月のレゴリス

月のレゴリスは、月の表面と月の希薄な大気中に見られる固められていない物質です。月の土と呼ばれることもありますが、月の土は特に 1 cm 未満のレゴリスの成分を指します。地球の土壌とは特性が大きく異なります。

月の細かい表層である月のレゴリスは、月の表面で活動する弱い自然現象によっても取り上げられ、月のわずかな大気の一部となる。それは簡単にかき乱され、露出した機器や人間の健康に重大な危険をもたらす。月の細かいレゴリスは鋭く非常に粘着性の高い粒子でできており、独特の火薬の味と匂いがある。月のレゴリスは、月の建築材料や月面での植物栽培用のレゴリスなど、特に月の現地利用のための月の資源として期待されている。

月の表土は主に機械的風化の結果である。数十億年にわたる継続的な隕石衝突と太陽および星間荷電原子粒子による月面への衝撃により、月の表土である玄武岩と斜長岩は次第に細かい物質に砕け散った。この状況は、分子状酸素（O ₂）、湿度、大気の風、そして多数の生物学的プロセス の存在によって媒介される地球上の土壌形成とは根本的に対照的である。

月の土は通常、直径1cm以下の粒子で構成される月のレゴリスのより細かい部分のみを指しますが、しばしば互換的に使用されます。 ^[1] 月の塵は一般的に月の土よりもさらに細かい物質を意味します。どのサイズの割合が「塵」を構成するかについての公式の定義はありません。 直径50μm未満をカットオフとする人もいれば、10μm未満とする人もいます。^{[引用が必要]}

月のレゴリスの形成に関わる主なプロセスは以下のとおりです。^[要出典]

• 粉砕：隕石や微小隕石の衝突により岩石や鉱物がより小さな粒子に機械的に破壊されること。
• 凝集：微小隕石の衝突によって生成されたガラスによって鉱物と岩石の破片が融合すること。
• イオンと高エネルギー粒子の衝突によって引き起こされる太陽風のスパッタリングと宇宙線の破砕。

これらのプロセスにより、時間の経過とともに土の物理的および光学的特性が変化し続け、宇宙風化として知られています。

さらに、火山の溶岩が舞い上がり、冷えて小さなガラス玉になり、再び地表に落ちる火の噴出によって、アポロ17号がトーラス・リトロウ渓谷のショーティークレーターで発見したオレンジ色の土や、アポロ15号がハドレー・アペニンで発見した緑色のガラスなど、いくつかの場所では小さいながらも重要な堆積物が形成されることがある。^[要出典]火山玉の堆積物は、月の他の場所にある暗黒マントル堆積物 (DMD) の起源でもあると考えられている。^[2]

月には、絶えず月の表面から跳ね上がっては月の表面に戻ってきている、動く塵の粒子の薄い層があり、静止しているように見えるが、絶えず動いている塵の粒子で構成されている「塵の大気」が生じているという証拠がいくつかある。「月の噴水」という用語は、噴水の水分子の流れが弾道軌道をたどりながら、流れが一定であるため静止しているように見えることとの類似性から、この効果を説明するために使用されている。2005年にNASAゴダード宇宙飛行センターの地球外物理学研究所によって提案されたモデルによると、^[3]これは静電浮揚によって引き起こされる。月の昼間の側では、太陽の硬紫外線とX線放射は、月の表土の原子と分子から電子を叩き出すのに十分なエネルギーを持っている。正電荷が蓄積し、月塵の最も小さな粒子（1マイクロメートル以下）は表面からはじかれ、数メートルから数キロメートルの高さまで舞い上がり、最も小さな粒子は最高高度に達する。最終的にそれらは表面に向かって落下し、そこでこのプロセスが繰り返される。夜側では、塵は太陽風からの電子によって負に帯電する。実際、ファウンテンモデルは、夜側は昼側よりも大きな電圧差を達成し、塵粒子をさらに高い高度まで打ち上げる可能性があることを示唆している。 ^{[4]この効果は、月が地球の}磁気圏尾部（月の磁場の一部）を通過する軌道の部分でさらに強まる可能性がある。^[5]境界線上では、昼と夜の領域の間に大きな水平電界が形成され、水平方向の塵輸送、つまり「月の嵐」が発生する可能性がある。^{[4] [6]}

この効果は、1956年にSF作家ハル・クレメントが『アスタウンディング・サイエンス・フィクション』誌に掲載した短編小説「ダスト・ラグ」で予測されていた。^[4]

この効果にはいくつかの証拠がある。1960年代初頭、月面に軟着陸したサーベイヤー7号^[7]とそれ以前の数機のサーベイヤー宇宙船は、太陽が沈んだ後も月の地平線上低いところに残る紛れもない薄明りの写真を送った。 ^[4]さらに、大気のもやのない空気のない状態という予想に反して、陸地と空の間の遠くの地平線は、非常に鮮明には見えなかった。1972年に月を周回していたアポロ17号の宇宙飛行士は、月の日の出または日の入りの約10秒間、「帯」、「流線」、「薄明光線」と彼らが呼んでいたものを繰り返し見てスケッチした。このような光線は、アポロ8号、10号、15号に乗った宇宙飛行士からも報告されている。これらは、地球の薄明光線に似ていたのかもしれない。^[4]

アポロ17号は、月面にLEAM（Lunar Ejecta and Meteoritesの略）と呼ばれる実験装置も設置した。これは、月面に衝突した小さな隕石によって巻き上げられた塵を探すために設計された。上、東、西にそれぞれ1つずつ、微粒子の速度、エネルギー、方向を記録できる3つのセンサーが搭載されていた。LEAMは毎朝、多数の粒子を観測したが、そのほとんどは上や下からではなく東または西から来ており、月の噴出物として予想される速度よりも遅いものが多かった。さらに、月が日の出るたびに数時間後に実験装置の温度が100度近くまで上昇したため、過熱していたため一時的に電源を切らなければならなかった。これは、帯電した月の塵がLEAMに付着して表面が暗くなり、実験装置が太陽光を反射せずに吸収したためではないかと推測されている。^[6]しかし、LEAMはアポロ計画が終了する前に短期間しか運用されていなかったため、科学者たちは問題の原因を明確に特定することができませんでした。^[8]

これらの嵐は地球から観測された可能性があります。何世紀にもわたり、月面の奇妙な光が「一過性月現象」または TLP として報告されてきました。一部の TLP は瞬間的な閃光として観測され、現在では月面に衝突した流星の目に見える証拠であると一般に認められています。しかし、他の TLP は不定形の赤みがかったまたは白みがかった輝きとして現れたり、数秒または数分で形が変わったり消えたりする薄暗いもやの領域として現れたりします。これらは、浮遊する月の塵に太陽光が反射した結果である可能性があります。^[6]

月には微かな大気があるが、人間の活動による交通や影響により、月の表土の雲が月の広範囲に広がり、月の本来の状態や特別な科学的内容を汚染する可能性がある。^[9]

無数の隕石の衝突（速度は 20 km/s 程度）により、月の表面は薄い塵の層で覆われています。塵は帯電しており、接触したあらゆる表面に付着します。

月の表土の密度は約1.5g/cm3で^、深さとともに増加します。^[10]

月の表土の特性に影響を与える可能性のある他の要因としては、大きな温度 差、完全な真空の存在、そして顕著な月の磁場の欠如などがあり、それによって帯電した太陽風粒子が月の表面に継続的に衝突すること が可能になります。

月のレゴリスの組成は、その上にある母岩の組成を反映している。時間の経過とともに、衝突プロセスによって物質は垂直方向と水平方向の両方で混合される（「ガーデニング」と呼ばれるプロセス）。海と高地のレゴリスは異なる組成を持っているが、それらの鉱物目録は非常に似ており、むしろ鉱物相の比率の違いを表している。月のレゴリスで確認されている主な鉱物は、斜長石、オリビン、オージャイト、斜方輝石、ピジョン輝石、イルメナイト、クロマイト、石英、クリストバライト、およびホイットロック石である。^[11]ガラスは月のレゴリスに豊富で、衝突による溶融の結果として形成される。氷は、永久に日陰になっているクレーター内の重要な鉱物である。^[12]月のレゴリスは、その組成に基づいて高地と海に分けられ、さらにイルメナイト含有量に基づいてチタンの含有量が高い、低い、および非常に低いものに分けられる。^[13]

外部からの物質の寄与は比較的小さい（放射状システム以外）ため、特定の場所の土の組成は主にその地域の岩盤の組成を反映している。月の表土は使用済みの火薬のような味と匂いがすると報告されている。^[14]

月のレゴリスは、岩石の破片、単一鉱物の破片、凝集粒子、火山性および衝突球状物を含むさまざまな種類のガラスなど、さまざまな種類の粒子で構成されています。^[15]凝集粒子は、微小隕石の衝突によって月の表面で形成され、小規模な溶融を引き起こし、各塵粒子のガラス質の殻に埋め込まれた元素鉄の小さな粒子と隣接する物質を融合させます。^[16]

月のレゴリスと地球の物質の土の化学的性質には、主に2つの違いがある。1つ目は、月が非常に乾燥していることである。その結果、粘土、雲母、角閃石など、構造の一部として水を含む鉱物（鉱物の水和）は、月の表面には存在しない。^[17] 2つ目の違いは、月のレゴリスと地殻は、地球の地殻のように著しく酸化されるのではなく、化学的に還元されていることである。レゴリスの場合、これは部分的には、月の表面が太陽風からの陽子によって絶えず衝突されているためである。その結果、月の鉄は元素（0）および陽イオン（+2）の酸化状態で見つかるのに対し、^[18]地球上の鉄は主に+2および+3の酸化状態で見つかる。

2005 年の NASA の調査では、人類が火星探検を行う前にさらに調査する必要がある 20 のリスクがリストアップされ、「塵」が最大の課題として挙げられました。このレポートでは、塵の機械的特性、腐食性、ざらつき、電気システムへの影響について調査するよう促しています。ほとんどの科学者は、これらの疑問に確実に答える唯一の方法は、宇宙飛行士を打ち上げるかなり前に火星の土や岩のサンプルを地球に持ち帰ることだと考えています。^[8]

この報告書は火星の塵について言及しているが、月の塵についても同様に懸念される。月面で見つかった塵は、人類の基地の技術や乗組員に有害な影響を及ぼす可能性がある。^{[20] [21] [22]}

• 表面が暗くなり、放射熱伝達が大幅に増加します。
• 塵粒子の研磨性により、摩擦によって表面が擦れて磨耗する可能性があります。
• 宇宙、光学レンズ、太陽電池パネル、窓、配線などから機器を密閉するためのガスケットに使用されるコーティングに悪影響を及ぼします。
• 宇宙飛行士の肺、神経系、心臓血管系に損傷が生じる可能性がある。
• 小さな塵粒子が宇宙環境にさらされることによって、宇宙服のアーク放電のリスクが高まる可能性があります。

宇宙衛生の原則は、月面探査中に月の塵にさらされるリスクを評価し、それによって曝露を制御するための最も適切な対策を決定するために使用されるべきである。これには、3段階のエアロックで宇宙服を脱ぐこと、脱ぐ前に磁石で宇宙服を「真空にする」こと^[23]、高効率粒子フィルターを備えた局所排気装置を使用して宇宙船の大気から塵を取り除くことが含まれる。^[24]

月の塵の有害な性質はよくわかっていません。地球で見つかった塵の研究に基づくと、月の塵にさらされると、急性および慢性の両方で健康へのリスクが大きくなることが予想されます。これは、月の塵が地球の塵よりも化学的に反応性が高く、より鋭いギザギザの縁で構成された表面積が大きいためです。^[25]化学的に反応性の高い粒子が肺に沈着すると、呼吸器疾患を引き起こす可能性があります。塵に長期間さらされると、珪肺症に似たより深刻な呼吸器疾患を引き起こす可能性があります。月面探査中、宇宙飛行士の宇宙服は月の塵で汚染されます。宇宙服を脱ぐと、塵は大気中に放出されます。曝露を軽減するために使用される方法には、エアロック内の高い空気循環率の提供、「二重殻宇宙服」の使用、ダストシールドの使用、高品質の磁気分離の使用、および太陽フラックスを使用してレゴリスを焼結および溶解することが含まれます。^{[26] [27] [28]}

アポロ計画中に人間が月の塵にさらされたという逸話的な報告は、月の塵が有毒な性質を持っていることを示唆している。各船外活動の後、乗組員のモジュールは塵でひどく汚染され、多くの宇宙飛行士が咳、喉の炎症、涙目、視界のぼやけを報告し、おそらくパフォーマンスが低下した。回収後にカプセル内部にさらされた航空医は、月の塵に対するアレルギー反応と思われる症状を発症し、さらされるたびに症状が悪化した。月の塵の明らかな毒性効果は、計画後に包括的に研究されることはなく、宇宙船を汚染した塵の濃度は不明である。いずれの場合も、症状は24時間以内に解消し、飛行後の肺検査では宇宙飛行士に永続的な影響は見られなかった。^[29]

月の土壌を構造物の建設に利用できる可能性は、少なくともルナクリートの提案以来提案されており、テストも進められている。^{[30] [31]}

地球の土壌と月の土壌の違いにより、植物はそこでは育ちにくい。^{[32] [33]}その結果、長期の宇宙ミッションでは、地球の土壌を輸入したり、月のレゴリスを化学的に処理して重金属を除去し鉄原子を酸化したり、過酷な月のレゴリスに適応した植物の品種を選択的に繁殖させたりといった、食糧を供給するために複雑で費用のかかる取り組みが必要になる可能性がある。^{[32] [33]} そのため、月のレゴリスはテストされており、地球上の実験室でそこから植物を育てることに成功している。^[34]

アポロ宇宙飛行士は、6つの着陸地点から約360キログラム（790ポンド）の月の岩石を持ち帰りました。この物質は真空パックされたボトルで隔離されましたが、詳細な化学分析や機械分析には使用できなくなりました。砂粒が真空ボトルのナイフエッジインジウムシールを劣化させ、空気が徐々に漏れ出しました。月から持ち帰ったすべてのサンプルは、地球の空気と湿気で汚染されています。塵は錆びて緑青を帯び、地球の水と酸素分子と結合した結果、化学反応性が失われています。土の化学的および静電的特性は、将来の宇宙飛行士が月で遭遇するものとはもはや一致しません。^[8]

月の塵に汚染された品々がようやく一般に公開されたのは、2014年に米国政府が宇宙飛行士が所有し収集した私的資料の販売を承認した時だった^[35]。それ以来、月面で32時間以上過ごした後に収集された本物の月塵を使った品物が販売されたのは1点のみである。アポロ12号のミッションでチャールズ・「ピート」・コンラッドが着用した宇宙服の一部で、月の要素に32時間さらされた荷物ストラップが、彼の遺産相続人によってオークションで個人購入者に売却された。^[36] 2017年にはニール・アームストロングが1969年に収集した月のレゴリスがオークションに出品された。^[37]多くの宝飾品や時計メーカーが自社製品に「月塵」が含まれていると主張しているが、製品には月から発生したと考えられている隕石の破片や塵しか含まれていない。 2020年9月11日、NASAは、民間サプライヤーから月のレゴリスを購入する提案を募集することで、月のレゴリスの市場を創出する用意があると発表した。^[38] 2022年5月、科学者は月のレゴリスを使用して植物を育てることに成功した。シロイヌナズナ（Arabidopsis thaliana）は、地球上で他の天体のレゴリスで発芽し、成長した最初の植物でした。^[39]

2020年12月16日、中国の嫦娥5号は月から採取した約2キログラムの岩石と土を持ち地球に帰還した。これは1976年以来初めて地球に持ち帰られた月の表土サンプルである。中国はこのような物質を地球に持ち帰った世界で3番目の国である。^[40]

嫦娥5号は中国の月探査計画 の第一段階の一部である。嫦娥6号は2024年に月の裏側からサンプルを収集し持ち帰った。^{[41] [42]}この計画のこの段階ではまだ2つのプロジェクトが残っている（2024年の嫦娥7号と2027年の嫦娥8号）。計画の第二段階は、2030年から2039年の間に中国の宇宙飛行士を月に着陸させることである。

• 月の資源
• 月の地形
• 月面写真
• 月のナトリウムの尾

ウィキメディア・コモンズには、月の土壌に関連するメディアがあります。

• 月の土壌の地質工学的特性
• 月の土壌のパラメータ 月惑星研究所
• 40年ぶりに発見：太陽高度が月塵の危険に影響を及ぼす