「月の大気」の約7割は流星の衝突に由来すると解明
地球の衛星「月」は、一般的に「大気は無い」と説明されます。ただしこれは分かりやすさを優先した表現であり、実際には極めて薄い大気が存在し、原子が月の地面を “跳ね回っている” と考えられています。この薄いガス層は、月の表面にある岩石から飛び出した原子に由来するものが含まれていると考えられていますが、その正確な起源は不明のままでした。 今日の宇宙画像 シカゴ大学のNicole X. Nie氏などの研究チームは、アポロ計画で採集された月の土壌を分析することで、月の大気の約7割が流星（微小隕石）の衝突によって発生していることを突き止めました。この分析結果の背後には、月の土壌が数十億年かけて少しずつ変質した歴史が反映されています。今回の研究結果は、月よりずっと小さな天体に由来するサンプルを分析する際にも重要なヒントを与えるかもしれません。
■月には大気が “ほとんど” ない
「月」は、地球唯一の恒久的な自然衛星です。地球と月の大きな違いとして「月には大気が無い」とする説明をよく聞くでしょう。しかし実際には、月には大気が存在します。ただしそれは極めて薄く、大気圧にして地球の100兆分の1以下で、全部かき集めても10トンにしかなりません。地球の大気は約5000兆トンあることを考えれば、いかに少ないかが分かるでしょう。これほど少ないことから、ほとんどの文脈では無視しても差しつかえないため、通常は「月には大気が無い」と説明されます。 一方で、このような大気と言えるかどうかも怪しいほど薄いガスの性質に注目する研究の上では、月の大気は興味深い研究対象です。あまりにも希薄なため、大気を構成する原子は、他の原子と衝突することがほぼありません（※1）。このため原子は、月の地面を “跳ね回っている” と考えられています。このホッピング運動の速度は様々な要因で変化します。何かの拍子で減速し、地面にくっついて離れなくなることもあれば、逆に加速して宇宙へと飛び出してしまうものもあります。 ※1…地球の大気分子は、1秒間に数十億回も他の分子と衝突しています。 原子が宇宙へ逃げたり地面に吸着されたりして失われてしまうことから、月の大気は常に補給されていなければなりません。一部は太陽からの原子やイオンの流れである「太陽風」に由来することが分かっていますが、間違いなく月の岩石や土壌に由来する大気成分も含まれていることが分かっています。なぜなら月の大気には、ナトリウムやカリウムのような金属原子が含まれているからです。 月の大気に含まれる金属原子は、比較的蒸発しやすい性質を持つために大気に含まれます。そしてこれらの金属原子は、元々は岩石や土壌に含まれる鉱物を構成していたと考えられます。原子が飛び出すには、金属原子にエネルギーを与える必要があります。ただし、この原子を飛び出させるエネルギー源が大きな謎でした。 これまでの研究から、太陽風以外に由来する月の大気は、流星の衝突による「衝突蒸発」と、太陽風に含まれるイオンの衝突による「イオンスパッタリング」によって発生すると考えられています。これは、アメリカ航空宇宙局（NASA）の月探査機「LADEE」の観測データから示唆されます。しかし、この2つのプロセスが2本柱なのは間違いないものの、観測だけで発生源の割合を特定することは困難です。なぜなら、地面から飛び出して大気となる原子の9割以上は、単に地面を跳ね回っている原子であり、元の情報を持っていないためです。
