地球の準衛星「カモオアレワ」は月の裏側にある「ジョルダーノ・ブルーノ・クレーター」へ100万年前に小惑星が衝突して飛び散って出来たと発表されました。
Astronomers suspect an unusual near-Earth rocky object is not a typical escapee from the Solar System’s asteroid belt, but is instead a chunk of the Moon blasted into space eons ago by a spectacular impact. Now, a team of researchers has modeled what sort of lunar impact could have ejected such a gobbet of Moon and deposit it in a stable, nearby orbit. Surprisingly, only one strong candidate emerged: the asteroid strike that created the famous Giordano Bruno crater, the youngest large crater on the Moon, the group reports today in Nature Astronomy.
“The authors’ modeling techniques are solid and well established,” says geophysicist Ronald Ballouz of Johns Hopkins University. “They are able to show that ejecta from a crater the size of the Giordano Bruno … could survive for a long enough timescale in a co-orbital zone around Earth.”
The odd asteroid, known as 469219 Kamo‘oalewa, was discovered in 2016 by Pan-STARRS, a telescope system in Hawaii designed to identify potentially threatening space rocks. Kamo‘oalewa measures between 40 and 100 meters across and rotates particularly fast—once every 28 minutes. It follows an elliptical orbit around the Sun that moves in sync with Earth, giving the impression that the asteroid orbits Earth, even though it is outside the planet’s gravitational influence. The asteroid’s curious orbit and small size led to it being chosen as the first target for China’s sample return mission Tianwen-2, set for launch in 2025.
天文学者たちは、地球近傍の珍しい岩石物体は太陽系の小惑星帯から逃げ出した典型的な物体ではなく、何億年も前に起きた壮大な衝突によって宇宙に吹き飛ばされた月の破片ではないかと疑っている。現在、研究チームは、どのような月の衝突がそのような小塊を放出し、安定した近くの軌道に堆積させたのかをモデル化した。驚いたことに、有力な候補は1つだけだった。それは、月面で最も新しい大型クレーターである有名なジョルダーノ・ブルーノ・クレーターを作った小惑星の衝突だと、同研究チームは本日ネイチャー・アストロノミー誌に報告している。
「著者らのモデル化技術は堅実で、十分に確立されている」とジョンズ・ホプキンス大学の地球物理学者ロナルド・バルーズ氏は言う。「著者らは、ジョルダーノ・ブルーノほどの大きさのクレーターからの噴出物が、地球の周りの共軌道帯で十分に長い時間スケールで生き残る可能性があることを示している。」
469219カモオアレワとして知られるこの奇妙な小惑星は、潜在的に脅威となる宇宙の岩石を特定するために設計されたハワイの望遠鏡システム、パンスターズによって2016年に発見されました。カモオアレワは直径40〜100メートルで、28分ごとに1回という非常に速い自転速度を誇ります。太陽の周りを地球と同期して楕円軌道で回っているため、地球の重力の影響外にあるにもかかわらず、地球を周回しているように見えます。この小惑星の奇妙な軌道と小ささから、2025年に打ち上げ予定の中国のサンプルリターンミッション「天問2号」の最初のターゲットに選ばれました。
Interest in the asteroid heightened in 2021, when studies by the Large Binocular Telescope Observatory in Arizona first suggested its composition more closely resembles a Moon rock than a typical asteroid. The spectrum of the light reflected off Kamo‘oalewa revealed silicates more typical of a lunar sample. “The possibility of a lunar-derived origin adds unexpected intrigue to the [Tianwen-2] mission and presents additional technical challenges for the sample return,” says planetary scientist Bin Cheng of Tsinghua University.
Cheng and a group of international colleagues set out to calculate what could have produced such a quasi-satellite. First, they modeled what sort of impact could eject a blob of that size at the Moon’s escape velocity. The effort involved “exploring vast parameter spaces and simulating millions of particles for long timescales, often requiring weeks of computation on supercomputers,” Cheng says. The researchers calculated that ejecting a fragment of at least 36 meters across would require a projectile between 0.8 and 1.4 kilometers in size, a collision that would leave behind a crater 10 to 20 kilometers wide.
Tens of thousands of craters larger than 10 kilometers pock the Moon, but the researchers also figured the collision had to be relatively recent and the resulting crater particularly young. Asteroids in busy near-Earth space don’t typically last very long before they collide, are swallowed up, or are ejected from the Solar System. The average life span is 10 million years. Such considerations winnowed the candidate craters to a few dozen. The team then zeroed in on Giordano Bruno, 22 kilometers wide, formed by the impact of a 1.7-kilometer-wide asteroid, and by far the youngest crater of the lot.
この小惑星への関心は2021年に高まり、アリゾナ州の大型双眼望遠鏡天文台による研究で、その組成が一般的な小惑星よりも月の岩石に似ていることが初めて示唆された。カモオアレワから反射された光のスペクトルは、月のサンプルに典型的なケイ酸塩を明らかにした。「月由来の起源の可能性は、[天問2号]ミッションに予期せぬ興味をそそり、サンプルの持ち帰りにさらなる技術的課題をもたらします」と清華大学の惑星科学者ビン・チェンは言う。
チェンと国際的な同僚グループは、このような準衛星が何によって生成されたかを計算し始めた。まず、どのような衝突が月の脱出速度でそのサイズの塊を放出できるかをモデル化した。この取り組みには、「広大なパラメータ空間を探索し、何百万もの粒子を長期間にわたってシミュレートする必要があり、スーパーコンピューターで数週間の計算が必要になることが多かった」とチェンは言う。研究者らは、少なくとも直径 36 メートルの破片を放出するには、0.8 ～ 1.4 キロメートルの大きさの発射体が必要で、衝突すると幅 10 ～ 20 キロメートルのクレーターが残ると計算した。
月には 10 キロメートルを超えるクレーターが何万個もあるが、研究者らは衝突は比較的最近のことであり、結果として生じたクレーターは特に若いと考えた。地球近傍の活発な空間にある小惑星は、衝突するか、飲み込まれるか、太陽系から放出されるまで、通常はそれほど長くは続かない。平均寿命は 1,000 万年である。このような考慮により、候補となるクレーターは数十個に絞り込まれた。その後、研究チームは幅 22 キロメートルのジョルダーノ ブルーノに焦点を絞った。これは幅 1.7 キロメートルの小惑星の衝突によって形成され、これまでで最も若いクレーターである。
Lying just beyond the limb of the Moon on its far side, Giordano Bruno must be young because long light-colored “rays” still radiate from it, the signature of blast debris that gets covered over relatively quickly by smaller impacts. Estimates put the crater’s age at between 1 million and 10 million years. In 1976, Russia’s Luna 24 mission—a robotic lander—returned samples to Earth thought to contain debris from the formation of Giordano Bruno. Cheng’s team noted spectral similarities between the Luna 24 samples and Kamo‘oalewa. Observations of the crater’s sides and rim also show it is made of pyroxene, a mineral detected on Kamo‘oalewa as well.
Finally, the team estimated that the crater-forming collision threw out as many as 400 Kamo‘oalewa-size fragments. Modeling their trajectories over millions of years, the team calculated that a tiny fraction of them would survive in near-Earth orbits. But, if the Giordano Bruno impact was nearer to 1 million years ago than 10 million, there could be as many as three Kamo‘oalewa-like objects still orbiting near Earth today.
月の裏側の縁のすぐ外側にあるジョルダーノ・ブルーノは、まだ若いに違いない。なぜなら、そこからは長く明るい色の「光線」がまだ放射されているからだ。これは爆発による破片の特徴で、比較的小さな衝突によって比較的早く覆われる。推定によると、このクレーターの年齢は100万年から1000万年の間である。1976年、ロシアのロボット着陸機ルナ24号は、ジョルダーノ・ブルーノの形成による破片を含むと考えられるサンプルを地球に持ち帰った。チェンのチームは、ルナ24号のサンプルとカモオレワのスペクトルの類似性に注目した。クレーターの側面と縁を観察すると、カモオレワでも検出された鉱物である輝石でできていることもわかった。
最後に、チームは、クレーター形成の衝突によってカモオレワサイズの破片が最大400個も飛び散ったと推定した。数百万年にわたるそれらの軌道をモデル化し、研究チームはそれらのごく一部が地球近傍軌道で生き残るだろうと計算した。しかし、ジョルダーノ・ブルーノの衝突が1000万年前ではなく100万年前に近いとすれば、カモオアレワに似た物体が現在も地球の近くを周回している可能性がある。
地球と同じ公転周期の「カモオレワ」の公転軌道と地球から見た動き