米国のブラウン大学が率いる科学研究チームはこのほど、1972年にアポロ17号によって地球に持ち帰られて以来、適切に封印されてきた月核サンプルを開封し、その中に前例のない硫黄同位体の信号を発見したという最新の研究結果を発表した。この結果は、月の形成と内部進化に関する従来の理解に疑問を投げかけます。研究論文はJournal of Geophysical Research: Planetsに掲載された。

1972年、アポロ計画の最後の宇宙飛行士が月から帰還したとき、収集されたサンプルの一部は、将来、より高度な技術を備えた科学者による詳細な分析のために残されることを期待して、密封して保存されました。 50 年以上を経て、このビジョンはついに実現しました。ブラウン大学地球環境惑星科学部のジェームス・ドッティン助教授率いるチームは、アポロ17号によっておうし座・リトロウ領域で採取された月の土壌コアの一部を再分析し、異常な硫黄同位体組成を特定した。

これらの火山物質中の硫黄は、硫黄の 4 つの安定同位体の 1 つである硫黄 33 (33S) で大幅に減少しています。研究チームは、これらの値が地球の岩石で通常測定される硫黄同位体比とは大きく異なることに注目しました。地球や他の惑星の研究では、元素の同位体比は、その起源とその形成方法を反映する「指紋」とみなされます。2 つのサンプルが同じ同位体パターンを持つ場合、それは通常、それらが同じ「母なる親」に由来することを意味します。

長い間、科学界は地球と月が酸素同位体の点で非常に類似した特徴を持っていることを確認してきたため、月のマントルの硫黄同位体組成も地球のそれに近いはずであると一般に推測されています。しかし、この研究の結果は全く異なっていました。ドーティング氏は、当初は地球上の値と同様の値が得られると期待していたが、最終的には「地球上の既知のサンプルとは大きく異なる」結果が得られたと述べた。そのデータを最初に見たとき、彼の反応は次のようなものだった。「そんなことはありえない。どこかで何か間違ったことをしたに違いない」。繰り返しのチェックの後、チームは実験プロセスが正しいことを確認し、これが「非常に驚くべき」実際の信号であることを受け入れることしかできませんでした。

今回分析されたサンプルは、いわゆる「ダブルドライブチューブ」からのものだった。アポロ17号の宇宙飛行士ジーン・サーナンとハリソン・シュミットは、この中空の金属チューブを月面に約60センチメートル挿入し、比較的原位置で乱れのない月の土壌プロファイルを取得した。サンプルが地球に帰還した後、アメリカ航空宇宙局（NASA）は、「アポロ次世代サンプル分析プログラム」（ANGSA）の一環としてサンプルをヘリウム環境に密閉し、将来の研究のために「最もきれいな」月の物質を確保した。

近年、NASA はこれらの貴重なサンプルを競争的な選択を通じて科学研究チームに提供しています。ブラウン大学の月研究コンソーシアムLunaSCOPEの支援を受けて、ドーティング氏は二次イオン質量分析（二次イオン質量分析）技術を利用して、サンプル中の硫黄同位体の高精度測定を実施した。この方法は、アポロのサンプルが最初に持ち帰られた時には利用できなかったものだ。彼は、後の他のプロセスによって導入されたものではなく、岩石が噴火したときに形成された硫黄相を探すことに重点を置き、月深部の火山物質に由来すると判断された核の部分を特に選択した。

これらの予期しない 33S 信号について、研究チームは現在 2 つの主な説明経路を提案しています。 1 つは月の初期の表面環境に関連しています。薄い大気中で、硫黄が紫外線の作用下で特定の光化学反応に関与すると、枯渇した 33S の特徴が形成される可能性があります。科学界は一般に、初期の月には一時的に薄い大気があったと考えており、今回の硫黄同位体の特徴は、その時代の表面の化学プロセスの名残である可能性があると考えている。この説明が真実であれば、もともと地表にあったこれらの硫黄物質が、何らかのメカニズムによって月のマントルの奥深くまで運ばれたことを意味します。

ドッティング教授は、これは月の初めの「表面と内部の物質交換」の証拠となるだろうと指摘した。地球では、プレート テクトニクスによって表面物質がマントルに沈み込み、リサイクルされますが、月には同様のプレート テクトニクス システムはありません。したがって、表面物質を初期の月に送り込むことができる何らかのメカニズムが実際に存在する場合、それはその内部の動的プロセスを理解する上で非常に重要かつ魅力的になるでしょう。

別の説明では、視点を月そのものの起源に戻します。初期の地球が火星ほどの大きさの天体テイアと大衝突し、飛び散った破片が軌道上に集まり、最終的に月が形成されたとする説が主流である。テイア自体が地球とは非常に異なる硫黄同位体組成を持っていたとしたら、月のマントルの奥深くに残っているその物質も、今日の月のサンプルから検出できる可能性があります。

現時点では、入手可能なデータは 2 つの説明の間で明確な決定を下すのに十分ではありません。ドーティング教授は、将来的には、他の月のサンプルや太陽系のより多くの惑星体からの同位体データと系統的に比較することで、この「不均一な硫黄信号」の本当の発生源がさらに解明されることを期待している。研究者らは、これらの同位体指紋の詳細な分析は、月自体の形成と進化の歴史を再構築するのに役立つだけでなく、太陽系全体の初期の物質分布と惑星形成プロセスへの新たな手がかりも提供すると信じている。