新しい3D月モデルは、月が最大15,000マイルの凍った水を保持する可能性があることを示している

科学者たちは長い間、地球の月に水が存在すると疑っていた。彼らは月の両極に水素が含まれていることを知っており、それはそこに凍った水があることを示唆している。何十年もの間、研究者たちは彼らの疑惑を裏付ける直接的な証拠を探し求めてきた。今週NASAが行った大きな発表で、研究者たちは月の周囲のあらゆる場所で水の存在の証拠を発見したと発表した。

ある新しい論文では、研究者らが月の表面に関するこれまでの知識を使って球体の3Dコンピューターモデルを構築し、数十億年前の氷の塊を隠していると思われる小さな影を検出したとしている。地上の証拠によって証明されれば、この発見は、そもそも水が地球に到達した経緯や、なぜ月にまだ水があるのか​​といった謎についてさらなる詳細を明らかにする可能性があり、人類の宇宙探査において月が将来大きな役割を果たす可能性が高まる。

「私たちはもう10年ほど月面の氷を探してきました」と、コロラド大学ボルダー校大気宇宙物理学研究所の教授で、この研究の共著者でもあるポール・ヘイン氏は言う。その努力のほとんどは、氷を維持できるほど寒いことで知られる月の極地付近の大きなクレーター（グランドキャニオンほどの巨大なものもある）に向けられた。

しかし2014年、ヘイン氏とその同僚たちは、小惑星帯の準惑星であるケレスの氷の分布を解明しようとしていた。ケレスの表面に水が閉じ込められていると考えられているのは、月で確認されたものと似ている。彼らは、閉じ込められた液体を特定するためにケレスの地形図を作成することを決めたが、同様のアプローチが月にも有効であることに気づいた。

研究者らは、月の表面に関する詳細を特定した3つのデータソース、すなわち月探査機（LRO）の温度センサー、現在月を観測しているロボット宇宙船とそのロボットのカメラ、そして驚くべきことにアポロ計画の画像を使用して、月の表面の3Dモデルを構築し、凍った水が残る可能性のある永久影の場所の発生を推定した。「コールドトラップ」と呼ばれるこれらの小さなスポットは、おへその直径ほどの大きさから、歩いて横切るのに10分かかるようなはるかに大きなクレーターまで、サイズはさまざまである。その大部分は月の南極近くにあり、研究チームは、コールドトラップの総面積は約15,000平方マイルに達すると見積もっている。

「これらの影の中では、私たちが LRO で測定する温度は十分に低いため、水は事実上岩石のように振舞います」とヘインは言う。水は何年もそこに留まっている。その一部は数十億年前のものである可能性があり、つまり最も古い水は、そもそも水がどのようにして月、そしておそらく地球に到達したのかについて何かを教えてくれるかもしれない。

「これらの永久影のコールドトラップは、いわばゴミ収集機のようなものだ」とヘインズ氏は言う。そして、誰かが月に着陸するたびに、これらのポケットはロケット燃料のような人間の痕跡でわずかに汚染される。ヘインズ氏は、計画されている長期の月旅行の前に、科学的研究の目的でサンプルを採取する機会があるべきだと考えている。

計画通りに進めば、NASAの月面探査車VIPERミッションは2022年に月面に着陸し、必要なサンプルの一部を収集することになる。NASAはゴルフカートほどの大きさの月面探査車を月の南部に誘導し、分析用のサンプルを採取する予定だ。

「真実が明らかになるのは素晴らしいことです」とNASAの惑星地質学者サラ・ノーブル氏は言う。月の小さな影に凍った水があるかもしれないという事実は、「振り返ってみれば明らかなことの一つです」と彼女は言う。結局のところ、月の水はさまざまな方法でそこにたどり着いた可能性があり、大きなコールドトラップがそれを保持できることはわかっている。

しかし、「私たちは、それらの水の源と流域を実際には理解していません」とノーブル氏は言う。「太陽風が月の岩石自体と相互作用して生成されたのかもしれません。小惑星や彗星から運ばれたのかもしれません。その一部は、月自体の内部の元々の水かもしれません。」

月の凍った水は、惑星科学者にとって魅力的な機会を提供する。しかし、それは宇宙旅行という大事業をもう少し実現可能にするかもしれない。地球を離れるには、すべてを地球の重力場から出さなければならないため、費用がかかり、ロジスティックス的にも困難である。「火星や月に行くのに最も難しいのは、地球を離れることです」とNASAの研究科学者ジェニファー・ヘルドマンは言う。

近年、NASAやその他の公的および民間の宇宙機関は、地球からもたらされる資源に制限されず、宇宙自体から水などの必要な資源を抽出できるようになれば、宇宙探査がどのように変化するかについて考え始めています。

コロラド鉱山大学の宇宙資源教授ジョージ・サワーズ氏は、ユナイテッド・ローンチ・アライアンス、ブルー・オーシャン、スペースXなどの企業はいずれも「月面で燃料源を見つけることに興味を持っている」と語る。少なくとも理論上は、月の水を採掘して水素と酸素に分離し、水素を燃料として使うことは可能だ。

このアプローチは、現場資源利用（ISRU）と呼ばれ、宇宙探査のコストを下げ、宇宙で過ごす時間を長くする可能性がある。例えば、月のコールドトラップの水は、理論的にはロケット燃料に変換したり、飲料水として使用したりできる。

NASA がアルテミス計画中に月への再訪を計画しているように、月で ISRU 技術を開拓することは理にかなっているとヘルドマン氏は言う。彼女は月を研究しているが、将来的には火星への旅を計画している。そして、地球以外のどこかから水を検出、抽出、使用する技術を開発するには月が近いため、月は明らかに第 2 の拠点であると言う。「これらはすべて、火星についても私たちが抱いている疑問と同じものです」と彼女は言う。