NASAは本日、月に関する「エキサイティングな」ニュースを発表すると約束しており、その発表を嬉しく思います。多くの方がご推測の通り、この発見は月面の水に関するものです。今回の新たな研究は、月面に水氷が存在するというこれまでで最も確かな証拠を提供するだけでなく、この貴重な資源が直射日光に当たる場所や恒久的な日陰となる小さな場所など、月面全体に散在していることを示唆しています。
本日Nature Astronomy誌に掲載された2本の論文は、月とその貴重な天然資源である水の貯蔵能力に関する私たちの知識を覆すものです。科学者たちは長年、月、特に極域に凍った水が存在すると推測してきましたが、今回の新たな研究は、太陽光に照らされた月の表面で実際に水分子を検出したことで、これまでで最も決定的な証拠となりました。また、この新たな研究では、凍った水が潜んでいる可能性のある「コールドトラップ」と呼ばれる多数の影の塊も特定されています。
月面に水氷が存在することは、純粋に科学的な観点からも意義深いですが、将来の月面探査ミッションにどのような影響を与えるかという点でも重要です。NASAの次期アルテミス計画の重要な目標の一つは、南極地域から水氷を収集・回収することですが、これはこれまで以上に実現可能性が高くなったように思われます。さらに、月には水が豊富に存在すると考えられるため、現地で水源を確保できる可能性があり、これは将来の探査者や入植者にとって朗報です。
以前、月の南極で明るい斑点が検出されたことで、この可能性が示唆されていました。インドのチャンドラヤーン1号宇宙船に搭載されたNASAのレーダーのデータも同様のことを示唆し、水氷で満たされていると思われる数十個の小さなクレーターを明らかにしました。そして2016年には、水氷の痕跡が月の軸の傾きの証拠とみなされました。
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しかし、これらをはじめとする魅力的な発見にもかかわらず、月面における水分子の存在を実際に証明できたのは、3ミクロンの波長で観測されたスペクトルの特徴に限られていました。これは問題です。なぜなら、この波長では、科学者は水と水酸基結合鉱物（水酸化物は水素と結合した酸素を含む）を区別できないからです。
この限界を克服するため、科学者たちは成層圏赤外線天文台（SOFIA）から月面の新たな観測を行いました。SOFIAは、9フィート（約2.7メートル）の望遠鏡を搭載した改造された高高度飛行可能なボーイング747ジャンボジェット機です。研究者たちはSOFIAを用いて、他の水酸基とは共有されていない6ミクロンの波長域における水のスペクトル特性を検出しました。この水特性は南半球の高緯度地域で観測され、その量は100～400ppmの範囲でした。NASAのプレスリリースによると、これは月面に薄く広げられた1立方メートルの土壌に、12オンス（約350ml）入りのボトル1本分の水を分散させた量とほぼ同等です。
驚くべきことに、この水は直射日光が当たる場所で検出された。ハワイ大学マノア校の惑星科学者ケイシー・ホニボール氏と共同執筆したNature Astronomy誌に掲載された最新の論文によると、この水は月面に散らばる微細なガラス片の中に詰まっているか、太陽光線から水を遮る塵の粒子の間に挟まっている可能性があるという。
テキサス州ダラスの惑星科学研究所の研究科学者、マシュー・シーグラー氏は電子メールで、これまで観測されてきた水酸化物化合物と間違えられる可能性のある3ミクロンの特徴とは異なり、月面における水分子の「本格的な」検出は初めてだと述べた。
「水酸化物は、太陽風の陽子が月面に存在する酸素、例えば岩石に含まれる酸素に衝突することで形成される可能性があります」と、今回の研究には関与していないシーグラー氏は記している。「水がそのように形成されるのは少し難しいのです」と彼は述べ、おそらく古代の月の火山活動や、小惑星や彗星などの天体の衝突など、別のプロセスを経て形成されたのだろうと推測している。今後の研究を見据えて、シーグラー氏はSOPHIAのデータ、あるいは6ミクロンの分解能でスキャンできるあらゆる機器からのデータをさらに得て、月面の水の全容を解明したいと考えている。
実際、研究チームの観測は、月の南半球にある巨大なクラビウス・クレーター、つまり日照時間の多い地域に限られていました。同様の水濃度が他の日照時間のある地域に存在するかどうかを判断するには、今後の観測が必要です。NASAは最終的に、月全体の水の相対的な豊富さを示す一種の水文学的地図を作成したいと考えています。
「これらの水分子は、表面で自由に跳ね回っているのではなく、ガラスの中に閉じ込められているように見えるため、極寒の極地だけでなく、かなり広範囲に存在している可能性があります」とシーグラー氏は説明した。「自由水分子が長時間存在するには、約110ケルビン（摂氏マイナス163度、華氏マイナス261度）以下に冷却される必要があり、そのような条件は冷却トラップ内でのみ発生します。」
NASA本部の有人探査・運用ミッション局の主任探査科学者、ジェイコブ・ブリーチャー氏は本日の記者会見で、科学者たちはこの水がどれほど安定しているか、そして時間の経過とともにどれだけの量が宇宙に失われる可能性があるかを判断する必要があると述べた。ワシントンにあるNASA本部の天体物理学部門長、ポール・ハーツ氏もこれに同調し、この発見は「この水がどのように生成され、月面でどのように持続するのかという疑問を提起する」と述べた。科学者たちは、この水が宇宙飛行士にどのようにアクセス可能か、月の塵の化学組成にどのような影響を与えているか、そしてドリルなどの機器に影響を与える可能性があるかどうかを知りたいと考えている。
ガラスに閉じ込められたり塵に遮られたりしている可能性のある水に加えて、本日の発見には、月面全体に小さな隠れ場所に散在する凍った水の可能性も含まれています。本日Nature Astronomyに掲載された2本目の論文では、コロラド大学ボルダー校のポール・ヘイン率いる研究者たちが、月には隠れた水たまりがこれまで考えられていたよりも多く存在すると報告しています。コールドトラップと呼ばれるこれらの場所は、表面が常に暗闇に包まれている特別な場所で、水氷の長期保存を可能にしている可能性があります。
「月の極地付近の表面に立ってみたら、至る所に影が見えるはずです」と、ヘイン氏はUC-Bのプレスリリースで説明した。「これらの小さな影の多くは氷で覆われている可能性があります。」
例えば、シャクルトン・クレーターは直径21キロメートル、深さ数マイルの窪地です。クレーターの一部は傾斜しているため、内部は常に日陰になっており、気温は摂氏マイナス184度（華氏マイナス300度）前後で安定しています。
NASAのルナー・ルナー・リコネッサンス・オービター（LOR）を用いて、ヘイン氏とその同僚たちは、1セント硬貨ほどの大きさのものも含め、様々なコールドトラップの可能性を調査しました。驚くべきことに、これらのコールドトラップの中には、数十億年もの間、完全な暗闇の中に留まっているものもありました。
月の極地付近には、驚くほど多くの小規模なコールドトラップが存在し、その面積は月面の15,400平方マイル（40,000平方キロメートル）に及ぶと、この研究は述べている。コールドトラップの約60%は南極付近に位置している。以前の研究では、コールドトラップは月面の7,000平方マイル（18,100平方キロメートル）を占めると推定されていたが、今回の推定ではこの数字が大幅に増加した。
「私たちの研究結果は、月の極に閉じ込められた水がこれまで考えられていたよりも広範囲に分布しており、将来のミッションの資源として利用できる可能性があることを示唆している」と研究者らは論文の中で述べている。
重要なのは、これらの場所は水を貯蔵できるということであり、「できる」というのがキーワードである。新しい論文は、これらの暗いポケットの中に水氷が存在するという証拠を実際に示してはいない。
シーグラー氏によると、これらのコールドトラップ内部の水は、彗星、小惑星、月の火山、あるいは太陽風による化学反応といった起源を持つ可能性があるが、ガラス内部の分子の放出によって発生した可能性もある（ホニボール氏の論文でも可能性として言及されている）。衝突の熱によって生成されたこれらのガラスは、「基本的に、地球全体に新たな水貯蔵庫となる可能性がある」とシーグラー氏は述べた。
これらの論文が示唆するように、月は私たちが考えていた以上に水を貯蔵するのに適した場所である。これは月探査ミッションにとって大きな意味を持つ。月探査機は現地で水を調達できる可能性があるからだ（地球から大量の物資を輸送するのは非常に困難である）。月面から実際に水氷を採取することがどれほど容易かは不明だが、今回の新たな研究は私たちに楽観的な見通しを与えてくれるはずだ。この氷は飲料水を生み出すだけでなく、ロケット燃料の製造にも利用できる可能性があるとシーグラー氏は指摘した。
「もし水が本当に広範囲に存在するなら、たとえごく表面的でガラスの中に閉じ込められているとしても、月面を『露天掘り』して水を採取する方が現実的かもしれません。もちろん、私は月面の露天掘りを推奨しているわけではありませんが」と彼は説明した。「しかし、月でマティーニが飲みたい時や水を飲みたい時、あるいは標準的な液体水素や液体酸素ロケットに燃料を補給したい時など、水は非常に役立ちます。」
同氏はさらにこう付け加えた。「地球の重力井戸から水を汲み出すのは非常に費用がかかる。だから、月に水があれば月探査ははるかに安価になり、宇宙での燃料補給も可能になる。」
2024年に男女2名による月面着陸が予定されているアルテミス3号ミッションにとって、これは朗報です。南極地域で水を見つけるという目標を達成できる可能性が高まったことを意味します。さあ、宝探しの始まりです！
この投稿は、NASA 記者会見のコメントを含めるように更新されました。
