宇宙時代のほとんどの期間、月は水のない世界だと考えられてきました。 しかし近年、月の極地にある大きなクレーターなど、月の少なくとも一部の場所には水が大量に存在することが、着実に発見されています。
このタイミングは、NASAをはじめとする宇宙機関が野心的な有人月探査、さらには月面着陸を計画していることを考えると好都合です。
A Possible Sky-High Signal of Sun-Warmed Water
NASAの成層圏赤外線天文観測衛星(SOFIA)が収集したデータから、初めて月の水の匂いがしてきました。
2018年8月下旬、NASAゴダード宇宙飛行センターのポスドク研究員でハワイ大学マノア校の研究者であるケイシー・ホンニボール氏率いるチームは、SOFIAに搭載された赤外線観測装置を使って、太陽に照らされた月面を調査しました。 わずか10分ほどの観測で、月の大クレーター「クラビウス」付近の高南緯の領域に焦点を当てたところ、クレーターとその周辺から波長6ミクロン（μm）の赤外線が強く放射されていることがわかりました。 太陽で暖められた月面の何かが、分子の水（H2O）と同じように、吸収した放射線を再放出していたのです。
「月にとって妥当な物質で、6μmに単一のスペクトル特徴を示すものは、H2O以外に知られていません」と、Honniball氏らの研究者は新しい論文で報告しています。 著者らは、この水と思われる物質は、自然に発生した火山ガラスの中に蓄えられているか、微小な岩石の塵に挟まれている可能性が高いとしている。 いずれの場合も、月の表面の極端な温度と真空に近い状態を遮蔽することができ、水を持続させることができます。
SOFIAの使用は、月の科学にとって新しく、ユニークなアプローチであるとホンニボール氏は言います。 G・R・ハントやJ・W・ソールズベリーの大気球観測でも、このスペクトルの特徴は確認されていたという。 しかし、ハントとソールズベリーは、1969年に発表されたその研究に関する論文の中で、このことには一切触れていません。 その代わりに、月面の鉱物の特徴を調べることに専念していた。 “
A Glass Half-Full
HonniballらはすでにSOFIAでのフォローアップ観測のための時間を確保している。 “月の大部分をマッピングして、水の挙動を明らかにしたいと考えています。 “月の大部分を観測し、水の挙動を明らかにしたいと考えています。
そしてそれは、この発見された水がいつかどれほど役に立つかを世界に伝えることにもなります。 水が岩石粒子の表面に主に存在する場合は、抽出は簡単です。月の土をすくい上げて適度に加熱すればよいのです。
「SOFIAで見た水が、ガラスを溶かすほどの量なのかどうかは、今のところよくわかりません」とホンニボールさん。 “
アポロ17号のクルーとして月面を歩いた唯一のプロの科学者であるジャック・シュミット氏は、SOFIAの測定結果は真の分子状の水ではなく、もっと脆くて一時的なものである可能性があると言う。 “
そのような反応の産物の1つが水酸基であり、水よりも水素原子が1つ少ない分子である。
SOFIAの信号の背後にある物質が何であるかにかかわらず、シュミット氏は、基本的な化学反応により、骨のように乾燥した月の物質からも水分を引き出すことができるはずだと指摘する。 “水素を含むレゴリスを数百度に加熱すれば、水素の一部がケイ酸塩中の酸素と反応して、月のほとんどの場所で水が生成されるでしょう」と彼は言います。
小さな影、大きな可能性
SOFIAの研究と同時にNature Astronomy誌に掲載された別の論文では、月の恒久的な影の部分の分布が増加していることに注目しています。これはコールドトラップと呼ばれる太陽光の当たらない場所で、極低温によって水が実質的に無期限に凍結して封じ込められ、地質学的な時間をかけて大きな堆積物になる可能性があります。
科学者たちは何十年も前から、このような月の領域に水が溜まっている可能性を研究してきましたが、これまでの研究は、月の極にある巨大なクレーター内の大きなコールドトラップに焦点を当てていました。 しかし、今回の結果は、コールドトラップの大きさを直径1cm程度まで広げることができた。 コロラド大学ボルダー校の惑星科学者ポール・ヘイン氏率いるチームは、NASAのルナ・リコネイサンス・オービターの高解像度画像を分析し、このような「ミクロ」のコールドトラップが、これまでよく研究されてきた月の極付近の大型コールドトラップよりもはるかに多く存在することを発見しました。
「新たに発見された微小なコールドトラップは、月で最も多く、これまでにマッピングされたコールドトラップの数千倍もあります」とHayne氏は言います。 “
ただし、実際の氷の含有量を正しく評価するには、ロボットや宇宙飛行士によるその場でのサンプリングが必要だと付け加えています。 “しかし、ロボットや宇宙飛行士によるその場でのサンプリングが必要であり、実際の氷の含有量を正しく評価する必要があると、Hayne氏は付け加えています。「マイクロコールドトラップの最大の魅力は、より多くの人がアクセスできるということです。 太陽の光を浴びた宇宙飛行士が、危険なほど冷たい影に手を伸ばして氷を掘り出すための道具を、快適かつ安全に使用できる場所に存在しているからです。
とりあえず、微小なコールドトラップの価値をさらに判断するために、ヘインたちは「Lunar Compact Infrared Imaging System」と呼ばれるハイテクカメラを使用する予定です。このカメラは、早ければ2022年にNASAの「Commercial Lunar Payload Services」プログラムの最初の南極着陸船ミッションで月に向かう予定です。
Ground Truthing
SOFIAとマイクロコールドトラップの研究は、歓迎すべきニュースです。
明らかに、月面では水に簡単にアクセスできるほど、その場で水を採取し、当面の探査活動を維持するために使用する機会が増えると言います。 将来的には、月の水が資源として開発されれば、ロケット燃料やその他の貴重な消耗品の原料として、地球外の経済全体に火をつけることになるかもしれません。
コロラド州ゴールデンにあるColorado School of MinesのCenter for Space ResourcesのディレクターであるAngel Abbud-Madrid氏も、今回の発見から続く最も重要な次のステップとして、直接測定を挙げています。 “今必要なのは、月面に触れて詳細なグランドトゥルースを収集することです。 “水氷の存在だけでなく、その形態、濃度、分布、存在量を確認することは、既存の探査計画や資源利用計画を進める上で必須です」
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