月の水は太陽風が運んだ?

2012.10.17
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太陽から飛来した原子が月面の酸素と反応して水を作り出したとする研究が発表された。

Photograph courtesy NASA
 以前は水が存在したことはないと考えられていた月だが、ここ数年の研究で水が比較的多い環境であると確認されている。ただし大きな疑問が残っている。その水分、より正確には氷を含む物質はどこからやってきたのだろうか。 その答えとなるかもしれない新たな研究が発表された。月の水は、太陽風に乗って宇宙空間を渡ってきたとする内容だ。今まで不明だった内太陽系の天体に水がもたらされた経緯の説明や、今後の宇宙計画において水やロケット燃料を作り出す新たな手法のヒントになる可能性がある。

 地球や月を含む内太陽系の天体に水がもたらされた経緯について、これまで唯一知られてきたのが、水分の多い小惑星や彗星が遠く離れた宇宙空間から凍結線を越えて飛来し、天体に衝突するというものだった。凍結線とは太陽から離れて受ける熱が少なく、水が氷結してしまう境界線を指す。

 ところが今回の研究を率いたテネシー大学の惑星科学者ヤン・リウ(Yang Liu)氏によれば、NASAのアポロ計画で宇宙飛行士が持ち帰った月の石に、水と水の前駆体分子であるヒドロキシ基(水酸基)が閉じ込められていたことから、水が運ばれる別の形を見つけたという。水は水素原子2つと酸素原子1つが結びついた物質で、ヒドロキシ基は水素原子1つと酸素原子1つが結びついている。

 リウ氏の研究チームが地球や小惑星や彗星の水と比較したところ、月の水およびヒドロキシ基分子には驚くほど重水素が少ないと判明した。重水素とは文字通り水素原子よりもやや重い同位体だ。

 となると、月の水を構成する水素はどこから来たのか。唯一の可能性として研究チームが結論したのが、太陽系内でただ一つ重水素が残らない天体の太陽だ。

 研究論文によれば、通常の水素が太陽風によって月面に運ばれ、そこで酸素と反応して水や水酸基になったという。

◆地球外の水に関する新たな展望

 月面に池や水たまりがあるということではないとリウ氏は指摘する。研究チームが調べた水とヒドロキシ基の分子は、月面土壌の強固な構造の中に閉じ込められたものだからだ。

 とはいえ同氏によれば、月面土壌から水を採掘したり、その分子を分解して酸素原子と水素原子を取り出し、ロケット燃料を生産できるようになるかもしれないという。もし月面基地を運営するなら、どちらも必要になる。

 論文の共著者でテネシー大学の惑星地球化学者ラリー・テイラー(Larry Taylor)氏は、「0.5リットルの水を月へ運ぶのに2万5000ドルもかかることを考えると、月の素材から水を作り出す方法を確立する必要がある」と語る。

 月面の水資源開発に価値はあるのだろうか。月の一般的な土壌にどれほどの水およびヒドロキシ分子が含まれているか次第で決まる話だが、まさにその点こそ月の水の謎をめぐる未解決の問題だ。月の水がどのように分布しているのか、どの程度の深さに存在するのかなど、まだ「不明な点が多い」とリウ氏は話す。

 今回の研究結果は地球の水の由来とは関係がないという。地球の磁場が太陽風のほとんどをそらしてしまうからだ。

 しかしリウ氏の論文は、現時点で水と縁がないと考えられる場所を含め、小惑星や他の衛星など、内太陽系の大気を持たない天体での水の生成に関して、太陽風が一役買っている可能性を示した。「われわれの示した水生成プロセスは、内太陽系の月以外の天体にも当てはめて考える必要がある」とリウ氏は説明した。

 研究結果は、「Nature Geoscience」誌のオンライン版に10 月14日付で掲載された。

Photograph courtesy NASA

文=Ker Than

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