条件で落ちたのなら、穴の大きさもほぼ同じになるはずです。実際、5つのうち2つは直径がほとんど一致していました。チームはこの2つを錘による穴、残り3つをクルーズステージの破片による穴と結論づけています。落下予想範囲には幅があるので、完全に確定したわけではありません。
下の画像は軌道から見た5つの穴の想像図です。実際の画像と位置の地図は、記事末尾の出典のページで見られます。
条件がすべて分かっている衝突の価値
火星には毎年のように新しい隕石クレーターができていて、その形から地面の性質を推定する研究は以前からあります。弱点は、ぶつかった側のことが分からない点です。隕石の大きさ、重さ、材質、速度、角度。どれも穴から逆算するしかなく、地面の性質と区別がつきません。
錘は違います。材質はタングステン、重さは77.5kg、形も設計図どおり。軌道も着陸チームが計算しています。分からないのは地面の側だけなので、穴の大きさと形から地面の性質をそのまま引き出せます。
この衝突が実験として使われたのは、じつは今回が初めてではありません。着陸当日、約3,450km離れた場所にいたNASAの着陸機インサイトが、錘の衝突で生じる地震波を地震計でとらえようと待ち構えていました。結果は検出なし。それでも、衝突のエネルギーのうち地震波に変わる割合は3%未満、という上限が得られています。同じ2個の錘が、今度は穴のほうから調べられたことになります。
公式では合わなかった地面の強さ
クレーターの研究には「スケーリング則」と呼ばれる定番の公式があります。ぶつかる物体の大きさ・速度と地面の強さを入れると、できる穴の大きさが出てくる式で、地上での衝突実験や爆発実験の結果をもとに作られてきました。
ソコウォフスカさんたちも、まずこの公式を使っています。2025年の学会で発表された予備的な見積もりでは、公式を穴の大きさに合わせると、地面の強さは50〜200キロパスカルという値になりました。
ところが、衝突の瞬間を3次元で再現する衝撃物理シミュレーションを回すと、結果が大きく変わります。浅い角度で突っ込むタングステンの錘と、すき間の多い火星の表土を計算機の中に作り、実際の穴を再現できる条件を探したところ、出てきた地面の強さは約7キロパスカル。公式から出した値の下限と比べても7分の1ほどしかありません。
食い違いの原因は、地面ではなく公式のほうにありました。スケーリング則が得意とするのは、岩石のような物体が、ある程度の角度をもって地面にぶつかる場合です。今回はぶつかる側が、地面の10倍を超える密度をもつ金属で、しかも水平に近い10度。こうした条件では、公式は穴を実際より大きく見積もってしまいます。大きすぎる予想を現実の小さな穴に合わせようとすれば、「地面が硬いから穴が小さい」という答えになるしかありません。シミュレーションが示したのは逆で、地面はむしろ弱かった、というわけです。紹介記事によれば、このずれは条件次第で1桁に達します。
着陸や建設の前提になる7キロパスカル
ここでいう強さは「凝集強度（ぎょうしゅうきょうど）」、つまり土の粒どうしがくっつき合って形を保とうとする力のことです。7キロパスカルは、1平方センチあたり70グラムほどの力に相当します。地球の大気圧の約14分の1。紹介記事は、指でつまめばつぶせる砂っぽい材料、と表現しています。
この値は、別の探査の経験とも合っています。インサイトには「モール」と呼ばれる杭（くい）のような熱流量計が積まれていて、自分で地面を叩いて5mまで潜る計画でした。しかし土が杭を締めつけてくれず、摩擦が足りなくて前に進めないまま、2021年に掘削は打ち切られています。そのときに見積もられた土の性質と、今回の値は矛盾しないと研究チームは述べています。場所も手法もまったく違う2つの調査が、同じくらいの弱さを示したことになります。
地面の強さは、今後の火星探査でそのまま設計の前提になる数字です。着陸機のロケット噴射がどれだけ地面をえぐるか。車輪がどこまで沈むか。重い設備や建物を置いたとき、土台がもつかどうか。どれも表土の強さで答えが変わります。
もちろん、今回分かったのはジェゼロ北西の1地点、それも表面近くの層の話です。火星全体が同じとは言えませんし、値そのものもシミュレーションで置いた仮定に左右されます。それでも、ぶつけた物の素性が完全に分かっている火星の衝突は数えるほどしかなく、その1つから具体的な数字が出た意味は小さくありません。
研究チームは、今後のミッションでも投棄される部品を衝突実験として活用することを提案しています。小惑星リュウグウに弾丸を撃ち込んだ「はやぶさ2」や、小惑星の軌道を変えたNASAの「DART」は、最初から狙って行った衝突実験でした。今回の例は、狙っていなくても、落とした物の記録さえ残っていれば同じことができると示しています。探査機が捨てていく錘やカバーは、これからは観測対象として数えられることになりそうです。
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画像について
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出典
論文：Sokołowska, A. J. et al. “Probing Subsurface Properties With Mission Hardware: Lessons Learned From Artificial Impacts of Mars 2020”, Geophysical Research Letters (2026) https://doi.org/10.1029/2026GL122337
2025年の学会発表（予備的な結果）：EPSC-DPS2025-1780
インサイトによる着陸時の地震波観測：Fernando, B. et al., Nature Astronomy (2021) https://doi.org/10.1038/s41550-021-01502-0
紹介記事：ScienceAlert “NASA Punched 5 Holes Into Mars. The Craters Revealed a Surprise.”（2026年9月19日）
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