国立天文台など、月の内部構造の推定で「マントルオーダーターン仮説」を支持

宇宙 科学

研究に基づく月内部構造の概略図
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国立天文台、北海道大学、宇宙航空研究開発機構(JAXA)、大阪大学の研究者から成る研究チームは、アポロ月震データと最新の測月データとを組み合わせて、月の内部構造を推定した。

推定の結果、これまでの研究と比較して、マントル下部の軟らかい層がより厚く、その密度がより大きいモデルで観測値がうまく説明できることが分かった。今回の研究結果は、月の歴史の初期にマントルの上部に形成されたチタンに富んだ重い層が、その後マントルの深部に沈んだとする「マントルオーバーターン仮説」を裏付けるとしている。

月は表面から中心に向かって、岩石でできた地殻、マントル、金属でできた核という層構造を持つと考えられている。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。表面から約1200kmより深い構造は、主に最新の測月データの寄与により推定した。

この結果、先行研究の結果と比べ、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、その密度がより大きいことが分かった。先行研究では軟らかい層の厚さは150km、密度が3400kg/m3とされていたが、研究では厚さは少なくとも170km、密度は3450~3650kg/m3と推定。この密度は、高温高圧実験で測定されたチタンを多く含む玄武岩の密度と調和的。

月ができたばかりの頃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。チタンは、融けた部分に残りやすいため、マグマの海が固化する最終段階ではチタンが多く含まれる層がマントルの上部に作られる。このチタンに富む層は、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。これをマントルオーバーターン仮説という。研究の結果は、このマントルオーバーターンが起きたと考えればうまく説明できる。

研究チームを主導した国立天文台の松本晃治准教授は「最新のデータを用いることによって月の進化の議論につながる月内部構造モデルを導くことができた」としている。

国立天文台の山田竜平特任研究員は今後の展望について「月の内部構造を、より良く理解するには、将来の月探査でより高性能な月震計をより多く設置することが重要」としている。
《レスポンス編集部》

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