月には大気がある（ようなもの）。天文学者たちはなぜ、どのように大気が存在するのかを解明した。

月は私たちのいつもの友かもしれませんが、月についてはまだ理解していないことがたくさんあります。

たとえば、地球に、たとえわずかであっても大気が存在することが発見されたのは、1960 年代から 70 年代にかけてのアポロ計画のときでした。

「人々は月に大気があることすら知らない」と、マサチューセッツ工科大学（MIT）地球・大気・惑星科学部の助教授で、月に関する新たな研究論文の著者であるニコール・ニー氏は語った。

「技術的に言えば、月の大気は実際には大気ではありません。 [As] 科学者たちは、それが非常に薄いため、これを外気圏と呼んでいます。」

しかし、大気は存在しており、科学者たちはこの薄い大気を何が供給しているのかについて理論を立ててきた。この薄い大気は、ヘリウム、アルゴン、ネオン、アンモニア、メタン、二酸化炭素、そして少量のナトリウム、カリウム、ルビジウムで構成されている。

さて、ニー氏と共著者らは 新しい研究 Science Advances に掲載された論文は、隕石が少なくとも大気の一部を形成しているという説を裏付けるさらなる証拠を提供している。

泥の中へ

月の大気の主な要因は、宇宙風化と呼ばれる現象だと考えられている。宇宙風化には、隕石が月に衝突して月の表面が蒸発することが含まれる。もうひとつの要因は、太陽の太陽風から発生する「イオンスパッタリング」だ。太陽風は、太陽系に向かって時速約160万キロで移動する粒子の流れである。

科学者たちは、太陽風によって運ばれた荷電粒子が月に到達すると、表面に衝突して土壌に含まれる原子にエネルギーを伝達し、それらの原子が飛び散って薄い大気が形成されると考えています。

その情報の一部は、2013年から2014年にかけて月を周回したNASAの月大気・塵環境探査機（LADEE）と呼ばれる衛星ミッションによって収集された。

しかし、ニー氏と共著者らは、土の中に潜り込み、月の表土（土壌とも呼ばれる）を観察したいと考えていた（ただし、土壌には有機物が含まれることが多い）。研究者らは、アポロ計画で採取された10個のサンプルを分析することができた。

たった 100 グラムだったので、ミスは許されませんでした (ミスをして貴重なアポロのサンプルを無駄にしたくはありません)。実際、このプロセスは非常に難しく、サンプルを粉砕し、残った細かい粉末を酸で溶かすというサンプルのテスト方法を開発するだけで 3 年かかったと Nie 氏は言います。

研究者らは、イオンスパッタリングと隕石衝突の両方で容易に蒸発する2つの元素、カリウムとルビジウムに特に注目した。

ここで科学が少し深まります。カリウムとルビジウムという各元素は、同位体と呼ばれる異なる形態で存在します。同位体には、軽いものも重いものもある可能性があります。研究者の理論では、軽いものはおそらく上空に舞い上がり、重いものは土の中に残るだろうとされていました。

彼らは、レゴリスには主に両元素の重い同位体が含まれており、これらの岩石の蒸発が原子を上方に送り出す主な過程である可能性が高い（高速で熱い岩石が他の岩石に衝突する様子を想像してください）と結論付けました。

そして、月には微小隕石と呼ばれる小さな隕石が絶えず降り注いでいるため、この薄い大気は何度も補充され続けているのです。

将来に何を意味するか

これは重要なことです。なぜなら、イオンスパッタリングでは、これらの原子のほとんどが宇宙に逃げてしまうからです。しかし、隕石が岩石を蒸発させると、大部分は残ります。実際、最近の研究では、月の大気の 70 パーセントがこれらの隕石の衝突の結果であることがわかりました。

ニー氏は、これが小惑星のような他の天体から採取されたサンプルの研究にどのような意味を持つのかに興奮している。例えば、45億年前の小惑星ベンヌのサンプルが昨年9月に地球に持ち帰られた。

「これは将来の研究の枠組みを提供するものだと思います」と彼女は語った。「私たちは人々が利用できる数学モデルを提供し、人々はサンプルを分析し、私たちのモデルを使って他の天体の宇宙風化の過程を理解することができます。なぜなら、天体ごとにその過程が異なる可能性があるからです。」

シャーブルック大学応用地理情報学部の准教授で、今回の研究には関わっていないが、いくつかの月面探査ミッション（カナダの今後の探査車を含む）に関わっているミリアム・レメリン氏は、月面の他の場所でも将来的に分析が行われる可能性に期待していると語った。

「今回の研究や過去の研究で分析されたサンプルは、主に月の赤道地域に焦点を当てている」と彼女は語った。

「今後のミッションは南極地域をターゲットにしています。軌道データセットからわかるように、極地域は赤道地域よりも宇宙風化が激しくないと考えられます。そのため、南極地域から持ち帰られるサンプルは、同じ同位体を調べて、異なるものを測定できるかどうかを確認するために間違いなく使用できます。」