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月のレゴリスは、月の表面および月の希薄な大気中に存在する未固結物質です。月の土壌は通常、直径1cm以下の粒子からな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 ]月の土壌は、地球の土壌とは性質が大きく異なります。月の塵は、月の土壌よりもさらに細かいレゴリスで、粒径は1ミリメートル未満です。[ 2 ]
月面レゴリスは主に機械的風化作用によって形成されたものです。数十億年にわたる隕石の衝突や、太陽および星間からの荷電原子粒子の月面への絶え間ない照射によって、月のレゴリスである玄武岩質および斜長岩質の岩石は次第に細かく砕かれてきました。この状況は、分子状酸素（O₂ ）、湿度、大気風、そして多様な生物学的プロセスによって媒介される地球上の土壌形成とは根本的に異なります。
月面の微細な表層であるレゴリスは、月面で発生する微弱な自然現象によっても巻き上げられ、月のわずかな大気の一部を形成します。レゴリスは容易に乱れやすく、露出した機器や人間の健康に重大な危険をもたらします。微細なレゴリスは、鋭利で非常に粘着性の高い粒子で構成されており、独特の火薬のような味と臭いがあります。レゴリスは、月面の建材や月面での植物栽培用レゴリスなど、特に月面現地利用のための月資源として有望視されています。
月面レゴリスの形成に関わる主なプロセスは次のとおりです。[ 3 ]
これらのプロセスは時間の経過とともに土の物理的および光学的特性を変化させ続け、これは宇宙風化として知られています。
さらに、火山噴水現象（火山溶岩が噴き上がり、小さなガラスビーズとなって冷え固まり、再び地表に落下する現象）によって、場所によっては小さくても重要な堆積物が形成されることがある。例えば、アポロ17号がタウルス・リトロー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が挙げられる。火山ビーズの堆積物は、月の周りの他の場所にあるダークマントル堆積物（DMD）の起源とも考えられている。[ 4 ]
月には、月の表面から絶えず飛び上がり、再び落下する、動き続ける塵粒子の薄い層が存在し、静止しているように見えるが、絶えず動いている塵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。噴水の中の水分子の流れが、流れが一定であるため静止しているように見えるが、弾道軌道を描いて流れている様子になぞらえて、この効果を「月の噴水」と表現する用語が使われている。NASAのゴダード宇宙飛行センターの地球外物理学研究所が2005年に提案したモデル[ 5 ]によると、これは静電浮揚によって引き起こされる。月の昼側の面では、太陽からの強い紫外線とX線放射が、月のレゴリス中の原子や分子から電子をはじき出すのに十分なエネルギーを持っている。正電荷が蓄積され、月の塵の最小粒子（1マイクロメートル以下）が表面から反発され、数メートルから数キロメートルの高さまで舞い上がり、最小の粒子ほど高度が高くなります。最終的に、それらは表面に向かって落下し、このプロセスが繰り返されます。夜側では、塵は太陽風からの電子によって負に帯電します。実際、噴水モデルは、夜側が昼側よりも大きな電気張力差を達成し、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ます。[ 6 ]この効果は、月の軌道上で地球の磁気尾部（月の磁場の一部）を通過する部分でさらに強まる可能性があります。[ 7 ]明暗境界線では、昼と夜の領域の間に大きな水平方向の電場が形成され、水平方向の塵の輸送、つまり「月の嵐」の一種が発生する可能性があります。[ 6 ] [ 8 ]
この効果は、1956年にSF作家のハル・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』に掲載された短編小説「ダスト・ラグ」で予見していた。[ 6 ]
この効果を示す証拠がいくつかあります。1960年代初頭、サーベイヤー7号[ 9 ]とそれ以前の数機のサーベイヤー探査機が月面に軟着陸し、太陽が沈んだ後も月の地平線近くに紛れもない薄明の光が残っていることを示す写真を送り返しました。[ 6 ]さらに、大気のもやがない無空気状態という予想に反して、陸と空の間の遠くの地平線はカミソリのようにくっきりしては見えませんでした。1972年に月を周回していたアポロ17号の宇宙飛行士は、月の日の出または月の日の入りの約10秒前に、さまざまな呼び方で「帯」、「筋」、「薄明光線」と呼ばれるものを繰り返し見てスケッチしました。このような光線は、アポロ8号、10号、15号の宇宙飛行士によっても報告されています。これらは地球の薄明光線に似ていた可能性があります。 [ 6 ]
アポロ17号は、月面にLEAM（月面噴出物および隕石）と呼ばれる実験装置も設置しました。これは、月面に衝突した小さな流星体によって巻き上げられた塵を探すために設計されたものです。LEAMには、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おり、それぞれ上、東、西を向いていました。LEAMは毎朝、大量の粒子を観測しましたが、それらは主に上や下ではなく東または西から飛来し、月面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のです。さらに、実験装置の温度は毎月の日の出から数時間後に摂氏100度近くまで上昇したため、過熱を防ぐために一時的に電源を切る必要がありました。これは、帯電した月の塵がLEAMに付着し、表面が暗くなったことで、実験装置が太陽光を反射するのではなく吸収したためではないかと推測されています。[ 8 ]しかし、LEAMはアポロ計画終了前に短期間しか稼働していなかったため、科学者たちは問題の原因を明確に特定することができなかった。[ 10 ]
これらの嵐は地球から観測された可能性がある。何世紀にもわたり、月面で奇妙な光が観測されたという報告があり、これらは「一時的な月面現象」またはTLPとして知られている。TLPの中には瞬間的な閃光として観測されたものもあり、現在では流星体が月面に衝突した証拠として一般的に認められている。しかし、他のTLPは、不定形の赤みがかった光や白っぽい光、あるいは数秒から数分かけて形を変えたり消えたりする薄暗い霞んだ領域として現れた。これらは、浮遊する月の塵から反射した太陽光の結果である可能性がある。[ 8 ]
月にはかすかな大気があるものの、月面における交通や人間の活動の影響により、月のレゴリスの雲が月全体に広がり、月の本来の状態や特別な科学的内容が汚染される可能性がある。[ 11 ]
数え切れないほどの隕石の衝突（速度は秒速20キロメートルにも及ぶ）により 、月の表面は薄い塵の層で覆われている。この塵は静電気を帯びており、接触したあらゆる表面に付着する。
月面レゴリスの密度は約1.5 g/cm 3で、深さとともに増加する。[ 12 ]
月面レゴリスの特性に影響を与える可能性のあるその他の要因としては、大きな温度差、完全な真空状態の存在、そして顕著な月面磁場の欠如などが挙げられ、これらによって帯電した太陽風粒子が継続的に月面に衝突することが可能となる。
月の岩石と土壌の組成の98～99%は、酸素（41～45%）、ケイ素（Si）、アルミニウム（Al）、カルシウム（Ca）、鉄（Fe）、マグネシウム（Mg）、チタン（Ti）の7つの元素で構成されています。残りの1～2%のほぼすべては、マンガン（Mn）、ナトリウム（Na）、カリウム（K）、リン（P）です。[ 13 ]
月面レゴリスの組成は、その上にある母岩の組成を反映しています。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ます（「ガーデニング」として知られるプロセス）。月の海と高地のレゴリスは組成が異なりますが、鉱物組成は非常に似ており、鉱物相の比率の違いを表しています。月のレゴリスで確認されている主な鉱物は、斜長石、カンラン石、普通輝石、斜方輝石、ピジョン輝石、イルメナイト、クロム鉄鉱、石英、クリストバライト、およびウィットロカイトです。[ 14 ]ガラスは月のレゴリスに豊富に存在し、衝突による融解の結果として形成されます。氷は、永久に日陰になっているクレーターで重要な鉱物です。[ 15 ]月面レゴリスは、その組成に基づいて高地と月の海に分けられ、さらにイルメナイト含有量に基づいて高チタン、低チタン、および非常に低チタンに分けられます。[ 16 ]
外部からの物質の寄与は（光線系以外では）比較的小さいため、特定の場所の土壌組成は、その地域の岩盤組成をほぼ反映している。月のレゴリスは、使用済みの火薬の味と匂いがすると報告されている。[ 17 ]
月面レゴリスは、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粒子などのさまざまな種類のガラスを含む、さまざまなタイプの粒子で構成されています。[ 18 ]凝集粒子は、微小隕石の衝突によって月面で形成され、小規模な溶融を引き起こし、隣接する物質を融合させ、各塵粒子のガラス質の殻に埋め込まれた微細な元素鉄の粒子を結合させます。[ 19 ]
月面レゴリスと土の化学組成は、地球の物質とは主に2つの点で異なります。1つ目は、月が非常に乾燥していることです。そのため、粘土、雲母、角閃石など、構造の一部に水を含む鉱物（鉱物の水和）は月面には存在しません。[ 20 ] 2つ目は、月のレゴリスと地殻は、地球の地殻のように大き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す。レゴリスの場合、これは部分的には、太陽風からの陽子が月面に絶えず衝突していることに起因します。その結果、月面の鉄は元素（0）と陽イオン（+2）の酸化状態で存在しますが、[ 21 ]地球の鉄は主に+2と+3の酸化状態で存在します。
2005年のNASAの調査では、人類が火星探査に着手する前にさらに調査が必要な20のリスクが挙げられ、「塵」が最大の課題として挙げられた。報告書は、塵の機械的特性、腐食性、ざらつき、電気系統への影響を調査するよう促した。ほとんどの科学者は、これらの疑問に決定的に答える唯一の方法は、宇宙飛行士を打ち上げるずっと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る。[ 10 ]
その報告書は火星の塵について言及していたが、懸念は月の塵に関しても同様に妥当である。月面に存在する塵は、人間の前哨基地の技術や乗組員に有害な影響を与える可能性がある。[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]
宇宙衛生の原則は、月面探査中の月面塵への曝露リスクを評価し、それによって曝露を制御するための最も適切な措置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「真空引き」すること[ 26 ]、宇宙船の大気から塵を除去するために高効率粒子フィルターを備えた局所排気換気を使用することなどが含まれる可能性がある[ 27 ] 。
月の塵の有害性はよく分かっていません。地球で発見された塵の研究に基づくと、月の塵への曝露は、急性および慢性の曝露の両方から健康へのより大きなリスクをもたらすと予想されます。これは、月の塵が地球の塵よりも化学的に反応性が高く、鋭利なギザギザの縁で構成された表面積が大きいためです。[ 28 ]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。塵への長期曝露は、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、エアロックで高い空気再循環率を提供すること、「ダブルシェル宇宙服」を使用すること、ダストシールドを使用すること、高グレードの磁気分離を使用すること、太陽光束を使用してレゴリスを焼結および溶融することが含まれます。[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]
アポロ計画中に人間が月面塵に曝露したという逸話的な報告は、月面塵に毒性があることを示唆している。船外活動の後、乗組員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、喉の痛み、涙目、視界のぼやけを報告しており、おそらくパフォーマンスが低下したと思われる。回復後にカプセル内部に曝露したフライトサージョンは、月面塵に対するアレルギー反応と思われる症状を発症し、曝露のたびに悪化した。月面塵の明らかな毒性影響は、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。[ 32 ]
月面土壌を構造物建設に利用する可能性は、少なくともルナクリートの提案以来提唱されており、ますます検証が進められている。[ 33 ] [ 34 ]
地球と月の土壌の違いにより、植物は生育に苦労する。[ 35 ] [ 36 ]その結果、長期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処理して重金属を除去し、鉄原子を酸化させたり、月のレゴリスの過酷な環境に適応した植物の系統を選択的に育種したりするなど、食料供給の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。[ 35 ] [ 36 ]月のレゴリスは、地球上で植物を支えることができることが試験で実証されている。[ 37 ]
アポロ宇宙飛行士は、6か所の着陸地点から約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に隔離されていますが、現在では詳細な化学分析や機械分析には使用できません。ざらざらした粒子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、空気が徐々に漏れ込んでいるためです。月から持ち帰られたすべてのサンプルは、地球の空気と湿気によって汚染されています。塵には錆の緑青が生じ、地球の水や酸素分子と結合したため、化学反応性が失われています。この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。[ 10 ]
月の塵で汚染された品物が一般に販売されるようになったのは、2014年に米国政府が宇宙飛行士が所有・収集した私物の販売を承認した時である[ 38 ]。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の塵を使用して販売用に製造された品物は1つだけである。アポロ12号ミッションでチャールズ・「ピート」・コンラッドの宇宙服の一部である、月の環境に32時間さらされた荷物ストラップが、彼の遺族によってオークションで個人購入者に売却された[ 39 ] 。2017年には、1969年にニール・アームストロングが収集した月のレゴリスがオークションに出品された[ 40 ] 。多くのジュエリーメーカーや時計メーカーは自社製品に「月の塵」が含まれていると主張しているが、製品には月が起源であると考えられている隕石の破片や塵が含まれているだけである。 2020年9月11日、NASAは商業サプライヤーから月面レゴリスを購入するための提案を募ることで、月面レゴリスの市場を創出する意向であることを発表した。[ 41 ] 2022年5月、科学者たちは月面レゴリスを使って植物を育てることに成功した。シロイヌナズナ（Arabidopsis thaliana）は、他の天体のレゴリスで地球上で発芽・成長した最初の植物となった。[ 42 ]
2020年12月16日、中国の嫦娥5号ミッションは、月面から採取した約2キログラムの岩石と土を携えて地球に帰還した。これは1972年以来、地球に持ち帰られた最初の月のレゴリスサンプルである。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。[ 43 ]
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採取して持ち帰った。 [ 44 ] [ 45 ]この段階の計画にはまだ2つのプロジェクトが残っている（2026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。
アポロ17号サンプル77051の月面塵の粒径分布は、SEM画像解析を用いて決定された。粒径分布データは、約300nm付近に単一のモードを持つ近似ガウス分布を示す。高多孔性の「スイスチーズ」粒子の再活性化表面積は、球体よりも約26%大きい。塵粒子の形態は、1)球形、2)角張ったブロック、3)ガラス片、4)不規則（ロープ状またはスイスチーズ状）の4種類に基づいて分類されている。これらのデータは、医学研究者が人間の月面塵吸入による毒性影響を研究する上で役立つだろう。
月の塵は酸素や金属の潜在的な供給源として称賛されている一方で、医師たちは、最も小さな粒子が宇宙飛行士の肺に付着し、長期的な健康被害を引き起こす可能性があると懸念している。