月には本当に水があるんだ！ ?つまり…

最近、中国の科学者らは、中国の嫦娥5号ミッションによって持ち帰られた月の土壌サンプルの中に、水分子とアンモニウムを豊富に含む未知の鉱物結晶を発見し、月面に水分子が実際に存在するという決定的な証拠を示した。この「月の水」は私たちがよく知っている水とどう違うのでしょうか？これは将来、月で野菜を栽培できるようになることを意味するのでしょうか?

月面における水分を含む鉱物の形成の図。 （写真提供：中国科学院物理研究所）

01 月の水とはどんな水ですか？

水は地球上で最も一般的な物質の一つであり、通常は液体、固体、または気体の状態で存在します。しかし、月に水が存在するかどうかは、研究者たちが競って探究してきた目標であり続けている。 2022年、我が国の科学研究チームは嫦娥5号に搭載された「月鉱物分光計」の検出データを研究し、月面の原位置条件下での水分含有量を初めて取得しました。月の土壌1トンには約120グラムの「水」があり、岩石1トンには約180グラムの「水」があります。しかし、これはまだ確固たる証拠ではありません。この研究は月面に水が存在することを確認したものの、この水が月本来の水であるかどうか、またこの水が「水酸化」なのか「水分子」なのかは明らかにしなかった。

月には温度を調節する大気も磁場による保護もないことはわかっています。日中、垂直の太陽光の下での月面の最高気温は127℃に達し、昼夜の最大気温差は330℃を超えます。研究者らはこれまで、月の水は主に太陽風や隕石・小惑星の衝突によって「吹き飛ばされた」粒子の流れから生じ、低温で日光が当たらない永久影の領域に分布していると信じていた。

しかし、今回月の土壌で発見された水は普通のものではありません！嫦娥5号がこれまでで最も高緯度の月の土壌サンプルから、研究者らは未知の鉱物結晶、塩化アンモニウムマグネシウム六水和物（ULM-1）を発見した。単結晶回折と化学分析に基づいて、研究者らは鉱物の組成が

水和物には、多数の水分子とアンモニウムが含まれています。直接液体の水や氷ではないものの、鉱物中の水分子の質量比は41％と高く、鉱物1トンあたり約410キログラムの水分子が含まれており、加熱条件下では水蒸気の形で逃げることもできます。

ULM-1の写真と構成。 a. CE5 土壌サンプルの写真、b。 ULM-1 単結晶の写真、c. EDSスペクトル、d。 EPMA スペクトル、e.ラマンスペクトル、f。 IRスペクトル。 （写真提供：中国科学院物理研究所）

02 科学者たちはなぜ月の水の探索にそれほどこだわるのでしょうか?

水は生命の基本的な保証の一つであり、地球型惑星の地質学的進化においてさらに重要な役割を果たしています。人類が月面に着陸したのは1960年代初頭ですが、月の水は月の地質構造、形成、進化を理解する上で、また将来の資源開発や月面基地の建設にとっても、非常に大きな科学的研究価値と意義を持っています。

科学者たちは月リモートセンシングを通じて水分子と水酸基の存在を測定してきましたが、惑星の物質組成についてさらに詳しく知りたい場合は、当然ながらサンプルを収集するのが最善の方法です。科学者たちはこれまで、米国のアポロ宇宙船が持ち帰った月の岩石サンプルを分析した際にマグマ水を発見していたが、そのサンプルは地球によって「汚染」されていると常に考えていた。月のサンプルの貴重さと、サンプルの完全性と安全性を確保するための高い基準ゆえに、研究者はサンプルの採取、梱包、輸送からキャビンの開封、引き渡しまでの全プロセスで不注意になる余裕はありません。

嫦娥5号が収集したサンプルは、保護用の窒素が充填された密閉装置に保管されます。科学者たちは、月の土壌サンプルを処理する際に、特別な保管施設やサンプル処理・分析実験室も利用し、月の土壌サンプルができるだけ汚染されないようにし、科学研究結果の信頼性を高めます。

ULM-1の分析では、研究者らは地上の汚染やロケットの排気ガスなどの外部要因を排除し、さらに鉱物の塩素同位体組成が月の鉱物のそれと一致していることを確認した。さらに、この水和物の形成には一定の温度と複雑な大気条件が必要であり、これによっても人的要因による干渉が排除されます。それらは月の土壌から来た「本物の」水分子であることが確認されました。

月衝突説によれば、月は太陽系の初期に火星サイズの物体（通常「テイア」または「テイア」と呼ばれる）が地球に高速で衝突して形成されたとされている。月の岩石、特に月の表面で形成される岩石は、主に火山活動中にマグマが冷えて固まることによって形成されます。今回発見された鉱物結晶には地質時代にすでに形成された含水鉱物が含まれており、月のマグマ活動や熱進化を理解する上で大きな意義がある。

さらに驚くべきことは、研究者らが月面上の水分子の形態の一つとして水和塩がある可能性を発見したことだ。これは、月面の太陽光が当たる領域で水和塩が長期間安定して存在できることをさらに証明し、月資源の利用と探査の展望を広げるものだ。

03 月には水があります。近い将来、月で野菜を栽培できるようになるということでしょうか？

今回発見された水和物にはアンモニウムが豊富に含まれており、カリウムも少量含まれているため、人類が月で農作物を栽培できるようになるのは時間の問題だと多くの人が考えています。しかし、月面基地の建設を始めるには、まずハイドレートが豊富に存在する地域を見つけなければなりません。第二に、月面の過酷な環境や、輸送や生命維持システムなどの機器の運用におけるさまざまな困難を克服しなければなりません。したがって、現時点では月面上で植物や作物の自然な成長をサポートすることは不可能です。

科学技術の進歩と月探査ミッションの継続的な深化により、月での「野菜栽培」は将来的にさらに実現可能となり、エネルギー開発と利用、惑星研究の実現、さらには宇宙における人類の生存と発展への新たな道を切り開くことになるでしょう。

専門家：劉勇、中国宇宙科学普及大使、中国科学院国家宇宙科学センター研究員、中国宇宙科学学会科学普及委員会委員長

査読者: 金世鋒 中国科学院物理研究所/北京国家凝縮物性研究センター 准研究員

制作：中国科学普及協会