10年足らずの間に数千回の月震がアポロ着陸地点を揺るがした

1969 年 7 月 20 日、ニール・アームストロングが初めて月面に降り立ってから約 1 時間 40 分後、地球からのメッセージが彼の無線で届きました。ヒューストンのチームは、月面に配備した 3 つの科学機器のうちの 1 つ、月面に反響する振動を検知するように設計された受動型地震計が、データを正常に送信していることを月面の宇宙飛行士に知らせたいと考えていました。

「トランクウィリティ基地、こちらヒューストンです」と、月面探査中にアームストロング宇宙飛行士とバズ・オルドリン宇宙飛行士との通信を担当していた宇宙飛行士ブルース・マッキャンドレスは言った。「受動地震実験装置が取り出され、その中で短周期振動を観測しています。以上です。」

アームストロングは答えなかった。月着陸船の近くを走り回るのに夢中だったのだ。実際、地震計が捉えていた「短周期振動」はアームストロングの足音だった。

アポロ11号の地震計がアームストロングの航行を記録してから55年が経った現在、科学者たちは1969年から1977年の間に収集された地震データから月についてさらに詳しく学んでいる。7月に発表された研究は、 地球物理学研究ジャーナル：惑星 数十年前のデータを再分析し、 数千の月震を発見しました。その中には、将来月を訪れる人々を不安にさせるほど大きな月震が新たに発見されたものもあります。

「とてもわくわくしています」と、スミソニアン国立航空宇宙博物館のアポロコレクションの学芸員で月探査の歴史研究家、ティーゼル・ミュア＝ハーモニー氏は言う。同博物館では「デスティネーション・ムーン」展で月面地震計を展示している。「私たちはアポロ11号の55周年を祝っています」と同氏は言う。「50年以上前に終了した計画が、今も科学に情報を与え続けています。」

1962年にジョン・F・ケネディ大統領が「我々は月に行くことを選んだ」と宣言したとき、科学者たちは宇宙船を離れた宇宙飛行士たちがどのような状況に遭遇するかについてほとんど予想がつかなかった。NASAの中には、表面が厚い塵の層で覆われていて流砂に足を踏み入れたような状態になるのではないかと心配する者もいた。「彼らはそれが何を意味するのか知らなかった。 [you would] 「ただ沈み込んで、二度と見られることはない」と、今回の研究には関わっていないが、論文で使われているアポロのデータを標準化された現代的な形式に再編集し、元の編集に伴うタイムスタンプの問題を修正した月面地震学者のセリ・ナン氏は言う。

しかし、宇宙飛行士たちは月の表面についてほとんど何も知らなかったが、月の内部についてはさらにほとんど知らなかった。月は冷たいのか、固い岩なのか、それとも地球の地殻プレートのように揺れ動くのか？

ここでアポロ計画の地震計が役に立ちます。

月震は、月における地震に相当する。地震計があれば、科学者は地震によって生じたエネルギー波が、機器に到達するまでにどのような物質を通過するかを解明できる。言い換えれば、地震計は地質学者が月の表面の下を覗き込み、さらに下で何が起こっているかを知ることを可能にしている。

「月の表面については多くのことが分かっています」と東京大学の月科学者で、今回の研究論文の著者でもある小野寺圭介氏は言う。「しかし一方で、月の内部深部はまだよく分かっていません。地震学は内部構造を明らかにする一つの方法です。」

アポロ計画では、短周期地震計と長周期地震計という 2 種類の月震検出器が使用されました。短周期装置は、装置の近くで発生するイベントに対してより敏感でしたが、月震を覆い隠す誤った信号を拾いやすくもなりました。このため、短周期データの分析は困難でした。それでも、研究者はすぐに、ペンと紙を使って手作業で両方のデータセットから月震を探し始めました。この作業で約 13,000 件の月震が見つかり、短周期データは主に、長周期データですでに明確に特定された地震についてさらに情報を得るために使用されました。

しかし、最後の月面地震計が1977年に地球へのデータ送信を停止して以来、短周期記録の大部分は、現代のコンピューターベースの方法で可能な方法で徹底的に調査されていなかった。つまり、扱いが難しい短周期データの中には、発見されていない月震が潜んでいる可能性が高いということだ。今回の新しい研究では、小野寺氏はナン氏が再編集したデータセットを使用して、それらの月震を見つけている。

小野寺氏は、短周期データから地震イベントを自動的に検出するコンピュータープログラムを作成し、潜在的な月震のカタログを作成し、それを一つずつチェックできるようにした。「3万の信号をすべてチェックするのに3か月かかったと思います。そして、それに基づいて分類を始めました」と彼は言う。

小野寺氏は、これまで見過ごされてきた2万2000件の月震を発見した。これらは主に3つのカテゴリーに分類される。46件を除く大多数は、最初の2つのカテゴリーに分類される。小さな隕石の衝突、または昼と夜で月の表面温度が華氏500度以上変化することによる月の膨張と収縮によるものだ。

残りの 3 番目のカテゴリーの月震は、データを解析しているときに小野寺氏の目に留まりました。「浅い」月震と呼ばれるこれらの現象は、月の表面から 155 マイル下までの動きの結果であるようです。興味深いことに、小野寺氏は浅い月震が月の北半球に集中しているように見えることを発見しました。

「これを説明するには、30億年前に遡る必要があります」と彼は言う。

当時の月は今よりも熱く、活動的だった。オノデラ氏によると、月の北側にあるアポロ15号着陸地点付近の地域では、月の深部から溶けたマグマが表面に侵入し、脆い地殻が膨張して亀裂が生じたという。数十億年後の現在、月は冷え、縮小している。オノデラ氏は、古代の亀裂の両側にある月の地殻が、収縮に対応するために現在、反対方向に動いているのではないかと考えている。

小野寺氏によると、このためマグニチュード5～6程度の月震が起こり、宇宙飛行士や将来月面に建設される可能性のある建造物にとって危険となるという。「典型的な月震はマグニチュード1～2程度で、無視できる程度です」と同氏は言う。「しかし一方で、マグニチュード6は無視できない規模です」

ナン氏は、この新しい研究に興奮しているという。「この論文が書かれたこと自体、実に感銘的です」と彼女は言う。「そして、彼らが、扱いが非常に困難だった50年前のデータをいまだに使っていることも。」

古いアポロの地震データにはまだ秘密が潜んでいるかもしれないが、月科学者たちは、1970年代のアポロ計画以来初めて、新しい高感度地震計を月面に設置する計画を進めている。ナン氏は、今後数年以内に商業宇宙飛行によって月の裏側に設置される予定の「Farside Seismic Suite」を開発するチームで働いている。さらに、NASA の今後のアルテミス計画では、月の南極近くに地震計を設置する計画だ。

ナン氏は、小野寺氏のような研究は興味深いと語る。しかし、潜在的に危険な月震の原因と月の内部構造との関係については、長年の疑問が残っている。アポロ計画では月の比較的狭い領域にしか着陸しなかったため、未踏の領域で新たな月震が検出され、現在の仮説が覆される可能性もある。

科学者たちは、新しい地震計が月の内部構造についてさらに詳しく知るのに役立つことを期待しているとナン氏は言う。「特に、それらは私たちがこれまで見たことのないような場所に設置されることになるからです。」