メリーランド大学などの研究チームは、月震（地震波）を利用して月の地下深くにある氷を検知・マッピングできるとする研究結果を発表した。この手法により、現在のドリルでは届かない地下800メートルまでの氷の分布を把握できる可能性がある。早ければ2026年8月下旬に打ち上げ予定の中国の探査機「嫦娥7号」が搭載する地震計によって、この予測モデルの最初の実証テストが行われる見通しだ。■最初のドリル探査の前に、月震で地下800メートルの氷をマッピングメリーランド大学、ローレンス・バークレー国立研究所（バークレー研究所）、ハワイ大学の地質学者チームは、地球の地震と同じように伝わる地震波（月震）を利用して、月の永久影極地クレーターの地下深く、最大800メートル（2,625フィート）に埋蔵されている氷を検知・マッピングできることを実証する研究を『Science Advances』誌に発表した。論文は2026年7月31日に掲載された。研究チームは、この予測をテストするために長く待つ必要はない。18の科学ペイロードの1つとして地震計を搭載する中国の探査機「嫦娥7号（Chang'e-7）」は、早ければ2026年8月下旬に打ち上げられ、2026年後半にシャクルトンクレーター付近への着陸を目指しているとみられている。この場所は、月面で最も有力な氷の堆積物が疑われる地域のひとつに囲まれている。NASAのアルテミス計画では、現在2028年初頭に予定されている「アルテミスIV」で、初の有人着陸の目標地点として月の南極地域を狙っている。永久影クレーターに隠された水の氷は、太陽系内側で最も戦略的価値の高い資源のひとつと考えられている。溶かして浄化すれば飲料水になり、電気分解すれば呼吸用の酸素と宇宙船の燃料となる水素が得られるからだ。ロボットであれ有人であれ、今後のすべてのミッションが直面する問題は、軌道上のセンサーが高い確度で存在を確認している南極のどこかに氷があるかどうかではなく、実際に抽出できるほどの浅い深度に十分な量がどこに集中しているかである。Lisabeth氏らの研究は、この疑問に対する初の実験室で検証された計算モデルによる答えを提供している。つまり、月面の地震計がマップを作成できるということだ。■氷は地震波を2〜3倍速くするこの手法の根底にある物理的原理は単純だ。地震波が乾燥したレゴリス（月の砂）を通過するとき、特有の速度で伝わる。土壌の粒子の隙間が氷で満たされると、混合物は劇的に硬くなり、波は乾燥した土壌を通過するときの2〜3倍の速さで伝わる。また、氷が豊富なゾーンでは、地震エネルギーが通過するのではなく跳ね返る。これは、凍結した物質と乾燥した物質の境界での音響反射であり、水中でターゲットに反響するソナーに似ている。速度の増加と反射率という両方の効果は、表面の地震計で測定可能だ。メリーランド大学の地質・環境・惑星科学部准教授で、この研究の共著者であるNicholas Schmerr氏は、その実用的な意味合いについて説明した。月面に適切に配置された地震計は、これらの効果を検知し、氷が存在するかどうかだけでなく、おおよそどのくらいの量があるかを明らかにできるという。集中した層、斑点状の分布、異なる深さでの勾配など、氷の堆積物の形状が異なれば、区別可能な異なる地震波のシグナルが生じる。このモデルは現在、地下約800メートル（2,625フィート）までを解像できるが、これは現在計画されているミッションのドリルベースの機器では到達できない深さだ。■月面を模倣する真空チャンバー「FROST」このモデルは、微視的なスケールで氷が月のレゴリスに実際にどのような影響を与えるかを測定して初めて構築できた。そしてその測定には、これまで存在しなかった機器を構築する必要があった。米国エネルギー省科学局のユーザー施設であるバークレー研究所の先端光源（ALS）の岩石物理学者で、筆頭著者のHarrison Lisabeth氏は、ALSの同僚であるDula Parkinson氏およびHarold Barnard氏と協力して、「FROST（Frozen Regolith Observation and Sublimation Testbed：凍結レゴリス観察・昇華テストベッド）」を設計・構築した。FROSTの設計と構築のための資金は、2023年にバークレー研究所の研究所主導研究開発（LDRD）プログラムから提供された。このチャンバーは直径約38センチメートル（15インチ）で、作業台に置けるほど小さく、ALSのビームラインに直接接続される。そこではシンクロトロンX線が内部のあらゆるものの詳細な3次元画像を生成する。月面環境を再現するほぼ真空の条件下でチャンバーを氷点下に冷却し、X線マイクロトモグラフィーでサンプルを画像化することで、FROSTは研究者に、土壌粒子間の微視的な細孔空間内で氷がどのように形成され分布するかを正確に見せてくれる。FROSTを使用した初の科学的研究となる本論文のために、Lisabeth氏とSchmerr氏は模擬月レゴリスを研究し、閉じ込められた氷の量を変えながら凍結させ、異なる氷の濃度で結果を画像化した。「月の高真空と超低温の環境では、物質は奇妙な振る舞いをします」とLisabeth氏は述べた。「そして、これまで十分に優れたモデルが単に存在しなかったのです」。FROSTによる測定は、Lisabeth氏が月の地下物理学の「グラウンド・トゥルース（地上検証データ）」と呼ぶものだ。これなしでは、氷を含む月の土壌における地震の振る舞いの計算モデルは、測定された物理的現実ではなく仮定に基づいて構築されることになる。「なぜなら、フィールドで研究しているとき、グラウンド・トゥルースがなければ、地下100メートルや3キロメートルで何が起きているのか決して理解できないからです」とLisabeth氏は語った。FROSTはその後、レゴリスの水分輸送や熱特性、地球上の氷河の動態に関する他の研究にも使用されている。NASAが資金提供し、地球物理学を用いて月、地球近傍小惑星、火星の衛星を調査する「GEODES（太陽系の動態と進化の地球物理学的探査）」プロジェクトの一環として、この機器は、将来のミッションで資源探査が必要となるあらゆる氷の惑星体を研究するための再利用可能なツールとなっている。■実験室、熱マップ、地震シミュレーションの3つのアプローチこの研究は、3人の共著者がそれぞれ貢献した3つの独立した調査アプローチを組み合わせたものだ。Lisabeth氏によるFROSTを用いた実験室での測定は、分子スケールの岩石物理学のインプットを提供した。ハワイ大学を拠点とする太陽系全体の氷堆積物の専門家であるMatthew Siegler氏は、衛星観測を利用して月の南極地域の詳細な温度マップをモデル化し、数十億年にわたって氷を保存できるほど十分に低温を保っている特定のクレーターを特定した。メリーランド大学のSchmerr氏は、氷を含む地下層を伝播し相互作用する小さな月震のコンピューターシミュレーションを実行した。これら3つの要素は、異なる氷の堆積物の構成が表面の地震波にどのように影響するかをシミュレートできる統合フレームワークに組み合わされた。モデル化されたすべてのシナリオにおいて、氷の存在は地震データに明確で測定可能な痕跡を残した。モデルの出力は、フィールドの地震計が検証または反証できるテスト可能な予測であり、推測の域を出ないものではなく科学的なツールとなっている。■ドリルが届かない氷を地震探査でどう見つけるか地球の石油・ガス産業は、1世紀以上にわたって地震探査（制御された振動を地面に送り、それがどのように戻ってくるかを分析すること）を利用して地下の地質をマッピングしてきた。月でも同じ原理が適用されるが、地震エネルギーの発生源は異なる。地球からの潮汐力、浅い断層の滑り、流星物質の衝突によって発生する自然の月震は、異常に低い減衰で月の内部を伝播する。月は地球よりもはるかに効率が悪く地震エネルギーを吸収するため、波はより長い距離を移動し、消えるまでより長く続く。これは深部の氷の検知にとって有利だ。人工的な発生源も実行可能だ。NASAのVIPER（揮発性物質調査極地探査ローバー）に搭載されたパーカッションドリルは、サンプルを掘削する際に地震波を発生させるように設計されており、搭載されたセンサーがそれらの短周波の波が地下をどのように伝播するかを測定する。VIPERの他の機器は月の土壌の上部1メートルにある氷を検知できるが、地震波はそれらの機器が到達できない深さの氷を探査できる。モデルが実際のフィールドデータで洗練されれば、潜在的に数百メートル以上の深さまで探査可能になる可能性があるとSiegler氏は指摘した。VIPERの状況に関する注記：このローバーはコスト超過のため、2024年7月にNASAによってキャンセルされた。2025年9月、NASAはBlue Originに商業月面ペイロードサービス（CLPS）のタスクオーダーを授与し、パフォーマンスのマイルストーンを条件として、2027年後半の着陸を目標にBlue Moon MK1ランダー経由でVIPERを月の南極に届ける可能性を示した。Schmerr氏のチームは、ローバーが月面に到達した場合、VIPERの地震データにこのモデルを適用する意向だ。■嫦娥7号の地震計：最初の実証テストは数週間後この研究の予測は、ほとんどの月科学の論文が経験するよりも早く、最初の現実世界でのテストに直面することになる。中国のこれまでで最も複雑なロボット月探査ミッションである嫦娥7号は、長征5号ロケットでの打ち上げ準備が整っており、早ければ2026年8月下旬に海南島の文昌宇宙発射場から打ち上げられると予想されている。フリーランスの宇宙ジャーナリストであるAndrew Jones氏が確認したNOTAM（航空情報）の申請によると、打ち上げウィンドウは8月24日に開き、8月31日まで続くという。連携する嫦娥7号フリートの4つの宇宙船の1つである同ミッションのランダーは、月震を記録し月の内部を探査するように設計された地震計を搭載している。シャクルトンクレーター付近の目標着陸地点は、複数の氷の堆積物が疑われる場所に囲まれており、Lisabeth氏らのモデルが予測した地震のシグナルが実際のライブデータに現れるかどうかを確認するのに理想的な場所となっている。「私たちの発見は、今後数年で得られる観測の基礎を築いています」とSchmerr氏は述べた。「まだ誰も月面の氷を物理的に測定していませんが、私たちは今、何に注目すべきかの予測を持っています。これは重要な第一歩です」。■アルテミスIVの地震計ネットワーク：宇宙飛行士が月面に運ぶもの2回目の現実世界でのテストは、アルテミス計画で予定されている。Schmerr氏は、アルテミスの宇宙飛行士による月面展開用に特別に設計された地震観測機器「LEMS（月環境監視ステーション）」を共同開発した。LEMSがアルテミスIVの月面ミッション中に展開されれば、この機器は月震を検知し地下を特徴付けることができるネットワークの一部となる。モデルの予測が正しければ、これまでのどの機器も到達できなかった深さで氷を見つけることも含まれる。「宇宙飛行士が月面にいる間に利用できる物質を特定することは極めて重要です」とSchmerr氏は語った。「地球から持ってきたわずかな資源に制限されるため、月で見つけたものは何でも、特に長期のミッションや前哨基地において、基本的に現地調達で生活するのに役立ちます」。この資源の全体像の論理が、検知問題の緊急性を高めている。月面から抽出可能で、電気分解によって水素と酸素に分割できる水の氷は、ロケットの推進剤と呼吸用の空気の両方を供給でき、持続的な有人活動の経済性を根本的に変える可能性がある。地球から打ち上げる必要のない推進剤1キログラムごとに、