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アポロのデータと最新データで探る月の内部構造

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40年前のアポロ計画で得られたデータと月探査機「グレイル」による測定などから月の内部構造が推定され、「マントルオーバーターン仮説」と呼ばれる月の形成史を支持する結果が得られた。

【2015年12月22日 国立天文台 RISE月惑星探査検討室】

月の内部構造を知ることは、月の誕生や進化を理解する鍵の一つである。約40年前に実施されたアポロ計画の観測で月にも地震がある（月震）ことがわかり、そのデータから月の内部構造の研究が進んだが、月の表面から約1200kmより深い部分（中心から540km以内の部分）については不確かさが残ったままだった。

月の内部構造を知る手がかりは、月の回転や変形を詳しく調べることからも得られる。月の回転はアポロ時代からレーザーで観測され続けており、月の変形に伴うわずかな重力変化は近年NASAの探査機「グレイル」によって高精度に観測され、これらの測月観測から、月の変形のしやすさや内部の密度分布についての情報が得られてきた。しかし、最新の測月データと月震データを組み合わせた月内部構造の研究はされていなかった。

国立天文台の松本晃治さんたちの研究チームは、月震データと最新の測月データとの双方を説明できる新しい月の内部構造モデルを構築した。このモデルでは先行研究の結果と比べて、マントルの底にあると考えられる軟らかい層がより厚く、密度がより大きい。

月内部構造の概略図
月内部構造の概略図（提供：国立天文台）

新しいモデルの密度は「マントルオーバーターン仮説」と呼ばれる月の進化理論に一致するものだ。作られたばかりの月には大規模な融けたマグマの海があり、それが冷えるにしたがってマントルを作る岩石が沈んでいったと考えられている。岩石中のチタンは融けた部分に残りやすく、マグマの海が固化する最終段階ではチタンを多く含む層はマントル上部に作られるが、チタンに富む層は下層に比べて重いため深部に沈みはじめ、最終的にはマントルの層構造が反転した可能性が指摘されている。このマントルオーバーターンが起こったと考えれば、マントルの密度が高いことが説明できるという。

今回の研究ではアポロのデータと最新データから、月の進化の議論につながる内部構造モデルが導かれた。軟らかい層の厚さについてはさらにデータを積み重ね、月中心付近にある核の大きさや、月の起源・進化の議論を深めたいとしている。

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