私たちは月の洞窟に住むことができます。それはどんな感じでしょうか？

1902 年の無声映画「月世界旅行」は、世界初の SF 映画とよく言われます。約 12 分間のシュールな物語で、魔法使いのような格好をした陽気な「天文学者」たちが、巨大な砲弾に乗り込み、非常に大きな大砲から発砲して月を訪れます。

目的地に不時着すると、宇宙飛行士たちはキノコだらけの洞窟に降りて行きます。彼らは月の昆虫人間に捕らえられ、さらに地下深く、月に住む人々の王の宮廷に連れて行かれます。しかし彼らは脱出し、急いで地球に降り立ち、その過程で昆虫人間の一人を誘拐し、海に落ちていきます。

もちろん、私たちは文字通り月へ撃ち込んで人類を月に送り込むわけではありません (少なくとも直接は)。また、月面の下には人類との最初の接触を待っている生物もいません。しかし、その旅は少なくとも 1 つの点では正しかったのです。月には洞窟があるのです。

月についてはまだよくわかっていないが、将来の宇宙探検家にとって魅力的なターゲットとなるには十分だ。実際、いつか月の洞窟が私たちの住居になるかもしれない。洞窟は、月面の住人を襲うであろう自然環境から私たちを守ってくれるかもしれない。そして、ミッション計画者らはすでに、私たちの太古の兄弟である月で住居探しの遠征を計画している。

月の洞窟に住むなら、自分の住む場所についてよく理解しておいた方がいいでしょう。地球の洞窟の多くは浸食によって形成されますが、空気や流水のない月ではそれは不可能です。その代わり、月の洞窟は火山によって形成されます。

熱い溶岩がはるかに冷たい地表に噴出すると、最初に冷えるのは外側です。溶岩流の外側が固まると、火成岩のエクレアの中身のように、内側は溶けたままになります。あるいは、熱い溶岩が周囲の岩にトンネルを掘ることもあります。いずれにしても、残った溶岩が流れ出ると、空洞の通路が残ります。科学者は、その結果できた洞窟を溶岩洞と呼んでいます。

地球上では、アイスランド、済州島、東アフリカ大地溝帯などの火山地帯で溶岩洞窟を見つけることができます。ほとんどは長くても 1 マイルか 2 マイルですが、すべてがそうというわけではありません。ハワイ島にあるカズムラ洞窟は少なくとも 40 マイルの長さがあり、場所によっては幅が 65 フィートを超えます。オーストラリアのクイーンズランド州にあるウンダラ溶岩洞窟の中には、100 マイル以上も曲がりくねったものもあります。

しかし、月の火山が活動していたときは、別の法則が働いていた。「月は過酷な環境です」とバッファロー大学の火山学者、トレイシー・K・P・グレッグ氏は言う。「もし私たちが（火山を）月に落としたら、この過酷な環境のせいで、違ったものが見えるでしょう。」

2週間続く月の夜の極低温に噴出した溶岩は、はるかに速く冷え、溶岩洞の形成を助けます。また、月の溶岩は一般に地球の溶岩よりも流動性が高く、より速く流れます。

2つの世界の間には他にも違いがあり、月の洞窟は地球の洞窟とは別物となる。例えば、月の重力は地球の6分の1で、月面上の物体は地球と同じ引力に耐える必要がないため、構造が異なっている。月の岩石の多くは浸食を受けないという恵まれた環境にあるため、月の洞窟は地球よりも丈夫な建築材料で作られている可能性もある。

「水はありません」とブラウン大学の科学計算コーディネーター、デビッド・ブレア氏は言う。「海も川も雨もありません。そのため、[月の]岩石はより強く、より長い期間にわたって、より無傷のまま保たれます。」

これらの要素を合わせると、月の溶岩洞は地球上の最大の溶岩洞よりも大きい可能性がある。ブレア氏はパデュー大学の大学院生だったとき、溶岩洞が理論上どれだけ大きくなるか計算した。同氏の研究によると、月の溶岩洞は直径約3マイル、つまりマンハッタン島が楽に入るほどの広さになる可能性がある。

ブレア氏の研究は、アポロ計画から半世紀が経過した現在でも、月の溶岩洞がどのような働きをするのかについて、私たちは実はあまり知らないことを示している。

「70年代には、根拠のある推測がいくつかなされましたが、それらは月の物質に関する時代遅れの知識に基づいていました」とブレア氏は言う。「それにもかかわらず、人々は何十年もの間、それらの数字を引用し続けて来たのです。」

それでも、科学者たちは溶岩洞の痕跡と思われるものを見ることができる。例えば、月の表面には科学者たちが「うねる溝」と呼ぶ蛇行した溝の縞模様がある。（アポロ15号は1971年にこのうねる溝の1つに着陸した。）一見すると、何百マイルも蛇行する川床のように見えるかもしれないが、ここでも水はない。

曲がりくねったリルがどのように形成されたかについては、まだ科学的なコンセンサスはないが、1つの説では、リルは溶岩洞として始まり、しばらくしてその天井が崩壊して水路になったとされている。もしそれが本当なら、観察は確かにその説を裏付けることになる。「曲がりくねったリルが崩壊した溶岩洞だと考えるなら、それは地球上の溶岩洞よりもはるかに長く、幅も広いことになります」とグレッグ氏は言う。

科学者たちがより決定的な証拠を発見できたのは、かぐや探査機のおかげでした。かぐやは、正式には月周回衛星（SELENE）として知られる不格好な直方体で、2007年に宇宙航空研究開発機構によって打ち上げられ、月の重力場を測定し、月の表面を観測しました。マリウス丘陵と呼ばれる古代の火山の険しい地形を眺めながら、かぐやのカメラの1つがボーイング747ほどの大きさの珍しい穴を捉えました。

科学者たちは、その影の角度から、穴は幅よりも深さが深いと結論付け、それが衝突クレーターである可能性をほぼ排除した。また、穴は火事の歴史を持つ土地にあったが、火山噴火の兆候となる特徴的な灰や溶岩流は見られなかった。

すると、もう一つの興味深い可能性が浮かび上がりました。もしこの穴が、実は天井が崩れてできた洞窟への天窓のようなものだったとしたらどうでしょうか。

科学者たちは、この最後の考えをすぐに受け入れた。「これらの崩壊した穴は、埋もれていた溶岩洞が表面に現れたものだという考えに、[溶岩洞]コミュニティの誰もが納得していると思います」とグレッグ氏は言う。

NASA の月探査機 LRO は 2011 年にこの穴を再訪しただけでなく、他にも多数の穴の証拠を発見しました。研究者たちは現在、少なくとも 12 個の穴を特定しています。LRO から数年後、GRAIL ミッションは月の重力場に少なくとも 10 個の微妙な窪みを発見しました。研究者たちは、それらは幅 0.5 マイルを超える地下洞窟の痕跡だと考えています。そうであれば、それは溶岩洞であり、地球上のどの洞窟よりもずっと大きいことになります。

しかし、科学者たちはまだ月の溶岩洞内部の画像を見ていないため、それを見るまでは何ができるか完全にはわからない。「大きさ、長さ、範囲は不明です」と、ドイツのブレーメンにあるヤコブス大学の地質学者アンジェロ・ピオ・ロッシ氏は言う。

しかし、私たちがそれらについてあまり知らないからといって、私たちがそれらについてさらに深く調べる準備をしていないということではありません。月の溶岩洞を人間の居住地として利用するというアイデアは、まったく新しいものではありません。少なくとも 1980 年代から存在しており、科学者がそもそも溶岩洞を探査したかった大きな理由の 1 つです。

しかし、人類が再び月へ戻ることになった今、計画通りに進めば永久に月へ戻ることになるため、このアイデアに対する関心が新たな高まりを見せている。

地表では、地下での生活は文字通り魅力的です。月面で生活したいなら、宇宙がもたらすさまざまな危険に対処しなければなりません。大気がなければ燃え尽きない小さな隕石の絶え間ない衝突に直面することになります。また、月には、降り注ぐ放射線の多くを遮断できるほど強力な磁気圏がありません。また、月面の気温は日中は水を沸騰させるほどに高くなり、夜は極低温にまで下がります。

一方、洞窟に住めば、そうした危険から身を守るための備えが整います。溶岩洞では頭上に岩の層があるため、宇宙の岩石や電離宇宙線から守られます。また、絶えず変化する日光や影から離れているため、急激な温度変化を心配する必要はほとんどありません。

地下に住むことで、月人は貴重な水源である地下の氷床に簡単にアクセスできるかもしれない。月での生活がどれだけ楽になるかは、言葉では言い表せないほどだ。地球から貴重な水を輸送するという、費用のかかる事業を心配する必要がなくなるからだ。

しかし、もう一度言いますが、月の洞窟が実際にどのようなものかはわかりません。私たちはその内部を見たことがないのです。では、温度と放射線レベルが十分に安全であることを確認することに加えて、私たちは何を知る必要があるのでしょうか?

「家を買うのと似ています」とグレッグ氏は言う。「倒れそうな家を買いたくはありません。むしろ、もし買うなら、そのことを知った上で家を購入し、まず修理してから引っ越すでしょう。」

彼女によると、まず第一に、家が安定していることを確かめたいと思うのは当然だ。洞窟に家を建てようとして頭に瓦礫が落ちてくるようなら、洞窟に住むのは得策ではない。地球の溶岩洞は天井が薄くて脆い傾向がある。月の溶岩洞は理論上はもっと大きくて脆くないかもしれないが、まだ確証はなく、洞窟ごとに異なるだろう。

また、たとえ滞在期間が短くても、快適に生活できるだけの十分なスペースがあることを確認したいだろう。「誰もまっすぐ立つことができないのなら、多くの宇宙飛行士を2か月間生活させるために送り込むことはできないでしょう」とグレッグ氏は言う。繰り返しになるが、理論上は十分な大きさの月面洞窟が存在するが、まだその大きさを測ったことはない。

しかし、これらの要件を満たすことができれば（そして現時点でわかっている限りでは、満たせない兆候はない）、準備は万端だ。「適切なチューブ システムを見つけることができれば、そこは人間が住むのに容易な場所になると思います」とグレッグ氏は言う。「月面のプレハブ住宅です。」

適切な洞窟システムが存在するかどうかはまだわからないが、月の地下住居を探す前に、次善策としてロボットを使って洞窟に潜ることができる。ジェット推進研究所（JPL）の研究員アリ・アガ氏は、実際にそのような洞窟の探査は「NASA​​の次のフロンティアの一つ」だと語る。そして過去10年間、ミッション計画者は溶岩洞窟を自律的に探査するアイデアを数多く提案してきた。

しかし、このような地下ミッションを計画するには、これまでほとんどの宇宙探検家が直面したことのない物流上のハードルを乗り越える必要があります。地表にないものとどうやって通信するのか？太陽光が届かない探査機にどうやって電力を供給するのか？そして、実際にどうやってそこにたどり着くのか？

洞窟探検の取り組みは、2019年に欧州宇宙機関（ESA）が提案の募集を発表したことで、急速に前進した。5つの異なるグループがESAに計画を提出し、それぞれがテザーローバー、ロボット群、重力測定器など、異なるアイデアでこれらの問題に取り組んでいた。ESAは現在、その5つを2つに絞り込み、現在はより高度な研究を行っており、2つのグループがそれぞれ1つのミッションの異なる側面に取り組んでいる。

あるグループは溶岩洞に入る方法に注目している。彼らの解決策は、クレーンを使って天窓の端に支え、そこから探査機を洞窟内に降ろすというものだ。接続ケーブルは探査機へのリンクとしても機能し、探査機に電力を供給し、地表やその向こうの地球と通信できるようにする。

月面にクレーンを設置した人は誰もいない。また、月面は重力が低く、大気も存在しないため、クレーンの動作も異なる。しかし、このミッション以外にもクレーンを建設する理由はある。クレーングループのメンバーで、スペイン・ガリシア州ビーゴ大学の機械工学教授であるフェルミン・ナバロ氏は、「このような建設技術は、将来の人類基地建設に不可欠となる可能性がある」と語る。

ダイダロスと呼ばれるこの探査車は、ダイダロスを球体として想定する第2グループの担当だ。これまで他の惑星に球体探査車があったことはないが、その形状は洞窟の探査に特に有利だ。球体探査車は、自身の体に遮られることなく、下を含むすべての方向を見ることができる。

「私たちは、月面のピットを降りる際や月面で作業できるロボット要素を持つという基本的なアイデアに非常に迅速に収束しました。ただし、探査車の大きな胴体による視界を必ずしも犠牲にする必要はありません」と、探査車グループのメンバーである地質学者のロッシ氏は言う。

ダイダロスは天窓から降りてくると、周囲の画像を撮影し始める。科学者たちはこれによって月の地下世界を垣間見るだけでなく、壁の安定性や内部の物質を知ることができる。探査車はライダーで洞窟をスキャンし、暗闇の中でも洞窟の地図を作成し、その広さを判定できる。またダイダロスは温度と放射線を測定するセンサーを搭載する。

重要なのは、これはまだ概念研究に過ぎないということだ。そこから生まれるものが、発射台の光を見るのはまだ遠い。最初のハードルは、数週間後に ESA が、月に関する長期計画に従って、この概念を追求する価値があるかどうかを決定することだ。「実現可能であれば、継続します」とナバロ氏は言う。すべてが順調に進めば、この ESA ミッションは 2030 年代初頭に打ち上げられる可能性がある。

それまでは、地質学者は地球上の溶岩洞を観察することで、何が期待できるかを推測することができます。そのような類似例を訪問することで、科学者は溶岩洞全般について、つまり溶岩洞がどのように形成され成長するかについてさらに詳しく知ることができるだけでなく、将来他の惑星で使用する可能性のある機器をテストすることもできます。狭く曲がりくねった環境でロボットを操縦する練習をしたり、空から離れた探査機に動力を与えて通信を試したりすることもできます。

たとえば、ダイダロス チームは以前、カナリア諸島のランサローテ島で調査を行っていた。ロッシ氏によると、そこの洞窟は月の溶岩洞の類似物として特に適しているという。火山は非常に若く、洞窟には土や植物がほとんどないからだ。

地球の反対側では、NASA のプロジェクト「BRAILLE」の一環として、ロボットがカリフォルニアのラバベッド国定公園の溶岩洞を巡り、生命の兆候を探っている。ここで試験運用されているロボットは、JPL の科学者やエンジニアを含む国際グループ「Team CoSTAR」の研究成果に基づいている。

「私たちは、車輪式、空中、無限軌道式など、さまざまな種類のロボットをテストする機会を得ました」と、Team CoSTARのリーダーであるアガ氏は語る。

このチームは、ロボットがトンネル、地下都市、そして洞窟などの模擬地下世界を進む、現在も行われているコンテスト、DARPA SubT チャレンジに参加するために結成されました。しかし、彼らの望みは地球の大気圏をはるかに超えており、このチャレンジを通じて学んだことを他の惑星での将来のミッションに応用したいと考えています。

特に、Team CoSTAR の取り組みは、自律性と人工知能に重点を置いています。彼らの技術により、将来的には洞窟ロボットが地上管制に頼ることなく、自ら判断できるようになるかもしれません。それは理にかなっています。探査機が到達困難な場所にある場合、探査機に仕事の一部を自ら行う力を与えてみてはいかがでしょうか。

NASAエイムズ研究センターの研究員でBRAILLEのリーダーであるジェニファー・ブランク氏によると、探査車はすぐに自力で洞窟の地図を作成し、探索できるようになるという。また、氷床や有望な生息地など、興味のある地点を自分で選ぶこともできる。

洞窟生活に備えてさらに一歩踏み込んだ準備をしている人々もいる。アイスランドでは、学生グループが月の溶岩洞を模した居住空間を建設しようとしている。ESA は CAVES と呼ばれるプログラムを実施しており、世界中の宇宙飛行士を洞窟内で訓練する。CAVES は宇宙飛行士にさまざまな恩恵をもたらす。狭い居住空間と隔離されたトンネルは、国際宇宙ステーションでの長期滞在に宇宙飛行士を準備させる。

人々が探検したいのは月の洞窟だけではありません。結局のところ、溶岩洞は月に限ったものではありません。同様の洞窟は、おそらく水星、木星の衛星イオ、そして地球のような溶岩がある他の惑星に存在するでしょう。火星にも溶岩洞は間違いなく存在し、人間の居住地としても提案されています。それらの洞窟は火星の生命の避難所であった可能性があり、現在も居住している可能性があります。実際、赤い惑星は、Team CoSTAR と BRAILLE の究極の目標です。

しかし今のところ、月が私たちの次のターゲットです。月の洞窟の奥深くは確かに濁っていますが、年を追うごとにより鮮明になってきています。