ジェイムズ・P・ホーガン: ホンヤクモンスキーの憂鬱

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2014年6月15日

月はどうやって生まれた？

2014年6月10日のWIREDの記事が興味深い。

月はどうやって生まれた？「ジャイアント・インパクト説」を裏付ける研究結果

月は、地球に別の天体が衝突してできたとする「ジャイアント・インパクト説」を裏付ける事実が、最新手法を用いた月の岩石の分析によって明らかになった。

今から45億年前の原始地球に、火星サイズ（直径は地球の約半分）の原始惑星「テイア」（Theia）が衝突。テイアと地球の両方から飛び散ったマグマが地球の軌道上に残った。これらのマグマはやがて寄り集まって冷え、岩石の球体となり、現在空に浮かぶ月になった──これが、月の起源を説明する仮説「ジャイアント・インパクト説」だ。

しかし、このジャイアント・インパクト説にはひとつ大きな問題がある。このモデルでは、月を構成する物質の70～90％がテイア由来であろうと計算されるのだが、「月の岩石」の複合的な分析結果は、月が地球と同じ物質でできていることを示唆してきたのだ。

地球、火星、および小惑星の同位体比はそれぞれ異なっており、初期の太陽系は「同位体的に不均質」だったことが分かっている。そして、岩石の同位体を調べると、それが太陽系のどこで形成されたかが推定できる。

月の岩石を調べた過去の分析では、3種類の酸素同位体の存在比率について月と地球を比べると、3ppm（parts per million）と、ごくわずかな差しかなかった。このことは、ジャイアント・インパクト説に反して、月がほぼ100％地球由来の物質でできていることを示唆している。

しかし、「Science」誌に6月6日付けで発表された研究論文において、地球化学者のダニエル・ヘルヴァルツは、月が地球以外の物質を含む明らかな証拠を見つけたと報告している。

ヘルヴァルツ氏は、「アポロ11号」「同12号」「同16号」ミッションが持ち帰った月の岩石サンプルを分析した。同氏は、今年はじめに自身が発表した高精度の分析手法を用いて、容器に入れたサンプルをフッ素ガスで加熱して酸素を放出させ、精製した後、ガス同位体比質量分析装置で酸素同位体比を測定した。

再評価の結果、月の岩石の酸素同位体比は、既存の分析とは異なり、地球に比べて12ppm高い数値であることが明らかになった。

これでも、さほど大きな差とは言えない。例えば、火星と地球では、ppmにして300倍の開きがある。しかしこの数値は、ジャイアント・インパクト説におけるテイアが、太陽系の地球に近い領域で形成された可能性を示唆するという。

月を構成する物質の何割がテイア由来で、何割が地球由来かはいまだに謎だ。ジャイアント・インパクト説のモデルでは、70～90％がテイア由来とされているが、ヘルヴァルツ氏はほぼ半々ではないかとみている。ただしこれも、現時点では、データに基づく推測にすぎない。

※月の起源については、地球と月が同時に形成されたとする兄弟説や、高速回転でちぎれたとする分裂説、途中で捕獲したという捕獲説もあったが、アポロ計画で採取された月の岩石の分析で、ジャイアント・インパクト説が有力になった（月の岩石には揮発性物質や軽元素がほとんど含まれていないことが分かり、それらが気化してしまうほどの極端な高温状態で形成されたという結論が導かれた）。また、月面に置かれた地震計（月震計）から月の核の大きさが測定され、兄弟説で予測される大きさに比べて実際の核の大きさが非常に小さいことも分かった。