月惑星科学とは？

月惑星科学は，数学・物理学・地質学・化学・生物学の融合研究分野であり，学際的な知見から，身近な天体である月や地球を研究し，太陽系内の他天体の起源・進化・環境の謎を解き明かす学問です．

図1　月のイメージ [pixabay]

なぜ月を研究するの？

月を研究する理由はいくつか存在します．例えば，月を調べることで，太陽系の歴史を解き明かせるかもしれません．実は，月は地球のようなプレートテクトニクス（地殻運動）がありません（動画1）．地球は，残念ながら，プレートが地球深部へ沈み込むことで古いプレート（古い情報）は存在しませんが，月はプレートが動いてない為，月が誕生してからの古い（約45億年前の）プレートが残っているのです．つまり，月は太陽系の歴史を記録ている天体である為，太陽系の歴史を解き明かせる可能性を秘めています．

ここからは，これまでに明らかとなっている現在までの太陽系と月の歴史を簡単に説明していきましょう．

動画1　プレートテクトニクス

46〜45億年前

宇宙には分子雲と呼ばれる水素などのガスが豊富な領域があり，その中で核融合反応が起こると，恒星（太陽）が誕生します．太陽は約46億年前に誕生しました．太陽が誕生すると，そのまわりにはガス円盤が形成されます（図2.1）．このガス円盤には，ガス以外にも微粒子が含まれ，それが衝突合体することで原始的な天体へと成長・進化していきます．

原始的な天体が比較的大きい時，まわりに多くのガスが残っていると，天体はガスを重力的に引き込み，巨大ガス惑星を形成します．一方で，天体が比較的小さく形成されると，天体の重力が弱いため，たとえまわりにガスが残っていたとしても，重力で引き込めず，巨大なガス惑星には成長せず，地球のような大気の薄い岩石惑星が形成します．このような過程を踏まえて，地球が誕生しました．

図2.1　原始惑星系円盤のイメージ [https://thehypertextuallounge.com/alma-hl-tau/]

人類が手にしている最も古い惑星・衛星の岩石は月の岩石で，約45億年前のものです（図2.2）．つまり，この岩石の存在から，太陽系が誕生してから，たったの1億年程度の間で惑星が形成していたと考えることができます．

図2.2　月の岩石（60025） [Meyer, Lunar Sample Compendium, 2011]

42〜38億年前

月を見上げると，兎の模様が見えます（図1）．この兎の模様は，まわりよりも標高が低いところで，地形的に盆地となっています．この模様は，約42〜38億年前の間に，巨大な小惑星や彗星が月面に衝突したことで形成しています．

月でそのような巨大衝突があったならば，地球でも起こっていたでしょう．この小惑星や彗星が大量に天体へ衝突するイベントを後期重爆撃期（LHB期）と呼びます（動画2）．近年の研究では，LHBは，太陽系の惑星の大きく移動する時に発生することがわかっています．

動画2　月の進化の過程 [NASA]

月の盆地内では，火山活動も発生していました（動画2）．つまり，当時の月は，溶岩が噴き出すくらい非常に内部が熱かったのです．天体内部が熱いと，熱気球のように天体は膨張し，天体表面が割れて，谷や溶岩の通り道となる岩脈などが形成し易くなります．近年，月では大規模な岩脈構造が発見され，月が膨らんでいたことがわかりました（図3）．この膨らみにより，月の半径は，月が形成してから最大で約5km長くなりました．

図3　月の大規模な岩脈分布 [NASA JPL]

15億年前以降

この時代の月になると，段々と，今のような月になっていきます．約15億年前には月の火山活動は停止しました．停止した理由は，月の体積は地球の1/64倍程度しかなく，冷えやすい為です．すると，冷却に伴い，月は徐々に小さくなっていきます．天体が小さくなると，表面にシワのようなものができ易くなります．この収縮により，月面には，小さな山脈が無数に形成されました（図4）．月は，最も膨らんだ時から現在までに，月半径は最低でも20m縮みました．

図4　月面の小さな山脈 [van der Bogert, et al., Icarus, 2018]