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新たな研究によると、月面には270兆キログラムもの膨大な量の水が存在するかも知れない

月面の謎のガラスビーズが、将来の宇宙飛行士がどのようにして月のような不毛の地で生き延びるか、そして太陽系がどのように進化しているかを理解するための手がかりとなる可能性がある。

Nature Geoscience誌に掲載された新しい研究によると、過去数十億年にわたる隕石衝突によって形成された月面のガラスビーズが、水の存在を示唆している事が明らかになった。中国の研究者を中心としたチームは、これらのビーズの縁と中心部が異なることから、太陽から降り注ぐ微粒子が短期間で水を補充している可能性があると考えている。

約15年前まで、月は「乾燥した無人の場所」と考えられていたが、最近の宇宙機や実験室の研究によって、特に環境が寒い月の極地に水が存在することが示唆されている。NASAは、アポロ以来初めて月面に降り立つ場所として、月の南極を目指している。

月に存在するガラスビーズは、隕石の衝突により、鉱物が気化し、数十〜数百マイクロメートルのガラス状の粒子になることで形成されるのが普通だ。

そして、月の水の大部分は、太陽風によって生成されることが分かっている

このビーズに含まれる水の貯蔵庫は、月の水循環に重要な役割を果たす可能性があると、この最新の研究の研究者は述べている。宇宙空間で失われた水の一部は、アモルファス衝撃ガラスに蓄えられた水によって補充されるというのだ。

WaterCycle
月面での水循環の想像図 (He et al., Nature Geoscience , 2023)

今回、研究者らが調査したビーズは小さく、いくつかの色が見られる。「これらの衝撃ガラスビーズは、透明なガラスや黒、緑、オレンジのガラスビーズなど、さまざまな色があります」と、中国南京大学の研究者であるHejiu Hui氏は、Invers誌に語っている。

これらのビーズは、中国の嫦娥5号宇宙船で数年前に入手された月のサンプルに含まれていたものだ。2020年の短いミッション中に、月の土が地球に届けられた(嫦娥は、中国の月の女神の名前だ)。

この2キロの月の物質は、アポロ計画以降初めて地球に持ち帰られた月の岩石サンプルであり、収集された中で最も若い月の岩石だ。

ビーズの縁には、太陽風が関与していることを示唆する化学的な特徴が含まれている。

チームは、太陽風が月の水(H2Oの「H」は水素)を作るために必要な水素を供給し、水素が表面の酸素と反応してできた水がビーズに入るものと述べている。これは、太陽風が月の水を形成する役割に関する以前の研究結果を補強している。

GlassBeads
分析中のガラスビーズ (He et al, Nature Geoscience , 2023)

「ビーズの縁にある水の水素同位体組成は、太陽風の水素同位体組成に似ています。この類似性は、縁の水が太陽風から由来することを示唆しています」と、Hui氏は語る。

ビーズの縁にはたくさんの水があるが、中心部にはほとんど水がない。これは、ガラス中に水が拡散していることを意味し、その情報をもとに、科学者たちは水が内部に移動する速度を計算することが出来る。

彼らは、月面のガラスビーズに水を導入するプロセスが非常に速いことが有益であることを発見した。このことは、英国のオープン大学の惑星科学と探査の教授Mahesh Anand教授も、Inverse誌に同様に語っている。「このタイプの水プロファイルが月のガラスビーズに発達し、月の地質学的記録に保存されるまでには、数年しかかかりません」と彼は語ります。

Hui氏は、この発見が重要であると考えており、月面の水が短期間で「再充電」されることを示しており、月の水循環に影響を与える可能性があると述べてる。

この研究は、月面の水が、隕石の衝突のような撹乱によって表面から物質が弾き飛ばされたときに消えているのではないという希望を与え、太陽風によって月面の水が補充されることを示すより多くの証拠を示している。そして、月面における氷の存在は、将来の宇宙飛行士が地球から持っていかなくてもよい現地資源を提供していることを示唆している。水は飲み物として使われるだけでなく、酸素は呼吸にも使われる。また、氷は燃料源にも変換できる。

「水は、惑星表面の持続可能な探査を可能にするための最も求められる資源であるため、月面近くで水がどのように生成、貯蔵、補充されるかを知ることは、将来の探検者にとって非常に有益です」とAnand氏は語っている。

さらに、Anand氏は、月の水循環や太陽風が水を補充する役割について学ぶことが、太陽系の起源や現在の進化に関する天文学者たちの理解を深めることができると付け加えている。

太陽風による水の再充填機構が明らかになったことで、月面に存在する水資源の利用がさらに現実味を帯びてきている。この発見は、宇宙飛行士が持続可能な探査を行う際に、月面で利用可能な水や酸素、燃料を提供する可能性があることを示している。


論文

参考文献

研究の要旨

過去20年間の月探査により、月表面には大量の水が検出された。月の土壌の深部には水和層が存在し、月の水循環をグローバルに支えていると提唱されている。しかし、この水和層の貯水池はまだ特定されていない。ここでは、嫦娥5号が採取した月の土壌から抽出した衝撃ガラスビーズ中の水の存在量、水素同位体組成、コアからリムへの変化について報告する。衝撃ガラスビーズは水和シグネチャーを保持し、太陽風由来の水の内方拡散と一致する水存在量プロファイルを示す。このような短い拡散時間は、月表面の水循環を維持する効率的な水涵養メカニズムを示唆している。私たちは、月土壌中の衝撃ガラスビーズが保持する水の量は、2.7×1014kgに達する可能性があると推定している。この月面の水の貯留量を直接測定した結果、衝撃ガラスビーズが月面で太陽風由来の水を大量に貯留できることがわかり、他の空気のない天体でも衝撃ガラスが水の貯留場所となる可能性が示唆された。

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