火星の流星

内山茂男

1. はじめに

流星とは、ミリメートルサイズのダストが高速で地球大気に飛びこみ、 その大気分子との激しい衝突によってプラズマガスが発生し発光する現象です。ですから、大気がないといえる月や水星では、 流星は見られません。では、金星は大気がありますから流星が見られるでしょうか？ 金星の表面は500℃近い高温なので人類の着陸は無理でしょうし、 仮に着陸したとしても金星は厚い雲に全面が覆われていますから流星を見ることはできないでしょう。 では、火星はどうでしょうか？ 火星には薄いながらも大気があります。砂嵐（大黄雲）にならなければ晴れたままです。 火星大接近には直接関係ないのですが、この機会に、火星で流星が見えるのか、 見えるとしたらどのように見えるのかを検討してみました。 （これは、火星が“世紀の大接近”をした2003年に調べて書いたものです。）

2. 火星で流星は光るのか？

火星の大気圧には季節変動があります。極冠のドライアイスがとけると大気圧が上昇するのです。 それでも、多いときでも大気圧は地球の100分の1以下です。これは、流星が出現するのには薄すぎないでしょうか？ そこで、調べてみました。
この火星の地表の大気圧は、地球の大気で言えば高度35km前後に相当します。 地球で流星が出現する高度はだいたい100km前後で、このあたりの大気圧は地上の100万分の1から1000万分の1ですから、 火星の大気圧は流星出現には十分なのです。

火星面の大気圧が地球の高度35kmに相当するといっても、 火星の流星が地球より35kmほど低いところに出現するというわけではありません。 火星は地球よりも重力が小さく（地球の0.38倍）、大気圧の減少ペースは地球より小さくなります。 では、地球で流星が出現する大気圧になるのは、火星では高度何km程度でしょうか？ でも、火星の高層大気のデータは理科年表には載っていませんし、それ以外の文献でも見た事がありません。 そこで、火星大気は全てCO₂（実際は95％）、気温は地表付近も上空も‐100℃と仮定して、 火星の重力から高層大気圧を計算して求めてみました。その結果、地球の100kmの大気圧に相当するのは、 火星では80km程度ということがわかりました。地球との差は意外に少なかったのです。

3. 流星痕は？

明るく速い流星は痕を残します。１秒程度残る「短痕」は、酸素の禁制線による波長 557.7nm の発光です。 また、30秒以上残る永続痕は、酸化鉄 FeO がオゾン O₃や酸素原子 O と反応して発光を続ける現象のようです。 すなわち、どちらも酸素が重要な役割をしているのです。しかし、火星の大気には酸素がほとんどありません。 ということは、火星の流星では流星痕が見られないことになります。

実は、30秒以内で発光する永続痕には金属原子の輝線が多数見られます。この金属は流星物質起源でしょうから、 この永続痕は見られるかもしれません。また、火星の主成分は CO₂ですから、 流星物質と高速で衝突した際に酸素が生じるかもしれません。でも、やっぱり流星痕はかなり少なくなるでしょう。

4. 火球や隕石

火星軌道のすぐ外側は「小惑星帯」です。したがって、小惑星起源の火球や隕石の落下は地球より明らかに多いでしょう。 まぶしく光りながらゆっくりと落ちてくる火球は見ごたえがあります。
隕石として落下する条件として、「大気突入前の大きさが十分であること」と「大気への突入速度が遅いこと」があります。 大気への突入速度が速いと、比較的高い高度で溶発してしまい、隕石となりません。 火星軌道付近では、隕石の速度も地球より遅いものが多くなります （その理由は“6”に書いてあります）。 したがって、小惑星帯が近いこと以上に隕石は多くなるはずです。

さて、地球の場合、小さな隕石では落下するにしたがって空気抵抗で減速し、 高度20kmくらいから発光しなくなります（その後の落下を Dark Flight と呼んでいます）。 でも、火星の地表の大気密度は地球の35km付近くらいです。ということは、火星の隕石の落下では、 地表にぶつかる時まで光っているのかもしれません。これがすぐ近くに落ちてきたら、まぶしいでしょうね！ ぜひ見てみたいものです。 でも、発光するほどの速度で落下してくるということは・・・。アブナイ、アブナイ

5. 流星群はあるか？

多くの流星物質は彗星が放出したものです。周期彗星は太陽に何度も接近し、そのたびにダストを放出します。 そして、そのダストは母彗星と同じような軌道を公転していきます。この軌道が地球軌道と交差していると、 毎年そこに地球が突っ込み、多くの流星が見られます。これが流星群です。
現実はダストも彗星も惑星の引力で軌道が変化していくので、 母天体といわれるものと流星群の軌道が大きく異なるケースもあります。しかし、基本的には、 「周期彗星の軌道と地球の軌道が接近していると流星群が出現しやすい」といえます。 したがって、周期彗星と火星の軌道が接近するかどうかを調べると、火星での流星群の存在の見当がつきます。 そこで、今回は番号のついている周期彗星について計算して調べてみました。結果は表1 のとおりです。 比較のために、地球軌道に接近する周期彗星数も調べておきました。

※ 昇交点付近と降交点付近の両方で火星や地球の軌道に接近する場合は、2個と数えています。
※ 軌道傾斜角が小さい周期彗星の場合、昇交点や降交点からかなり離れたところで、最接近することがあります。

ところで、どの程度まで接近すれば流星群となるでしょう。 主要流星群の1つである10月のオリオン座流星群の母天体はハレー彗星ですが、地球との軌道間距離を計算したところ 0.146AU でした。 この群は彗星が大彗星であり、しかも対地速度が速い（＝流星が明るくなる）という好条件がそろっていますから、 これだけ軌道が離れていても主要流星群となりますが、 通常は軌道間距離が 0.1AU 以内でないと流星群としての出現は期待薄といわれています。 すると、地球の14個に対して火星は32個ですから、地球の2.3倍。0.050AU以内に接近するものも地球の3倍もあります。 したがって流星群の数も地球の2〜3倍はありそうです。これは、なかなか楽しそうです。

6. 火星流星群の特徴

軌道間距離 0.1AU 以内の周期彗星について、最接近時の対火速度と対地速度も求めてみました。 結果は表2のとおりで、火星の流星群は｢とてもゆっくり流れる｣ものが多いということがわかりました。

さて、遅いものが多いことの1番の原因は「地球軌道付近よりも火星軌道付近の方が、 惑星も彗星も公転速度がやや遅い」ということです。しかし、それだけでは 10km/s 以下の遅いものはできません。 地球の場合、第2宇宙速度が 11.2km/s です。すなわち、どんなに遅い流星でも、 地球の重力によって 11.2km/s 以上の速度に加速されてしまうのです。しかし、火星は重力が小さいので、 第2宇宙速度は 5.0km/s しかなく、流星もあまり加速されません。このため 10km/s 未満のものが6つもできてしまうのです。 この中で最も遅いものは 7.5km/s です。

でも、火星の流星群でも 50km/s を超えるものが１つあります。これは、逆行軌道であるハレー彗星による流星群です。 逆行軌道の場合、火星（または地球）と正面衝突に近い形で衝突するので、とても速くなります。 番号のついた周期彗星の中で逆行軌道を持つものは3つだけです。この中で火星軌道に近づくのは1つしかないのですが、 地球軌道には3つとも近づき、4つの流星群を形成しています（ハレー彗星は2つの流星群を形成）。 地球は速い流星群が偶然多いのです。

さて、もともと同じ質量のダストで比較すると、速いものの方が明るく光ります。 この明るさは速度の４乗程度に比例すると言われていますから、大変大きな違いです。 すなわち、遅い流星ではもともと大きなダストでないと見える明るさにまで達しません。 しかし、速い流星だと小さなダストでさえも見える明るさで光ることができるのです。 また、もともと同じダスト密度であったとすると、対火（対地）速度が速いほうがたくさんのダストがぶつかってきますから、 流星数も多くなります。この２つの効果が重なって、速い流星群の方が流星がずっとたくさん見えることになります。 見える流星数は、だいたい速度の4〜5乗に比例するでしょう。でも、火星では、ほとんどが遅い流星群です。 これらの流星群では、よっぽどダスト密度の高いところに火星が突っ込まないと、 見て楽しめるくらい多くの流星は見られないでしょう。

ということで、火星は、流星群の数は多くても、流星数の豊富な主要流星群は少なそうです。残念ですね。

7. 火星の主な流星群

(1) ハレー彗星による流星群

ハレー彗星は、地球にも２つの流星群を生み出しています。 太陽に向かってくる時の昇交点側で10月のオリオン座流星群、太陽から遠ざかる時の降交点側で5月のみずがめ座η流星群です。

さて、オリオン群を生み出す昇交点側では、地球には0.145AUまでしか近づきませんが、火星には0.055AUまで近づきます。 これはみずがめ座η流星群のときの地球との距離よりも近くなります。 速度は地球のオリオン群よりもやや遅い 53.8km/s になりますが、おそらくZHR50〜100クラスの立派な主要流星群なのでしょう。 出現は火星暦で2月16日頃(北半球の冬)、地球が11月15日頃にいる位置の外側に火星がいるときです。 輻射点の位置は右図のように、ふたご座にあります。

(2) 13P/オルバース彗星による流星群

火星軌道に最も近づくのがこの彗星で、その軌道間距離は0.0052AUしかありません。 これは、テンペル・タットル彗星（しし群の母彗星） やスイフト・タットル彗星（ペルセ群の母彗星）と地球の軌道間距離に匹敵します。 したがって、うまくいくと大流星雨が見られるかもしれません。彗星自体の大きさはテンペル・タットル彗星よりもずっと大きく、 スイフト・タットル彗星並です。周期が68年と長く、軌道傾斜角が44.7度と比較的大きいので、 惑星引力による軌道の変化があまり大きくないでしょう。したがって、安定した流星群を形成しているものを思われます。 速度は27.6km/s。輻射点位置は、右図のようにおおいぬ座にあります。

(3) 9P/テンペル第1彗星による流星群

この彗星は、近日点通過直後に降交点付近で火星軌道に0.010AUまで接近します。 彗星自体もしっかりとした彗星ですから、流星群活動が期待されます。 輻射点は宵の北の空に高く、時間とともに低くなって行きます。対火速度は9.0km/sと大変ゆっくりとした流星を流します。 そして木星族の彗星です。これらの特徴は、 地球に対する21P/ジャコビニ・ジンナー彗星 （10月りゅう座流星群 - ジャコビニ群 - の母彗星） ととてもよく似ています。現在の軌道は火星に大変接近しますが、木星の引力の影響で軌道は少しずつ変化するでしょうから、 うまくいくと大流星雨を見せるでしょう。ゆっくりとした流星が雪が降ってくるように出現するでしょうから、見たいものです。
テンペル第1彗星による流星群の出現はそれぞれ、火星暦の9月5日頃、地球の6月3日頃の外側にあたります。 輻射点はおおぐま座にあります。

(4) 45P/本田・ムルコス・パジュサコバ彗星による流星群

地球では「やぎ座α流星群」という流星群が7月末に極大となります。この流星群は出現数は少ないのですが、 ゆっくりと流れ、たまに爆発を伴う火球を出現させるので、印象に残る流星群です。この流星群の母天体は、 本田・ムルコス・パジュサコバ彗星だとも言われていました。その本田・ムルコス・パジュサコバ彗星は、 地球よりも火星に近づき、その軌道間距離は0.029AUしかありません。 対火速度は23.1km/sと火星の流星群としては、やや速い方（？）になります。 最接近は地球が7月26日にいる位置の外側で、輻射点の位置は右図のように、やぎ座にあります。 すなわち、地球のやぎ群とほぼ同じ時期に同じようなところを輻射点として出現するのです。 ただし、火星のほうが流星数はずっと多いでしょう。

※ やぎ座α流星群の母天体はいくつか候補がありはっきりしなかったですが、 その後169P/ニート彗星でほぼ確定したようです。

8. 最後に

人類が月面に降り立ってから34年。次は火星と言われつづけていますが、 実際に火星に有人飛行することができるのかどうかわかりません。ましてや、火星旅行ができる時代が来るのかなんて、 まったくわかりません。でも、火星旅行ができるようになったら“火星流星雨観測ツアー”もできるかもしれませんね。 あなたは、行きますか？

今回の計算において、彗星の軌道要素は天文年鑑2003年版に掲載されている値を使用しました。 彗星の軌道は、惑星の引力により少しずつ変化していきますので、ここに書いた値は参考値として見てください。

この文章は、私の所属する“さいたま☆天文同好会”の会報「まがたま」58号（2003年 9月発行） に掲載したものを、一部書き直したものです。