月の明暗の模様とクレーターは何を教えてくれるのか
月に見える明るい部分と暗い部分、そして数多くのクレーターは、ただの表面の模様ではありません。明るい場所には月の古い地殻が、暗い場所には巨大な衝突のあとに流れ出た溶岩が残っています。雨や風、活発なプレート運動がほとんどない月では、こうした跡が消えにくいため、はるか昔の出来事を今も読み取ることができます。
だからといって、月が完全に変化を止めた世界というわけではありません。表面には小さな天体が今も衝突し、内部が冷えて縮むことで月震も起こります。古い痕跡と現在の小さな変化が同じ表面に並んでいることが、月を特別な記録にしています。
なぜ月はほぼ同じ面を見せ続けるのか
月は約27日で1回自転し、ほぼ同じ時間をかけて地球の周りを1周します。この二つの周期がそろっているため、一方の半球が地球を向き続けます。この状態を潮汐固定と呼びます。月が自転していないから同じ面が見えるのではありません。
地球から見えない月の裏側にも太陽の光が当たり、昼と夜があります。「暗い面」という呼び名は、実際の明るさを表すものではありません。1959年にソ連のルナ3号が裏側を初めて撮影して以来、複数の周回探査機が、表側よりクレーターが多く地殻も厚い裏側を詳しく地図にしてきました。
- 約38万4,400km 地球と月の平均距離
- 約27日 月の自転周期であり、地球を回る公転周期
- 地球の約6分の1 月面で感じる重力
- 382kg アポロの宇宙飛行士が持ち帰った月の岩石と土
明るい場所と暗い場所はなぜ違うのか
月は約45億年前、若い地球に大きな天体が衝突し、飛び散った物質からできたという説明が最も広く支持されています。できたばかりの月は大部分が溶けていました。冷えるにつれて軽く明るい鉱物が上に浮かび、最初の地殻をつくりました。現在、クレーターが密集する明るい高地は、その古い地殻の名残です。衝突の詳しい過程は、試料とモデルを使って今も研究されています。
その後、巨大な衝突が広く低い盆地をつくりました。月の内部から上がってきた暗い玄武岩質の溶岩が一部の盆地を満たし、固まって平原になりました。昔の人は水がたまっているように見えるこの場所を「海」と呼びましたが、月の海は水ではなく、固まった溶岩です。
月面が古いのは、そこで何も起きなかったからではありません。さまざまな出来事の跡を消す雨や風が、ほとんどなかったからです。
科学者は月の時間をどう読み取るのか
一般に、クレーターが多い地形ほど古く、クレーターが少ない溶岩平原は、それより後に表面が覆い直されたと判断できます。しかし、写真だけでは正確な年代は分かりません。アポロの6回の着陸ミッションが持ち帰った2,196点、合計382kgの岩石と土を実験室で測定したことで、写真に写る地形と数字で表す年代を結び付けられるようになりました。
これらの試料は今も新しい装置で分析されています。ただし、すべて月の表側にある赤道付近の6地点から採取されたため、月全体を均等に代表してはいません。裏側や極域から新しい試料が届けば、現在の年代表がさらに正確になったり、一部が変わったりする可能性があります。
- 望遠鏡と写真 明るい高地、暗い平原、クレーターの分布を比べます。
- アポロ試料 岩石の成分と年代を測り、写真の地形に実際の年代を与えます。
- アポロの地震計 目に見えない月の内部と、複数の種類の月震を記録しました。
- LRO周回探査機 2009年から地形・温度・組成を繰り返し測定し、古い地図と現在の変化を結び付けています。
月の水はどこに、どのような形で存在するのか
月には海や川はありませんが、水がまったくないわけではありません。観測装置は、日光の当たる土の粒の内部や表面に付着した少量の水分子を確認しました。月の極域には、長い間日光が届かない深いクレーターがあります。非常に低温なこの永久影の領域では、水の氷も確認されています。
ただし、月全体に水が豊富にあるという意味ではありません。水は場所や形によって非常にまばらに分布し、氷がどれほど深く埋まっているか、実際にどの程度利用できるかは今も調査中です。「月に水がある」という言葉は、どこで、どのような方法によって確認されたのかと合わせて読む必要があります。
日光の当たる場所で見つかったわずかな水分子と、極域の冷たい影に集まった水の氷は、同じ環境にあるものではありません。二つの観測を合わせて、湖や広い氷原があると想像してはいけません。
月は今も変化しているのか
月の内部は長い時間をかけて冷え、少しずつ縮んできました。地殻の面積が狭まると、一方の地面がもう一方の上に押し上げられる断層と低い崖ができます。科学者は、月の直径が最近数億年の間に約50m小さくなったと推定し、現在もゆっくり収縮している可能性があると考えています。
月震の原因は一つではありません。地球の重力が月の内部を引っ張ることもあれば、昼夜の大きな温度差で表面の岩石が膨張と収縮を繰り返すこともあります。隕石の衝突でも振動が生じます。内部の冷却と収縮に続いて断層が突然動くと、浅い月震が起きる場合もあります。月の写真に写る古いクレーターと若い断層を一緒に見ると、月は過去を保存しながら、非常にゆっくりと新しい跡を加えていることが分かります。