火星の南半球は地下まで熱かった——探査機の「軌道のふらつき」16年分が描いた温度地図

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火星の地下から、意外な報告が届きました。2026年8月26日付でNature誌に掲載された論文によると、火星のマントル——地殻と核のあいだに広がる分厚い岩石の層——は、南半球のほうが北半球より200〜400℃も熱いというのです。

200〜400℃というのは、家庭のオーブンの最高設定温度がまるごと収まるほどの差です。同じ惑星の中で、半球ごとにこれだけ温度が違うというのは、ただごとではありません。そしてこの温度差は、火星に昔からある大きな謎を解くための手がかりになる可能性があります。さらに注目したいのが、この温度差をどうやって突き止めたのかという点です。研究チームは火星に降り立つことなく、地下の温度を推定してみせました。順を追って見ていきます。

南北でまるで違う火星の姿

火星の地図を眺めると、すぐに気づく特徴があります。北半球と南半球で、地形がまるで別の惑星のように違うのです。

北半球は、低くて平らな土地が延々と広がっています。かつてここに広大な海があったのではないか、と考えられている場所です。いっぽう南半球は、標高が高く、起伏に富み、クレーターだらけの古い高地に覆われています。両者の標高差は平均で数キロメートルにおよび、地殻の厚みも南のほうが平均で25キロメートルほど厚いと見積もられています。

この極端な南北差は「火星の二分性（Martian dichotomy）」と呼ばれ、火星科学でもっとも古い未解決問題のひとつになっています。

決着のつかない二つの仮説

二分性の起源をめぐっては、大きく二つの考え方が対立してきました。ひとつは巨大衝突説。火星の歴史のごく初期に巨大な天体が衝突し、北半球の地殻を吹き飛ばした（あるいは南半球の地殻を厚くした）という筋書きです。もうひとつは内部起源説。マントルの中のゆっくりとした対流など、惑星内部のはたらきが片方の半球だけ地殻を厚くした、という考え方です。

どちらの説にも一長一短があり、何十年も決着がついていません。決め手に欠ける理由のひとつは、火星の内部そのものを調べる手段が乏しいことです。地球ならボーリング調査や世界中に張り巡らされた地震計のネットワークがありますが、火星に深い穴を掘ることはできません。NASAの着陸機インサイトが地震計を持ち込んで貴重なデータを残しましたが、観測できたのは着陸した1地点からだけで、ミッションはすでに終了しています。

もし地下の温度が南北でどう違うのかが分かれば、大きな手がかりになります。上に挙げた仮説はどちらも、地表の二分性に対応する「何か」が今も内部に残っている可能性を予言しているからです。しかし、火星全体の地下温度を測る方法は、これまでありませんでした。

探査機の軌道に残っていた答え

研究チームが目をつけたのは、火星のまわりを回り続けてきた3機のNASA探査機——マーズ・グローバル・サーベイヤー、マーズ・オデッセイ、マーズ・リコネッサンス・オービター——の追跡データでした。地球のアンテナ網が電波でこれらの探査機の動きを追った記録が、あわせて16年分残っていたのです。

なぜ探査機の軌道記録から地下の温度が分かるのか。理屈はこうです。

火星は太陽のまわりをやや潰れた楕円軌道で回っていて、自転軸も傾いています。そのため季節によって太陽との距離や向きが変わり、太陽の重力で引き伸ばされる度合いが周期的に変化します。海のない火星でも、岩石の惑星そのものがごくわずかに変形するのです。これは地球の潮の満ち引きと同じ「潮汐（ちょうせき）」と呼ばれる現象です。

ここからが肝心なところで、この変形の仕方は、内部の岩石の硬さによって変わります。そして岩石は、熱いほど柔らかくなります。つまり変形のパターンには、地下の温度分布が刻み込まれているわけです。惑星が変形すれば重力のかかり方が変わり、重力が変われば、まわりを回る探査機の軌道がわずかにふらつきます。そのふらつきを長期間にわたって精密に読み取れば、逆算で内部の様子を描き出せる——この手法は「潮汐トモグラフィー」と呼ばれます。病院のCTスキャンが、体を切らずにいろいろな角度からのX線の通り方から断面図を組み立てるのと同じ発想で、探査機の軌道という「外から見える情報」だけで内部を透視するのです。

16年分のふらつきを解析した結果は、はっきりしたものでした。火星の変形の仕方は、内部が均質だと仮定した場合の予測から大きく外れており、そのずれは、マントルの岩石の硬さが南北で20%以上違うとすれば説明がつきました。しかも硬さが低い（＝熱い）領域の広がりは、地表の南の高地とぴったり重なっていたのです。この硬さの違いを温度に換算したものが、冒頭の200〜400℃という数字です。

つまり、火星の南北差は地表だけの話ではなく、深さ1500キロメートル余りにおよぶマントルまで貫いていた——それが16年分の軌道記録から浮かび上がった答えでした。共著者でブラウン大学の惑星科学者ニック・ワグナー氏は、結果があまりに鮮明だったことに驚いたと語りつつ、火星は何もかもが南北の大きな差に支配されているように見える惑星なので、それがマントルにまでおよんでいても不思議はないのかもしれない、とも述べています。

温度差が示すもの

では、なぜ南のマントルだけが熱いのでしょうか。論文は二つの候補を挙げています。ひとつは、南半球の地下でマントルの対流——熱い岩石がゆっくりと湧き上がる流れ——が今も続いているという可能性。もうひとつは、南の分厚い地殻が毛布のような断熱材となって、内部の熱を何十億年も逃がさずに閉じ込めてきたという可能性です。現時点では、どちらとも決められていません。

注意したいのは、これで二分性の謎が解けたわけではない、という点です。ワグナー氏自身、この研究が答えを出すものではなく、火星の地下で何が起きているのかを突き止めるための証拠の線を1本増やすものだ、と釘を刺しています。今回の結果は巨大衝突説を否定するものでもなく、論文では、初期の巨大衝突がまず南北の違いを生み、その後の断熱や対流が温度差を育てた、という合わせ技のシナリオも検討されています。

それでも、火星の内部にこれほど大きな南北差が「現在も」残っていると分かった意味は小さくありません。潮汐トモグラフィーはこれまで地球と月に使われてきましたが、火星への適用は今回が初めてです。着陸機を送り込まなくても惑星の内部を探れるこの手法は、論文の言葉を借りれば、今後の惑星探査の強力な道具になりえます。木星の衛星ガニメデや土星の衛星エンケラドスなど、内部に大きな偏りを持つと見られる天体への応用も見込まれています。日本でも、火星の衛星フォボスからのサンプルリターンを目指すJAXAのMMX（火星衛星探査計画）が2026年の打ち上げを予定しており、火星とその周辺の探査はこれからも続いていきます。

解釈上の留意点

今回の結果は、地下を直接測ったものではなく、軌道データからの間接的な推定です。研究チームはその点に自覚的で、たとえば測定の誤差をあえて15倍に膨らませて扱うなど、控えめに見積もる姿勢を貫いています。それでも南北差ははっきり残った、というのが論文の主張です。

また、岩石の硬さの違いは温度だけで決まるわけではなく、成分の違いも影響します。論文の解析では、南のマントルは温度が高いことに加えて、鉄をわずかに（最大5%ほど）多く含んでいる可能性も残されています。温度差の200〜400℃という数字も、マントル全体を平均した値であり、深さごとの細かい分布までは分かっていません。このあたりは、今後の専用ミッションや別の観測手法による検証を待つことになりそうです。

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出典

Berne, A. et al. “Tidal tomography reveals a thermal anomaly beneath Mars’s crustal dichotomy” Nature 656, 848–853（2026年8月26日、オープンアクセスで全文無料）
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10893-x

404 Media “Scientists Discover Vast Underground ‘Anomaly’ on Mars”（Becky Ferreira、2026年8月26日）
https://www.404media.co/scientists-discover-vast-underground-anomaly-on-mars/