50年間封印されていた月の塵がついにその秘密を明らかにする

6 回のアポロ計画を通じて、宇宙飛行士は月から 842 ポンドの岩石と土を地球に持ち帰りました。その多くはすぐに科学研究と分析に利用されましたが、NASA は相当な部分を密封して保管しました。研究者たちは、将来の世代がより高度な技術を使用し、地球唯一の天然衛星の地質と化学をより深く理解できるようになることを期待していました。

アポロの残骸は、比喩的に言えば、50年ぶりに日の目を見ようとしている。月曜日、ホワイトハウスの2020年度予算案に関する演説の中で、NASAのジム・ブライデンスタイン長官は、NASAが月の岩石サンプル3つを米国の9つの研究機関に提供し、最初の実験室研究と分析を行うと発表した。これらの研究結果は、月の地質とそれが何十億年にもわたってどのように進化してきたかについて、より確かな情報を与えてくれるかもしれない。さらに、次の10年で私たちがついに月に戻るときに、何に注意すべきかについての洞察も与えてくれるかもしれない。

「アポロ計画に参加した前の世代の人たちは、当時の技術が今の私たちの技術とは違うことを知っていました」とブライデンスタイン氏はフロリダ州ケネディ宇宙センターで聴衆に語った。「だから彼らはサンプルを保存すると決心したのです…もしよろしければ、私たちの世代がこの機会を得られるよう、これらのサンプルを保存してくれたアポロ世代に感謝したいと思います。」

地球上で研究に提供できる月のサンプルの量は限られており、NASA は寛大になりすぎることに常に慎重だった。しかし、NASA が月への再訪問を新たに推進していることから、すぐにさらに多くの研究材料が手に入るという期待が高まっている。「月サンプルは今後も増える予定で、月についてこれまで以上に多くのことを知ることができるようになるでしょう」とブリデンスタイン氏は語った。

サンプルはすべてアポロ 15、16、17 号のミッション中に収集されたものです。いずれも地球の大気圏に晒されたことはありませんが、保存方法は大きく異なります。たとえば、1972 年に地球に持ち帰られたアポロ 17 号のサンプルは、岩石の層を含む真空密封された 1.8 ポンドの月核で、選ばれた 9 つの研究チームのうち 6 つが研究します。一方、別のチームは、1971 年以来ヘリウムで保存されているアポロ 15 号のサンプルにアクセスします。ミッションのサンプルの中には、地球に持ち帰られてから冷凍保存されているものもあれば、室温で密封されたままのものもあります。

「NASA​​がこれらの新しいサンプルを公開したのは、素晴らしいタイミングだと思います」と、米国海軍研究所の研究員ケイト・バージェス氏は言う。バージェス氏はチームを率いて冷凍サンプルとヘリウム保存サンプルを研究し、「宇宙風化」の影響を観察する予定だ。宇宙風化とは、宇宙環境と月のような空気のない天体との相互作用のことである。「過去10年から15年の間に、サンプル分析に使われる多くの技術や機器が大きく進歩し、今では信頼性が高く信用できるデータを提供できるほど成熟している」

宇宙風化に関係する 2 つの最も大きなプロセスは、太陽風による放射線照射 (水素とヘリウムが月の最外層に閉じ込められる原因となる) と微小隕石の衝突です。これらの種類のプロセスは、月の表面層に劇的な影響を及ぼす可能性があります。「特定の種類の変化の原因をより深く理解することで、月の他の部分や多くの小惑星など、サンプルが採取されていない表面の構成と歴史をより正確に解釈できるようになります」とバージェス氏は言います。

この種の研究には、土壌の構造と化学特性を明らかにし、宇宙風化によって誘発された物理的変化に焦点を絞ることができるさまざまな顕微鏡および分光装置の使用が必要です。これらの種類の装置による高い空間解像度は、実際にはここ 10 年ほどでのみ利用可能になりました。さらに、バージェス氏によると、惑星物質のナノスケールのポケットに閉じ込められた水素とヘリウムを測定する能力 (この調査にとって重要) は、約 5 年前にのみ可能になりました。バージェス氏と同僚が月のサンプルに関するこの種の研究を成功裏に報告できたのは、昨年になってからでした。

今日の技術が調査にとっていかに重要かを強調しているのはバージェス氏だけではない。ニューメキシコ大学の研究者チャールズ・シアラー氏は、真空密封されたアポロ17号のサンプルに関する研究を指揮している。このサンプルは、水が凍るほど寒い月面の領域から採取されたものである。これらの「コールドトラップ」サンプルは他に類を見ないもので、これまで研究チームが研究した例はない。シアラー氏は、これらの調査を利用して月面の揮発性物質（水のように蒸発しやすい物質）のサイクルを再構築し、新しい月の岩石の特徴を明らかにしたいと考えている。ここでも、顕微鏡と分光法の進歩は、この研究を過去数十年よりもはるかに詳細に行うために不可欠であり、研究チームは岩石自体の年代を調べる機会を得ることができる。

「私は10年間、これらのサンプルの調査を提唱してきました」とシアラー氏は言う。「この間、私はNASAと協力して、これらのサンプルの取り扱いと管理の戦略を策定してきました。月曜日にこの計画がすべて実現したことは、信じられないほどやりがいのあることでした。これらの月のサンプルは、それぞれ、新しく非常に安価な月へのサンプルリターンミッションに似ていると考えるべきです。」

これらのプロジェクトから、月の過去についてより深く理解できるようになるのは間違いないが、再訪を計画する上で、熟考すべき点もかなり多く得られるはずだ。「月を探索し、月で人間の活動を行う方法は、これらのサンプルの観察に部分的に依存する可能性がある」とシアラー氏は言う。

バージェス氏の研究は、彼女がほのめかすように、月や小惑星など、宇宙に直接さらされている空気のない天体（多くの人が採掘や恒久的な拠点の設置を望んでいる場所）を航行し、相互作用する方法を理解する上で貴重なものとなるだろう。シアラー氏と、月への隕石衝突の影響に関するプロジェクトを率いるカリフォルニア大学バークレー校の研究者キース・ウェルテン氏は、この種の研究が、月や太陽系の他の天体に関する将来の研究のためのサンプル収集技術や材料の改善に役立つと信じている。

これらのサンプルを研究するために選ばれた他のプロジェクトでは、月面で有機物がどのように保存されているか、水が月の鉱物に閉じ込められる仕組み、月の火山活動の初期段階での奇妙な物質の形成などについて深く理解することになる。「このプロジェクトはアポロ11号の50周年と、オシリス・レックスやはやぶさ2のような他の惑星サンプルリターンミッションと同様に、現在の月に対する国際的な関心と一致するため、さらにエキサイティングな時期となっています」とバージェス氏は言う。