月の火山活動の兆候は、夜空を見上げるだけで見ることができます。「マリア」と呼ばれる広くて暗い平原は、火山物質の大規模な噴出によってできたものです。しかし、これらは月の歴史の比較的初期に形成され、その形成はおよそ 30 億年前に終了しました。小規模な増加はおよそ 20 億年前まで続いた可能性があります。その活動の証拠には、中国の嫦娥 5 号着陸機によって採取されたサンプルが含まれます。
しかし、小規模な火山活動はもっと最近まで続いていたという兆候もある。宇宙からの観測により、噴火の産物と思われる地形が特定されたが、クレーターの数は限られており、比較的新しい年代であることが示唆されている。しかし、これらの堆積物についてはかなりの不確実性がある。
現在、嫦娥5号ミッションによって地球に持ち帰られたサンプルのさらなるデータは、太陽系の歴史の中で本当に最近の火山活動の明確な証拠を示しています。噴火中に形成された小さなビーズは、わずか1億2500万年前のものと年代測定されました。
ビーズを数える
嫦娥5号が持ち帰ったサンプルの中には、明らかに固い岩石も含まれている。しかし、月の表土から採取したゆるい物質も大量に持ち帰られた。その中には、溶融物質から形成された丸いガラス質のビーズも相当数含まれている。これらのビーズの起源としては、火山活動と衝突の2つが考えられる。
月には、個々の原子から小さな岩石まで、さまざまな大きさの粒子が絶えず衝突しており、その多くは衝突した物体を溶かすほどのエネルギーを持っています。その溶けた物質の一部がビーズとなり、さらに衝突することで広範囲に散乱します。ビーズの成分は、月に衝突したものか、月にあったもので衝突したものからできているため、大きく異なります。そのため、さまざまな物質の相対的な濃度は、地図のいたるところにあります。
対照的に、月面における比較的最近の火山活動は極めて稀であり、単一の場所から発生し、単一の組成を持つ可能性が高い。そして、都合の良いことに、アポロ計画ではすでに月の火山岩のサンプルが持ち帰られており、その組成がどのようなものかのモデルを提供している。そのため、課題は、嫦娥5号着陸地点から持ち帰られたビーズを分類し、どれが火山性のものかを見極めるというものだった。
返還されたビーズは3,000個以上あり、その大部分は衝突によって生じたものであったため、これは本当に大変なことでした。
新しい研究チームは、最初のカットオフとして、ビーズに埋め込まれた未溶融物質や明らかな組成のばらつきなど、混合組成のものをすべて排除しました。これにより、3,000 個のビーズが 764 個にまで減りました。残ったビーズは、どのような化学物質が含まれているかを特定できる技術にかけられました (チームは、サンプルに電子を照射し、放出された光子を使用して、含まれている元素を特定する電子プローブマイクロアナライザーを使用しました)。予想どおり、組成はばらばらでした。一部のビーズは酸化マグネシウムが 1 パーセント未満でしたが、他のビーズは 30 パーセント近くありました。二酸化ケイ素は 16 パーセントから 60 パーセントの範囲でした。
アポロのサンプルに基づいて、研究者たちはカルシウムやアルミニウムの酸化物に比べてマグネシウム酸化物の含有量が多いビーズを選んだ。その結果、火山起源の可能性があるサンプルが 13 個に絞られた。また、多くの衝突体で見られるニッケル含有量の低いものも調べた結果、その数は 6 個に絞られた。最後のステップは硫黄同位体を調べることだった。衝突による溶融では、より軽い同位体が優先的に放出される傾向があり、無傷の月の岩石と比較して比率が変化するからである。
結局、研究者らに残ったのは3個のガラスビーズだったが、これは当初の3,000個から大幅に減少したことになる。
噴火した
その後、これら 3 つの火山はウラン ベースの放射性年代測定に使用され、いずれも比較的近い数値が得られた。重複する不確実性に基づき、研究者らは、これら 3 つの火山はすべて、約 1 億 2,300 万年前 (1,500 万年の誤差あり) に起きた噴火の産物であると結論付けている。最近確認された噴火が約 20 億年前であることを考えると、これは年代測定の大きな前進である。
これはかなり意外なことだ。月は冷える時間が十分にあり、その冷却によって月の表面と内部に残っている溶融物質との距離が広がったはずだからだ。そのため、現時点で溶融物質を生成するのに十分な熱を発生させているものが何なのかは明らかではない。研究者らは、月には放射性同位元素を多く含み、状況によっては局所的な加熱につながる可能性がある KREEP (カリウム、希土類元素、リン) と呼ばれる物質が大量にあると指摘している。
残念ながら、噴火がどこで起きたかを示すものがないため、これを地元の地質と関連付けるのは難しいでしょう。これほど小さな物質は月の弱い重力場でかなりの距離を移動し、衝突によってさらに遠くまで散乱する可能性があります。そのため、軌道画像によって火山活動の可能性があると特定された地形に属している可能性があります。
一方、今後数十年にわたって計画されている月面探査の強化により、同様の物質が月面に広く分布しているかどうかを確認する機会が増えるはずです。最終的には、1000分の1粒子よりも高い濃度の火山物質を含む地域を特定できるようになるかもしれません。
Science、2024年。DOI: 10.1126/science.adk6635（DOIについて）。