[公開日] 2023 年 9 月 22 日午前 8 時 31 分 EDT
[著作者] Jeffrey Gillis-Davis
世界中の月科学者にとって刺激的なマイルストーンとして、インドのチャンドラヤーン 3 号着陸船が 2023 年 8 月 23 日に月の南極から 375 マイル (600 km) の地点に着陸しました。
地球日数の 14 日弱で、チャンドラヤーン 3 号は科学者たちに貴重な新しいデータと、月を探索するためのさらなるインスピレーションを提供しました。 そしてインド宇宙研究機関は、これらの初期結果を世界と共有しました。
サンスクリット語 (Sanskrit) で「知恵: wisdom」を意味するプラギャン (Pragyan) と名付けられたチャンドラヤーン 3 号の探査機からのデータは、月の土壌に鉄、チタン、アルミニウム、カルシウムなどの予想される元素が含まれていることを示しましたが、予想外の驚きである硫黄 (sulfur) も示しました。
私のような惑星科学者は、月の岩石や土壌に硫黄が存在することを知っていましたが、その濃度は非常に低かったです。 これらの新しい測定値は、予想よりも高い硫黄濃度が存在する可能性があることを示唆しています。
プラギャンには、土壌の元素組成を分析する 2 つの機器があります。それは、アルファ粒子 X 線分光計とレーザー誘起破壊分光計 (略して LIBS) です。 これらの機器は両方とも、着陸地点近くの土壌中の硫黄を測定しました。
月の極近くの土壌に含まれる硫黄には、いつか宇宙飛行士が地上で生活できるようになる可能性があり、これらの測定は探査を可能にする科学の一例となります。
月の地質学
月の表面には、暗い火山岩と明るい高地の岩という 2 つの主な岩石があります。 これら 2 つの素材の明るさの違いにより、肉眼ではおなじみの「月の男: man in the moon」の顔や「稲を摘むウサギ」のイメージが形成されます。
地球上の研究室で月の岩石と土壌の組成を測定している科学者たちは、暗い火山平原からの物質は明るい高地の物質よりも硫黄を多く含む傾向があることを発見しました。
硫黄が生じるのは主に火山活動からです。 月の深部の岩石には硫黄が含まれており、これらの岩石が溶けると硫黄はマグマの一部になります。 溶けた岩石が地表に近づくと、マグマ中の硫黄の大部分がガスとなり、水蒸気や二酸化炭素とともに放出されます。
硫黄の一部はマグマの中に残り、冷えた後も岩石の中に残ります。 このプロセスは、硫黄が主に月の暗い火山岩と関連付けられている理由を説明しています。
チャンドラヤーン 3 号による土壌中の硫黄の測定は、月面で初めて行われました。 データ校正が完了するまで、正確な硫黄量を決定することはできません。
プラギャンのLIBS機器によって収集された未校正のデータは、月の極近くの高地土壌の硫黄濃度が赤道からの高地土壌よりも高く、おそらく暗い火山土壌よりもいくぶん高い可能性があることを示唆しています。
これらの最初の結果は、月を研究している私のような惑星科学者に、月が地質系としてどのように機能するかについての新たな洞察を与えてくれます。 しかし、チャンドラヤーン 3 号チームからの完全に校正されたデータが硫黄濃度の上昇を裏付けるかどうかは、まだ待って確認する必要があります。
大気中の硫黄の生成
硫黄の測定は、少なくとも 2 つの理由から科学者にとって興味深いものです。 第一に、これらの発見は、月の極の高地の土壌は、月の赤道地域の高地の土壌と比較して、根本的に異なる組成を持つ可能性があることを示しています。 この組成の違いは、おそらく 2 つの地域間の環境条件の違い、つまり極地では直射日光が当たらないことによるものと考えられます。
第二に、これらの結果は、極地では硫黄がどういうわけかより多く存在することを示唆しています。 ここに濃縮された硫黄は、非常に薄い月の大気から形成された可能性があります。
月の極地域では直射日光が少なく、その結果、月の他の部分に比べて気温が極端に低くなります。 表面温度が摂氏 -73 度 (華氏 -99 度) を下回ると、月の大気からの硫黄が窓についた霜のように固体の形で表面に集まる可能性があります。
極の硫黄は、月の表面で発生した古代の火山の噴火、または表面に衝突して蒸発した硫黄を含む隕石に由来する可能性もあります。
資源としての月の硫黄
長期にわたる宇宙ミッションのために、多くの機関は月に何らかの基地を建設することを検討してきました。 宇宙飛行士やロボットは南極基地から移動して、月面で硫黄などの自然発生物質を収集、加工、保管、使用することができます。これは現場資源利用 (in-situ resource utilization) と呼ばれる概念です。
現場での資源利用により、物資を入手するために地球に戻る旅行が減り、探索に費やす時間とエネルギーが増えます。 硫黄を資源として使用すれば、宇宙飛行士は硫黄を使用する太陽電池やバッテリーを構築し、硫黄ベースの肥料を混合し、建設用の硫黄ベースのコンクリートを作ることができます。
実際、硫黄ベースのコンクリートには、地球上の建築プロジェクトで通常使用されるコンクリートと比較して、いくつかの利点があります。
まず、硫黄ベースのコンクリートは数週間ではなく数時間以内に硬化して強度が増し、耐摩耗性が高くなります。 また、混合物に水を必要としないため、宇宙飛行士は貴重な水を飲料用、呼吸可能な酸素の製造用、ロケット燃料の製造用に保存することができます。
現在、月面上または月の周囲で7つのミッションが実施されていますが、月の南極地域はこれまで地表から研究されたことがなかったので、プラギャンの新たな測定は惑星科学者が月の地質史を理解するのに役立つでしょう。 また、私のような月の科学者は、月がどのように形成され進化したかについて新たな疑問を抱くことができるようになります。
今のところ、インド宇宙研究機関の科学者たちはデータの処理と校正に忙しいです。 月の表面では、チャンドラヤーン 3 号は 2 週間にわたる月の夜の間冬眠しており、そこでの気温は -184 °F (-120 °C) まで下がります。 この夜は9月22日まで続きます。
ヴィクラム (Vikram) やプラギャンと呼ばれるチャンドラヤーン 3 号の着陸船コンポーネントが極度の低温に耐えられるという保証はありませんが、プラギャンが目覚めれば、科学者はより貴重な測定が期待できるでしょう。
この記事は、クリエイティブコモンズライセンス(CCL)の下で The Conversation と各著作者からの承認に基づき再発行されています。日本語訳は archive4ones(Koichi Ikenoue) の文責で行われています。オリジナルの記事を読めます。original article.
