39億年前の月への小惑星の衝突の起源を解明:月の後期重爆撃

39億年前の月への小惑星の衝突の起源を解明:月の後期重爆撃 天文・宇宙
小惑星の衝突でできたクレーターがはっきりと見える月。

月の表面には、小惑星の衝突に由来する多数のクレーターが存在します。

これらの衝突で形成された月の岩石の年代を調べると、現在よりも約39億年前、つまり月が形成されてから約5億年後の年代に驚くほど集中していることがわかりました。

これらの観測結果から、「月の後期重爆撃(Late Heavy Bombardment of the Moon: LHB)」という説が生まれました。

しかし、この後期重爆撃の起源は何だったのでしょうか?

また、月に衝突した小惑星はどこから来たのでしょうか?

科学者たちは2つの可能性を議論しています。

1つは、地球形成の主要段階で発生した物質の残骸が、継続的に減少しながら月に衝突したというものです。

もう1つは、約39億年前にガス惑星の軌道が不安定になったことで、太陽系外からの小惑星や彗星の衝突が急激に増加したという仮説です。

ミュンスター大学の惑星学者たちは、39億年前の衝突で形成された月の岩石の非常に精密な同位体測定によって、これらの仮説を検証しました。

本研究成果は、米国の科学誌「Science Advances」に掲載されました。

ミュンスター大学の科学者たちは、39億年前の爆撃で形成された月の岩石を調べました。

これらの岩石には、衝突した小惑星の物質からなる小さな金属球が含まれています。

この金属球の同位体組成を調べることで、これらの天体が太陽系のどこで生まれたのかを知ることができます。

研究チームは、ルテニウムとモリブデンという元素に注目しました。

これらの元素は、太陽系内のどこで形成されたかによって、同位体組成が系統的に変化するからです。

「今回の研究により、月への衝突は、地球や月を形成したのと同じ天体によるものだったことがわかりました。」と、本研究の筆頭著者である惑星学者のEmily Worsham博士は説明します。

したがって、月の衝突クレーターは、地球形成の主要段階で残った小惑星の継続的な砲撃によるものです。

このことから、科学者たちは、太陽系外からの天体の衝突による衝突率の急激な増加を否定することもできます。

金属球が見えるアポロサンプル60335。

金属グロビュールが見えるアポロサンプル60335。月に衝突した小惑星に由来する金属グロビュール。©AG Kleine

しかし、では39億年という年代のクラスタリングはどこから来たのでしょうか?

Worsham氏は、「これまでに研究された月の岩石は、ほとんどが単一の衝突盆地(月の地球に面した北中央部にあるインブリウム海)からの物質で構成されていることが示唆されています。」と説明します。

理論計算から、太陽系の初期の歴史のある時点でガス惑星の軌道が変化し、太陽系外縁部から大量の天体が内側に散乱し、それらが地球や月などに衝突したことがわかっています。

「月の岩石には、太陽系外縁部からの小惑星や彗星が衝突した痕跡が見られないことから、この出来事はこれまで考えられていたよりも早い時期に起こったと考えられます。」と、Thorsten Kleine教授博士は説明します。

したがって、ガス惑星の軌道の変化は、地球型惑星の主な形成段階、つまり太陽系の最初の約1億年の間に起こったと考えられ、これは最近の力学モデルともよく一致します。

Kleine氏は、「今回の研究は、地球型惑星がその形成過程の比較的早い時期に、太陽系外縁部の水を多く含む天体を取り込んで、生命誕生の条件を整えたことを示しています。」と付け加えている。

Published by Westfälische Wilhelms-Universität Münster. Emily A. Worsham et al, Late accretionary history of Earth and Moon preserved in lunar impactites, Science Advances (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abh2837