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https://www.bbc.com/future/article/20230424-the-people-creating-fake-moon-dust?utm_source=bbc-news&utm_medium=right-hand-slot
科学者が偽の月の塵を作る理由
ダナンジャイ・カディルカー
2023 年 4 月 25 日
人類が 50 年ぶりに再び月に足を踏み入れようとしている中、世界中の宇宙機関は月の土壌を必要としている。
白く塗られた 1 階建ての建物の背後に火山の噴火口の壁が迫っていても、眠そうなタオの町を見逃すのは簡単である。 カナリア諸島のランサローテ島の真ん中を横切る LZ-20 高速道路に沿って車を走らせると、通過するのにほんの少しの時間がかかる。 島の中心部にあるタミア火山クレーターに近いにもかかわらず、タオはランサローテ島の重要な観光名所の 1 つではない。
しかし最近、この町には非常に異なる種類の観光客が訪れている。火山ではなく、タオが築かれた濃い灰色の土壌に興味を持つ人たちである。 この単調で岩の多い素材は、この 10 年間で最も野心的な人間の努力の1 つで驚くべき役割を果たしている。 それは人類を月に戻すのに役立つ。
スペインの科学者チームは、タオ近くの採石場にある玄武岩が、1971 年にアポロ 14 号の乗組員によって地球に持ち帰られた月のレゴリス (月の表面を覆うほこりや岩の破片の毛布) のサンプルと非常によく似ていることを発見した。彼らはそれを使用して、月に送る前にハードウェアと実験をテストするために使用できる月のレゴリス模擬物のサンプルを作成した。
LZS-1 と呼ばれる土壌サンプルは、NASA や世界中の他の宇宙機関が月へのミッションの準備を支援するために開発された、さまざまな品質の月のレゴリス模擬物質のリストの最新のものである。
開発された最初の月の模擬物質の中には、ミネソタ州ダルースの放棄された採石場で発見された玄武岩から1988 年にミネソタ大学でミネソタ月模擬 1 (MLS-1) があった。 研究者たちは、岩石がアポロ 11 号の宇宙飛行士が訪れた静かな海の隅から集められた土壌の化学組成に似ていることを発見した。 月の暗い海域、つまり「海」は、主にマグネシウムと鉄が豊富な玄武岩で構成されているが、明るい高地の領域は、主にカルシウムとアルミニウムで構成された岩石でできている。
1969 年から 1972 年の間に月に着陸した 6 回のアポロ・ミッションは、約 380 kg (837 ポンド) の月の土と岩石を地球に持ち帰った。 これらのサンプルは入手が限られているため、熱心に保護された。
テキサス州ヒューストンにある NASA ジョンソン宇宙センターの天体物質研究・探査科学部門の宇宙科学者であるジョン・グルーナーは、「それは貴重であり、重要な科学研究にのみ使用された」と述べている。 しかし、月に関連するプロジェクトに取り組んでいるエンジニア、生物学者、植物学者、およびその他の研究チームは、機器や実験をテストするための何かを必要としている。 宇宙船や宇宙服などのハードウェアが月の環境にどのように対処するかを確認するだけでなく、最終的に月で食物を育てることが可能かどうかをテストするために、月のレゴリスの物理的、化学的、鉱物的特性を再現する物質が必要である。 土、または将来の月面基地を建設するための建材を作るためにそれを使用する。
グルーナーによれば、月の模擬物体に対する最初の実際の需要は、大統領ジョージ HW ブッシュが 1989 年に宇宙探査イニシアチブ (SEI) を発表した後に生じた。
「アポロ計画とは異なり、SEI は月面での長期滞在を想定していた。これには、新しい生息地、ローバー、電源などが必要になるだろう」と グルーナーは言う。 「アポロの土と岩のサンプルで新しいハードウェアをテストしたかったのであるが、それは少なすぎた。」
SEI の野心的な目標は、大量の月の土が必要な地球上でハードウェアの大規模なテストを必要とした。 本物の月の土の供給が非常に限られているため、唯一の解決策は、地球上で月の模擬物質を開発することであった。 その結果、1990 年代半ばにジョンソン宇宙センターで開発された先駆的な月のレゴリスの模擬体である JSC-1 が誕生した。
JSC-1 は、アリゾナ州フラッグスタッフ近くのメリアム・クレーターの南側にある火山噴出孔近くからのガラスに富んだ玄武岩質灰から採取されたもので、アポロ 14 号ミッションによって月から持ち帰られたサンプルと類似していることが判明した。
「それは適切な鉱物学的性質を持っていた」と グルーナー は言う。 「それは正しい粒度分布を持っていた。個々の粒子は正しい形状をしており、重要なことに、模擬物質は結晶成分とガラス成分の両方を持っていた。」
月の土は、その表面に多数の高エネルギーの隕石が衝突するため、かなりのガラス成分を持っている。 これらの衝突から発生する熱により、月の土壌にガラスが生成される。 地球上で、土壌に自然にガラスが含まれる主な場所は火山の近くである。 ジョンソン宇宙センターは、約 20 トン (44,092 ポンド) の JSC-1 を生産した。 しかし、SEI プログラムは後にキャンセルされ、その結果、月の模擬衛星の需要は減少した。
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月面を転がったり、月面を掘ったりするものはすべて、地球上のものとは非常に異なるレゴリスに遭遇する - ジョン・グルーナー
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その後、2005 年に、大統領ジョージ W ブッシュは、月に戻ることを目的とし、火星への将来のミッションの試験場として機能する宇宙探査のビジョン (VSE) を発表することで、父親と同様の演説を行った。
この発表に続いて、月の土壌模擬物質への新たな関心が高まり、モンタナ州のスティルウォーター鉱山から供給された斜長岩とノルライト岩から作られた NU-LHT と呼ばれる一連の月の高地土壌模擬物質が生まれた。 しかし、2010 年に棚上げされた VSE にも同様の運命が待っていた。
しかし、2017 年にアルテミス計画が誕生したことで、月の模擬物質への関心が再び高まり、宇宙飛行士が月の南極で遭遇する可能性のある土壌をよりよく反映するために、より多様な月の土壌模擬物質の選択が求められている。
今回は、民間企業が模倣品の生産の最前線に立っている。 世界最大の生産者の 1 つはフロリダに本拠を置く Exolith Lab で、2017 年の設立以来、80 トン (176,370 ポンド) の月と火星の土壌類似物質を生産してきた。
グルーナー によると、月はザラザラしたほこりの多い環境である。 「月面を転がったり、月面を掘ったりする機械は、地球上のものとは非常に異なるレゴリスに対応する必要がある」と彼は言う。 「私たち[地球上]は、風と水によって土壌粒子を丸くする傾向があるため、多くのものが風化する。しかし、月にはそのようなものはない。 その結果、地球で機能することが月ではうまく機能しない可能性がある。」
レゴリスの模擬物は、さまざまなテストや実験に使用されている。 ジョンソン宇宙センターは、月面の岩石に打ち込まれる地質学的ツールのテスト、宇宙服の生地の耐性のテスト、および月の塵が宇宙船や生息地の空気を汚染するのを防ぐための空気清浄フィルターの開発にそれらを使用している。
Exolith Lab によって開発された大量の月の模擬物質は、月の南極で水を探査する NASA の Viper ローバーのハードウェアをテストするために使用された。 Exolith Lab の創設者であるダニエル・ブリットによると、類似物質は酸素や金属などの資源を抽出する実験にも使用されている。
これは、宇宙機関が月に恒久的な解決策を確立しようとしているため、非常に重要である。ロケットで地球の表面から原材料を持ち上げることは、費用がかかり、エネルギー集約的なビジネスであるため、可能な限り、月面で見られるであろうもので、すでに存在するリソースを活用することが重要である。
人類が月への帰還を準備する中、非常に多くの月の模擬物質が必要になる可能性があるため、欧州宇宙機関は独自の月のレゴリス模擬物質である EAC-1 を 900 トン (198 万ポンド) 生産することを計画している。 そのほとんどは、月面を歩く宇宙飛行士の訓練や、月面探査車のペースを合わせるために使用される。
タオの採石場の岩石からLZS-1を開発した科学者チームの一員である、マドリッドのInstituto de Geocienciasの惑星地質学者であるイェスス・マルティネス=フリアスは、彼らの新しい類似物をそれほど多く生産するつもりはないと言う。
「今のところ、2キログラムを生産している」と彼は言う。 「私たちの目標は、特定の研究のために高品質の資料を準備することである。」 月面の土壌から酸素を抽出する方法の開発、作物の栽培、建造物の建設などに使用できる可能性があると彼は述べている。
類似物質とその用途はさまざまであるが、それらを生成するための共通の指針となる原則がいくつかある。ブリットによると、重要な部分は入力資料を正しく取得することである。
「簡単なものもあれば、斜長岩のようなものは比較的珍しいものもある」と彼は言う。
しかしグルーナーは、月の土と100%一致するレゴリスの模擬物を再現することは不可能だと言う。「80%レベルでも再現できない。」
カウリーによれば、地球に固有の特性があるため、類似体は月の土壌と完全に一致することはない。 「たとえば、月の土壌と比較してナトリウム含有量が高いなど、火山噴火から出現する岩石にも水文学的側面が見られる。」
しかし、良い類似品を見つけた場合は、それだけの価値がある。 最も近いものは、1 キログラム (2.2 ポンド) あたり 45 ドル (36 ポンド) から 150 ドル (120 ポンド) の価格帯である。 一握りの土としては悪くない。
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仮訳終わり