月には水がありますか？嫦娥5号が「野外に飛び出し」、新たな「確固たる証拠」を追加

月には水がありますか？月の土1トンにはどれくらいの水が含まれていますか？

嫦娥5号の探査データからの最新の研究によると、月の土壌1トンには約120グラムの「水」が含まれていることがわかった。関連する研究結果は1月8日にScience Advancesにオンライン掲載された。

嫦娥5号の採取地域の背景画像と水分含有量。研究チーム提供の画像

中国科学院地質地球物理研究所などの研究者らは、嫦娥5号に搭載された「月鉱物分光計」が検出したデータに基づき、月面の原位置条件下での水分含有量を初めて取得した。

科学者が研究する「水」は私たちが飲む「水」ではないことを説明する必要があります。「分光計で検出された『水』とは、鉱物中の水分子または水酸基を指し、特定の条件下では私たちが飲む水に変換される可能性がある」と、論文の筆頭著者で中国科学院地質地球物理学研究所の准研究員であるリン・ホンレイ氏は述べた。

半世紀にわたる議論

月には水がありますか？この疑問に関心があるのは一般の人々だけではなく、科学者たちもその答えを知りたいと思っています。

1952年という早い時期に、アメリカの化学者ハロルド・ユーリーは、太陽が届かない月の窪みに水のような揮発性物質が存在するかもしれないと大胆に推測しました。

1969年から1972年にかけて、米国のアポロ計画は月から大量のサンプルを採取して地球に持ち帰り、ついに人類は月に水が存在するかどうかを直接測定する機会を得た。残念なことに、月の土壌は非常に乾燥しており、宇宙飛行士が大気を検知するために月面に残した機器は水を検出できませんでした。これにより、「月は乾燥している」という事実が明らかになったようです。

しかし、ソ連の科学者が1978年にルナ24号ミッションで採取したサンプルに微量の水が含まれていることを測定したにもかかわらず、その結果は真剣に受け止められなかった。

1994年にクレメンタイン計画が開始されるまで、月の水の研究は停滞したままだった。

2009年には、別の発見がありました。インドのチャンドラヤーン1号が搭載した月鉱物マッピング分光計は、月には水がいたるところに存在し、緯度が上がるにつれて水分含有量が増加することを発見した。

「この検出結果に科学者たちは非常に興奮した。これは、月に水があることを多くの人が初めて認識したことになるかもしれない。」林宏磊氏は、ここでの「水」とは水分子または水酸基を指すと述べた。

それ以来、土星探査機カッシーニ、彗星探査機ディープインパクト、月観測センシング衛星（LCROSS）はいずれも分光計を使用して月の水の存在を確認してきました。

つまり、半世紀以上にわたる議論と探査を経て、さまざまな「確固たる証拠」によって、月には水が存在すると人々は信じるようになったが、月の表面でその場で水が検出されたことはまだないのだ。

嫦娥5号探査機は月鉱物分光計を搭載しており、サンプル採取中に月面のスペクトルを取得した。リン・ホンレイ氏は、これらのデータは月面の水の信号を近距離かつ高解像度で検出する初めての機会を与えてくれると語った。

一般的な意味での液体の水とは異なり、月面の分光計によって検出された「水」は岩石の中に隠れています。水分子は、少し加熱するだけで放出される「結合水」を表しますが、ヒドロキシル基は、沈殿するためにより高い温度を必要とする「構造化水」を表します。

月の土壌の水

そのほとんどは太陽風によるものです。

嫦娥5号分光計は、サンプリングエリア内の約2メートル四方の領域のスペクトル観測を実施しました。観測対象物には月の土のほか、持ち帰らなかった岩石も含まれていた。

データ分析の結果、嫦娥5号の採取エリアの水分含有量は120ppm未満であるのに対し、岩石の水分含有量は約180ppmであることがわかった。「これは月の土1トンあたり約120グラムの水、岩石1トンあたり約180グラムの水に相当する」とリン・ホンレイ氏は説明した。

それで、この水はどこから来るのでしょうか?

サンプル分析と組み合わせると、月の土壌の水のほとんどは太陽風によって供給されていることがわかります。

論文の責任著者の一人で、地質地球研究所の研究員であるリン・ヤンティン氏は、太陽風には大量の水素が含まれており、それが月面に当たり、月の土壌中の酸素と結合して水酸基、つまり水分子を形成すると述べた。

月の土壌の水分含有量が 120 ppm であるのに対し、岩石にはまだ 60 ppm 多い水分が含まれています。余分な水はどこから来るのでしょうか?研究者たちは、この岩石は嫦娥5号着陸地点の地元の玄武岩よりも古い地域から来ており、余分な水は月の内部の水を表しているのではないかと推測している。「月の土壌の水分含有量が低いのは、嫦娥5号の着陸地点のマントルが乾燥していたためか、あるいは大量のガスが放出されたためかもしれない。これは嵐の海での長期にわたる火山噴火と一致している」と林紅磊氏は述べた。

少し前、中国科学院地質地球物理研究所の研究チームがネイチャー誌に3本の論文を同時に発表した。論文の1つは、ナノイオンプローブ分析技術に基づいて月の内部に水を検出した結果を報告しており、嫦娥5号着陸地域の月のマントル源領域は非常に「乾燥している」ことが判明した。理由の一つは、嵐の海での長期にわたる火山噴火によって引き起こされた激しいガス放出の結果である可能性があると推測されました。

林宏磊氏は、嫦娥5号はサンプルを持ち帰るとともに月面の現地スペクトルを取得できる唯一のミッションであると紹介した。このサンプルは、月の土壌粒子中の水の分布や存在形態を詳細に分析するのに使用でき、同位体を用いてその発生源を追跡することもできます。現場スペクトルを軌道リモートセンシングと組み合わせることで、月の表面水の世界的な分布と時間的変化の特徴を研究することができます。

月の表面水の分布は緯度と高い相関関係にある可能性がある。嫦娥5号はこれまで持ち帰られたサンプルの中で最も緯度が高く、月の表面水の分布と源を研究する上で大きな意義を持つ。林楊廷氏は、嫦娥6号と嫦娥7号は今後も現場および軌道規模で月の表面水の量と分布の検出を継続すると述べた。この研究の成果は、嫦娥6号と嫦娥7号の科学的目標の実現にも役立つだろう。