空気のない月に「さび」があり、その酸素は地球から届いたらしい

火星が赤く見えるのは、表面の鉄がさびているからです。NASAによると、大昔の火星にあった水と酸素が、鉄をさびさせました。さびとは、鉄が酸素と結びついてできる物です。

では、月はどうでしょうか。月には空気がなく、水もほとんどありません。さびができるはずのない場所です。ところが2020年、月の北極と南極のまわりで、さびの一種の「赤鉄鉱」が見つかったと発表されました。

さらに、研究チームは、さびのもとになった酸素は地球から来たと考えました。地球の大気の上のほうの酸素が、約38万km離れた月まで運ばれているというのです。その手がかりは、日本の月探査機「かぐや」の観測でした。

この記事では、まず月のさびがどうやって見つかったかを紹介します。次に、月がさびにくい場所である理由と、地球の酸素が月へ届くしくみを説明します。最後に、その後の実験や、月から持ち帰った砂の分析で分かったことを見ます。

01インドの探査機のデータから、月の北極と南極のまわりでさびが見つかった

さびを見つけたのは、アメリカのハワイ大学のシュアイ・リー（Shuai Li）たちです。使ったのは、インドの月探査機「チャンドラヤーン1号」が2008年に集めたデータでした。この探査機には、NASAのジェット推進研究所が作った観測装置が積まれていました。月の表面で反射した光を、細かい色に分けて記録する装置です。

岩や鉱物は、種類によって、どの色の光をよく吸収するかが違います。そのため、反射した光の色の割合を調べると、何があるかが分かります。リーたちは、月の北極と南極のまわりの光を調べました。すると、赤鉄鉱という鉱物の特徴とよく合ったのです。赤鉄鉱は、鉄と酸素が結びついた、さびの一種です。

リーたちによると、赤鉄鉱は、月の緯度の高い所に広く見つかりました。とくに、丘やクレーターのふちの、東向きや赤道向きの斜面に多くありました。また、地球に面している月の表側のほうが、裏側より多く見つかりました。

02月は、太陽から水素がふりそそぐので、さびができにくいはずだった

NASAの記事によると、見つけたリー自身もとまどいました。「月は、赤鉄鉱ができるにはひどい環境だ」と話しています。データを確かめたNASAの研究者も、はじめは信じられなかったそうです。

月がさびにくい理由は、太陽にあります。太陽からは、電気をおびた粒が、風のようにいつも吹き出しています。これを太陽風といいます。太陽風の粒のほとんどは水素です。

水素は、さびを作るのとは逆の働きをします。さびができるとき、鉄は酸素に電子（電気のもとになる小さな粒）をうばわれます。水素は反対に、相手に電子をあたえて、さびをもとの鉄に戻そうとします。地球は磁場に守られていますが、月には地球のような磁場がないので、太陽風の水素がそのまま表面に当たります。

実際、アポロ宇宙船が持ち帰った月の岩を調べると、鉄のほとんどは、赤鉄鉱のような強くさびた形ではありませんでした。論文によると、強くさびた形の鉄をふくむ物は、多くても1％に届きません。

03さびのもとの酸素は、地球の大気から月まで運ばれているらしい

月に酸素はどこから来たのでしょうか。手がかりは、日本の月探査機「かぐや」の観測でした。

大阪大学の寺田健太郎教授たちは、「かぐや」が月の上空100kmで集めたデータを調べました。すると、月が、地球の磁場のしっぽのまん中にある熱いガスの層を通るときだけ、酸素の粒が現れることが分かりました。酸素の粒は、電気をおびた酸素（酸素イオン）です。地球の大気の上のほうからもれ出して、約38万km離れた月まで運ばれていたのです。2017年に発表されたこの結果は、地球の酸素が月に届くことを、観測で初めて示したものでした。

地球の磁場は、太陽と反対の側へ、彗星の尾のように長くのびています。大阪大学は、その形を「吹き流しのよう」と説明しています。月は、満月のころ、太陽から見て地球の向こう側にいます。そのため、この磁場のしっぽの中に入ります。

リーたちは、さびができるしくみを、次のように考えました。NASAの記事によると、満月のころ、地球の磁場のしっぽは、月に届く太陽風の99％以上をさえぎります。さびを戻そうとする水素が、ほとんど来なくなるのです。そのすきに、地球から来た酸素が、月の砂の中の鉄と結びつきます。

さびには、水も関わっていると考えられています。月の砂には、わずかな水の分子がふくまれています。月には、宇宙を飛ぶ小さなちりの粒が、猛スピードでぶつかってきます。そのぶつかる勢いで、砂の中の水が出てきたり、熱が生まれたりして、鉄がさびやすくなる、というのです。

このしくみなら、さびが地球に面した表側に多いことも説明できます。地球の酸素は、主に表側に届くからです。論文によると、「かぐや」が観測した量の酸素があれば、見つかった量の赤鉄鉱を作るのに十分だそうです。

042025年には、実験と月の裏側の砂から、さびのでき方がさらに調べられた

2025年、ゼン（Xiandi Zeng）たちの研究チームは、地球から来る酸素が本当に鉄をさびさせるかを実験で確かめました。鉄をふくむ鉱物に、地球から来る酸素の粒と同じくらいの勢いの酸素イオンを当てたのです。すると、金属の鉄や、鉄と硫黄の鉱物などが、赤鉄鉱に変わりました。

地球から届く風には、酸素だけでなく水素もまざっています。同じ実験で、地球からの風と同じくらいの勢いの強い水素イオンを当てると、赤鉄鉱はもとの鉄に戻りました。一方、太陽風と同じくらいの、勢いの弱い水素イオンでは、ほとんど戻りませんでした。チームは、月にさびが残るかどうかは、地球から届く酸素と水素の、勢いと量の割合で決まる、と考えています。

同じ2025年には、別の発見もありました。中国の山東大学などのチームが、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ました。すると、1000分の1mmほどの大きさの、赤鉄鉱などの結晶が見つかったのです。月の砂から、この大きさの赤鉄鉱の結晶が見つかったのは初めてだそうです。チームは、大きな天体が月にぶつかったときの、とても高い温度の中で、この赤鉄鉱ができたと考えています。

05まとめ

空気も水もほとんどない月の北極と南極のまわりで、さびの一種の赤鉄鉱が見つかりました。2020年の論文は、さびのもとの酸素は、地球の大気から月へ運ばれてきたと考えています。満月のころ、月は地球の磁場のしっぽに入り、太陽からの水素がさえぎられます。そのすきに、地球の酸素が月の鉄をさびさせるらしいのです。

その地球の酸素は、光合成をする生き物が作ってきたものです。満月を見上げたら、その表面のさびには、地球の生き物が作った酸素が使われているかもしれません。