産業技術総合研究所（産総研）は11月10日、月のフラムスティードクレーター南西斜面で、凹地と岩塊が多く分布する領域がおおむね一致することを明らかにしたと発表した。月周回衛星「かぐや」と米航空宇宙局（NASA）の月周回探査機「Lunar Reconnaissance Orbiter（LRO）」の観測データを解析した結果、昼夜の大きな温度差による岩石の熱疲労が、斜面の地形変化に関わっている可能性が示された。

  • 概念図

    月の昼夜の温度差による熱疲労で岩石が破砕され、斜面下方へ移動することで、ボルダーフィールドや凹地が形成されるとする地形変化の概念図/出典：産総研

月面の凹地と岩塊が多い領域がおおむね一致

月には大気や液体の水がほとんどなく、プレート運動もないため、古い地形が比較的よく保存されている。一方、月面は天体衝突や月震、岩石の破砕、斜面での物質移動などによって現在も変化している。

月では昼と夜がそれぞれ約2週間続き、赤道付近の昼夜の温度差は約300℃に達する。この温度変化によって岩石が膨張と収縮を繰り返し、徐々に弱くなる現象を「熱疲労」と呼ぶ。

研究チームは、約11億～30億年前に形成されたと考えられる、直径約19kmのフラムスティードクレーターを解析対象とした。LROとかぐやのデータを使い、岩塊や崖、小型クレーターの分布に加え、地形形状や岩塊存在量、鉄とチタンの空間分布を比較した。

その結果、クレーター斜面の中腹では、岩塊が斜面下方へ200m～1kmにわたって密集し、「ボルダーフィールド」と呼ばれる領域を不均一に形成していた。ボルダーフィールドは層状の崖の直下に分布し、データから推定した鉄とチタンの量も、周辺より多い傾向が確認された。

また、斜面中腹には高低差約10～20m、斜面長数百メートルにわたる微地形が存在していた。このうち、平均的な斜面より局所的に低い凹地は、南西部斜面でボルダーフィールドとおおむね一致した。岩塊存在量が多いほど、へこみ量が大きくなる傾向も見られたという。岩塊が単に集積、堆積したのであれば膨らんだ地形になると予想されるため、こうした凹地を堆積だけで説明することは難しい。

  • 複数の衛星データで同じ領域を解析した例

    クレーター斜面で見られる微地形と岩塊存在量の比較/出典：産総研、原論文の図を引用・改変

岩塊の供給量、天体衝突だけでは説明が困難

研究チームは観測結果を説明するため、岩塊の供給、破砕、移動を考慮した地形変化モデルを提案した。

このモデルでは、斜面上部の崖から供給された岩塊が時間の経過とともに破砕、細粒化し、斜面下方へ移動すると想定した。周辺から流入する量よりも流出する量が多い場所では、局所的に物質が失われ、凹地が形成されると考えられる。

  • クレーター斜面の地形変化モデルと実際の地形

    クレーター斜面の地形変化モデルと実際の地形/出典：産総研、原論文の図を引用・改変

さらに、現在のボルダーフィールドを維持するために必要な岩塊の供給量を見積もった。その結果、必要な供給量は、天体衝突で崖の岩石が破砕される場合に見込まれる推定量より約2桁大きかった。

この結果は、必要な岩塊供給量を天体衝突だけで説明することが難しく、別の過程も考慮する必要があることを示している。研究チームは、昼夜の温度差による熱疲労が崖の岩石の弱化や破砕を促し、継続的な岩塊の供給に関わっている可能性を指摘する。また、供給された岩塊が天体衝突や熱疲労によって細粒化し、斜面下方へ移動することで、古い斜面でも地形変化が続いている可能性があるという。

今後は、岩塊の供給、破砕、移動に要する時間を定量的に評価するとともに、他のクレーターでも同様の地形変化が生じているかを検証する。研究成果は9月11日付で、学術誌「Planetary and Space Science」に掲載された。