月探査機「かぐや」、月に巨大な地下空洞を発見 - さらなる探査に期待膨らむ

宇宙航空研究開発機構(JAXA)は2017年10月18日、月の地下に長さ約50kmにもおよぶ巨大な空洞があることが判明したと発表した。日本の月探査機「かぐや」の観測データを解析していた国際共同研究チームが発見したもので、論文は同日、米科学誌「Geophysical Research Letters」に掲載された。

月の縦孔は2009年に、「かぐや」によって初めて存在が確認され、またその周囲に地下空洞が広がっている可能性も高いと考えられていた。今回の研究により、それが裏付けられたことになる。

今後のさらなる探査により、月の起源と進化にまつわるさまざまな謎を解決できる可能性があるほか、将来の月基地の建設場所として活用できる可能性もあるなど、期待が高まっている。

「かぐや」が遺したデータから見つかった月の縦孔

地下空洞が見つかったのは、月の表側の西側に広がる「嵐の大洋」の中ほどに位置する、「マリウス丘」という場所である。月の模様はよく餅つきをするウサギにたとえられるが、嵐の大洋はそのウサギのお腹や腰の位置にあたり、マリウス丘はその中ほどにある。

このマリウス丘に2009年、日本の月探査機「かぐや」の観測によって、直径・深さ共に約50mの縦孔が存在することが明らかになった。

しかし、この縦孔が単なる孔ではないことは早い段階からわかっていた。たとえば隕石がぶつかってできたのであれば、深さはもっと浅くなるはずである。さらに、のちに米国の月探査機「ルナ・リコネサンス・オービター」がこの孔を斜め方向から観測したところ、この孔の底が、試験管の底のようなお椀状ではなく、ほぼ平らになっており、さらに奥行きのある空間が広がっていることも明らかになった。

すなわち、これは単なる孔ではなく、もともとあった地下空洞の上に隕石がぶつかるなどして、天井部分が崩落し、その結果現れたもの、と考えられたのである。

本当に地下空洞が存在するのか、あるとしたらどれくらいの規模なのか。それを探るため、東海大学大学院・JAXAの郭哲也氏、JAXAの春山純一氏からなる国際共同研究チームは、かつて「かぐや」が、この月の縦孔付近を観測した際のデータを詳しく解析した。「かぐや」は2009年にすでに運用を終えているが、その観測データはいまなお、多くの研究者によって分析や研究が続いている。

今回の解析に使われたのは、「かぐや」が装備していた「月レーダー・サウンダー」と呼ばれる装置のデータである。通常のカメラでは孔があることや、その形くらいしか見えないが、この装置は電波を月に向けて出し、ぶつかって返ってきた反射波を分析することで、通常のカメラでは見えないような、地下数kmがどうなっているかを調べられるという特徴をもっていた。

そして研究チームがデータを詳しく解析したところ、マリウス丘の縦孔付近で、他の場所にはない反射波が見られた。他の場所、つまり地下までぎっしり土がつまった場所なら、電波は地表に当たって返ってくるだけである。しかしこの縦孔付近では、電波が地表に当たったあと、さらに地中深くにまで潜り、空洞を通過して、天井や床に当たって返ってきたと考えられる反射波が見つかったのである。

さらにもうひとつの決め手となったのは、米国の月探査機「グレイル」の観測結果だった。グレイルは2011年に打ち上げられ、2012年に運用を終えた双子の探査機で、月の重力場の詳細な地図を作成した。そしてその重力場の地図によると、マリウス丘の縦孔の近くに質量密度が低い地域、つまり土で埋め尽くされておらず、空洞があると考えられる地域があり、「かぐや」の月レーダー・サウンダーのデータと一致していた。

こうしたことから、マリウス丘に地下空洞はたしかに存在し、それも深さ数十mから約200m、幅100mほどの空洞が、縦孔を東端として西に約50kmにわたって延びる、非常に広大なものであることが確実になったのである(なお、東側についても空洞がある可能性があり、現在研究中だという)。

空洞の正体は、富士山周辺でも見られる「溶岩チューブ」

ではどうして、月の地下にこれほど広大な天然のトンネルが存在するのか。研究チームは「溶岩チューブ」であると考えている。

火山活動で発生した溶岩が地面を流れていくと、次第に表面が冷えて固まっていく。流れやすい溶岩の場合、表面が固まってもなお、表面の下をまだ溶岩が流れていくことがある。そして火山活動が終わると、中を流れた溶岩が抜けきって、固まった表面を天井とする空洞ができる。これが溶岩チューブである。

月でも、もちろん地球でもできるもので、たとえば富士山の麓でも、こうした溶岩チューブによる空洞(風穴とも呼ばれる)が多数ある。

今回、地下空洞が見つかったマリウス丘という場所は、火山が寄せ集まるようにしてできた「複合火山体」で、月面最大の火山地域でもある。実際、探査機が撮影したこの場所の画像を見ると、数多くの小さな「ドーム」状の火山が点在しているのがわかる。

さらに縦孔が見つかったのは、マリウス丘の西側斜面に存在する、溶岩の流れた痕にできる、「リル」と呼ばれる地形の中だった。つまり溶岩チューブができやすい条件が揃っている場所なのである。

ちなみに月の縦孔は、このマリウス丘以外にも、「アポロ11」が着陸した場所としても知られる「静かの海」の中や、月の裏側にある「賢者の海」でも見つかっている。この2つはマリウス丘の縦孔よりも大きく深いため、より大きな地下空洞が存在する可能性もある。

郭氏によると、この2か所の縦穴にも地下空洞があるのかどうかについて、現在研究を進めており、さらに最終的には月全球にわたって探索を行いたいとしている。

こうした地下空洞は、月の起源と進化にまつわるさまざまな謎を解決できる鍵が眠っていると考えられている。

たとえば、月の表面には無数の隕石や微小天体(メテオロイド)が降り注いでいるため、過去の痕跡は破壊されてしまっている。しかし地下空洞の中なら、かつて月に磁場があった証拠や、月に取り込まれた揮発性物質(たとえば水)、火山活動の痕跡などが、破壊されずに残っている可能性があるという。

月がどのように誕生し、これまでどのような進化の歴史を歩んできたのかはまだ謎が多く、今後地下空洞を詳しく探査することで、こうした謎の解決が期待できる。