空気のない月に「サビ」の印、38万km先の地球の酸素のせいか、装置のせいか

空気がほとんどない月に、サビの印が見つかりました。サビは、鉄が酸素や水とくっついてできます。酸素がほとんどない月では、できないはずです。

2020年、アメリカ・ハワイ大学のリー（Shuai Li）さんたちが発表しました。月の北極と南極の近くに、サビの一種「赤鉄鉱（ヘマタイト）」の印が見つかったのです。チームは、サビのもとになる酸素の出どころとして、約38万km離れた地球を挙げました。

月の表面は、サビができにくい場所だと考えられてきました。太陽から吹きつける水素が、できたサビを、サビていない鉄にもどしてしまうからです。アポロ計画で持ち帰った月の石でも、サビと同じ状態の鉄をふくむ物質は、重さで1%未満でした。そんな月にサビがあるなら、月の化学の常識が変わります。ただし、あとで紹介するように、この印そのものに反論も出ています。

01宇宙から「光の吸われ方」でサビを探した

使ったのは、インドの月探査機「チャンドラヤーン1号」に積まれた装置「M3」のデータです。M3はNASAのジェット推進研究所が作りました。月の表面ではね返った光を、色（波長）ごとに細かく測ります。地図の1点の大きさは、140〜280mです。

赤鉄鉱は、赤い光より少し波長が長い、目に見えない光をよく吸います。波長0.85マイクロメートル（1000分の0.85ミリ）のあたりです。月にふつうにある鉱物には、ここを同じように吸うものがありません。チームは月全体のデータから、この光が吸われている場所を探しました。

02サビの印は「極の近く」「地球に向いた側」に多かった

赤鉄鉱の印の分布には、3つの特徴がありました。

• 北極・南極の近く：ほぼすべてが緯度60度より極側。赤道に近い場所では、ほとんど見つからなかった
• 斜面に多い：クレーターの壁や、クレーターの中の山の、東向きや赤道向きの斜面に多かった。平らなクレーターの底には少なかった
• 表側に多い：月がいつも地球に向けている表側のほうが、裏側より多かった。表側と裏側で、調べたデータの量はほぼ同じだった

印が本物の赤鉄鉱だとすると、その量は、計算で見積もると重さで数％〜10％ほどでした。ただし、月全体がサビているわけではありません。見つかったのは極の近くの、限られた場所です。

03酸素の出どころは地球の上空？

地球の磁場は、太陽と反対の側へ長くのびています。この部分は「磁気圏の尾」と呼ばれます。満月のころ、月はこの尾の中を通ります。月が地球を1回まわるあいだに、約5日間です。

尾の中にいる間、月に届く太陽からの水素（太陽風）は、ふだんの1%未満にまでへることがあります。一方で、地球の上空から流れ出した酸素が届きます。日本の月探査機「かぐや」は、月が尾の中を通っているときに、地球から来た酸素のイオンを観測しました（2017年発表）。その量は、1平方センチメートルあたり毎秒2万6000個以上でした。

リーさんたちの計算では、この酸素で、重さで5〜9％の赤鉄鉱を作れます。見つかった量を説明するのに足ります。表側に多いことも、地球に向いた側にこの酸素が届くことで説明できます。

極の近くに多い理由も考えられています。極の近くは、水（水酸基）が多い場所です。そして、届く太陽風の水素が少なくなります。月の緯度75度では赤道の約26%、85度では約9%です。小さなちりがぶつかるときの熱も、サビができるのを助けるとチームは考えています。

この説を後押しする実験もあります。2025年、マカオ科技大学などのチームが、地球から来る酸素をまねたイオンを、鉄をふくむ鉱物に当てました。すると、金属の鉄や硫化鉄などが赤鉄鉱に変わりました。ただし、これは実験室での結果です。月の極の印が本物かどうかは、これだけでは決まりません。

04どんでん返し1：「そのサビ、装置のせいでは？」

2024年、アメリカのクラーク（Roger Clark）さんたちが論文を出しました。同じM3のデータで、月の水の分布を調べたものです。その中で、赤鉄鉱の印も調べ直しています。チームには、M3の観測データの補正を担当した研究者もいます。

クラークさんたちの方法でも、赤鉄鉱などの印は月の広い範囲に出ました。でも、これほど広くあるなら、ほかの観測や月の石でも見つかるはずです。そんな報告はありませんでした。

論文の要旨には、M3で見えた赤鉄鉱などの印は「装置の中で散らばった光による、にせの印」と書かれています。装置の温度で変わる感度を直すときのずれも、サビとそっくりの印を作るとしています。実際、M3が月を回るたびに結果が変わり、地図にしま模様が出ていました。地上の望遠鏡でコペルニクス・クレーターのまわりを測ると、サビの吸収は見えませんでした。結論では、M3で見えたサビは、別の装置で確かめる必要があるとしました。

ただし、地上から測ったのはコペルニクス・クレーターのまわりで、極の近くではありません。とはいえ、散らばった光や感度のずれは、M3のデータ全体にかかわる問題です。極の近くの印も、別の装置で確かめるまでは決着がついていません。2025年の別の論文（次で紹介）も、極の近くの印は、着陸や砂の持ち帰りでさらに確かめる必要があると書いています。

05どんでん返し2：月の砂から「本物のサビ」。でも、でき方は別

2025年、中国の山東大学などのチームが発表しました。探査機「嫦娥（じょうが）6号」が月の裏側から持ち帰った砂を調べたのです。3gの砂の中から、赤鉄鉱をふくむ粒が9個見つかりました。

いちばん大きな粒を薄く切り、電子顕微鏡で調べました。硫化鉄の鉱物の表面に、赤鉄鉱の結晶が乗っていました。大きさは約3×1.7マイクロメートルです。磁気を持つ「マグヘマイト」というサビもありました。月の砂の中で、本物のサビの結晶が確かめられたのです。

ただし、チームはこのサビを地球の酸素のせいとは考えていません。地球から来た酸素は、ふつう砂の表面から100ナノメートル（1万分の1ミリ）未満しか入り込みません。これでは、この大きさの結晶は作れないからです。チームの説は、大きな天体がぶつかったとき岩から酸素が出て、700〜1000℃で鉄がサビた、というものです。

06月のサビに「地球の空気の歴史」が残っているかも

リーさんたちの説を確かめる手がかりは、サビの中の酸素です。酸素には、重さの少しちがう種類（同位体）があります。地球の上空の酸素は、酸素16という種類が少ないのが特徴です。月のサビの酸素も同じなら、地球から来た証拠になります。

月には、できた時代のちがうクレーターがあります。そこにある赤鉄鉱には、過去約24億年の地球の大気の記録が残っているかもしれない、とチームは書いています。月の極の近くは鉄が少ないので、このサビは鉄の資源にもなりうるそうです。

月の水のありかはカラカラの月に「水」があったで紹介しています。火星のサビの話は火星はなぜ赤い？へ。

07まとめ

月の極の近くのサビの印には、「地球の酸素が作った」という説と、「装置のせい」という反論があり、まだ決着していません。

極の近くのサビは本物か。本物なら、その酸素は地球から来たのか。極の近くの砂を持ち帰り、サビがあるか、その酸素がどの種類かを測れば、答えにぐっと近づきます。