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ここにあるのは、だれかが実際に調べ、考え、作ってきたことを集めたメモです。気になったら、ページの下の「参考にした情報源」から、もとの本や記事、それを生み出した人たちに、直接ふれてみてください。このメモには書ききれないおもしろさが、そこにあります。

月に おいてきた きかいの うち、いまも はたらくのは どれ?

月に残された機械のうち、今も働いているのはどれか ── 電気のいらない鏡の話

アポロの月面観測装置ALSEPと反射鏡 ── 電源が切れた機械と、50年以上使われる受動の鏡

分野:宇宙・天文

アポロの うちゅうひこうしが 月に おいた きかいは、いくつも ありました。でも いま、地きゅうから つかわれて いる ものの ひとつが、電気を つかわない「かがみ」です。

どうして、かがみだけが のこったのでしょう。月が ゆれる ようすと、光で 月までの きょりを はかる ほうほうが わかります。

アポロの宇宙飛行士が月に置いた機械は、電気で動くものがほとんどでした。その観測は1977年に打ち切られましたが、今も地球から使われているものの一つが、電気をまったく使わない鏡です。ただし、その反応は少しずつ弱まっています。

電源のない鏡が、なぜ50年以上たった今も現役で、なぜ弱まってきたのでしょうか。機械が月で何を測ったのか、鏡がどうやって距離をミリ単位で測るのかが分かります。

アポロ計画で月面に置かれた観測装置一式ALSEPは、1977年9月30日に運用を終えた[2]。ところが、電源を持たないレーザー反射鏡は、アポロ11・14・15号のものが今も地球からの測距に使われている[9]。

電力を失った機械と、最初から電力を使わない鏡で、なぜ運命が分かれたのか。ALSEPの地震計が何を記録したか、地球に戻る光子が数秒に1個という条件でどうやってミリ単位の距離が出るのかが分かる。

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1. 月の きかいは、どうして とまったの?

1. 電気で動いた機械は、どうして止まったのか

1. ALSEPの電源と運用打ち切り ── 設計寿命と予算

アポロ12ごうから、うちゅうひこうしは 月に 「ALSEP(アルセップ)」という きかいの セットを おきました。電気は、とくべつな はつ電きで つくられて いました[1]。

この はつ電きは、およそ 70ワットの 電気を 出しました。これで、ひるも よるも きかいが うごきました[1]。

ALSEPは、アポロ12・14・15・16・17ごうの 5つの ばしょに おかれました。でも 1977年9月30日、つかうのが おわりに なりました[2]。おもな りゆうは、お金の もんだいと いわれて います。

アポロ11号の宇宙飛行士は、簡易版の観測機器を月に置きました。その地震計は太陽電池で動きましたが、月の昼間しか働けず、約3週間でデータが途絶えました[4]。月の夜は長く冷たいので、太陽電池だけでは足りなかったのです。

夜も働くように、原子力電池を積んだ

そこでアポロ12号からは、観測機器一式ALSEP(アルセップ)に、放射性同位体熱電気発電機(SNAP-27)が積まれました。プルトニウム238が出す熱を電気に変える装置で、出力は約70ワットです。これで昼も夜も働けるようになりました[1]。

ALSEPは、アポロ12・14・15・16・17号の5か所に置かれました。ところが1977年9月30日、運用が打ち切られます。理由は予算上の事情といわれます。設計寿命は1年(アポロ17号は2年)で、長いものは約8年働いたといわれます[2]。

では、電気のある機械が止まった後、電気のいらない鏡はどう働いたのでしょうか。その前に、止まった機械が何を測ったのかを見てみます。

アポロ11号は、簡易版の観測機器を置いた。受動地震計は太陽電池で動くため、月の昼間しか働けず、約3週間でデータが途絶えた[4]。月の夜を越えるには、別の電源が必要だったのである。

そのためアポロ12号以降のALSEPは、放射性同位体熱電気発電機SNAP-27(プルトニウム238)を電源にし、約70ワットを昼夜通して供給した[1]。ALSEPは12・14・15・16・17号の5か所に置かれたが、1977年9月30日に運用が打ち切られた。理由は、二次資料では予算上の事情とされる。設計寿命は1年(17号は2年)とされ、最長で約8年働いた[2]。

ただし、打ち切りの理由と設計寿命の数字は二次的な資料にもとづく。では、止まる前の機械は何を測ったのか。まず地震計の記録から見る。

2. 月は、かねの ように ゆれつづけた

2. 月は「鐘」のように、長く鳴りつづけた

2. 月震の記録 ── 長く続く揺れと、深い月震

ALSEPには、月の ゆれを はかる 地しんけいが ありました。月の ゆれは「つきしん」と よびます。

月の ゆれは、ふしぎな ものでした。月の ゆれは 長く つづく ことが あって、10分いじょう つづく ことも あると いわれます[5]。まるで 大きな かねを たたいた あとの ようです。

ただし 本当に かねの おとが した わけでは ありません。ゆれが 長く つづく ようすを、たとえて いるのです。

ALSEPの地震計は、4か所(アポロ12・14・15・16号)が1969年から1977年まで連続して働き、浅い月震、深い月震、隕石の衝突、熱による月震を記録しました[3]。

月は、鐘のように鳴る

月震の揺れは長く続くことがあります。10分以上続くこともあり、「鐘のように鳴る」と表現されます[5]。アポロ12号の着陸船の上昇段を月に落とした衝撃では、約1時間の揺れが記録されたと伝えられます[5]。

深い月震と浅い月震

深い月震は、深さ700〜1000kmほど(月の中心までの約半分)で起きます。ただし資料により深さの表記に幅があります[3]。浅い月震は数が少ないものの、いちばん強い揺れになるといわれます。

この古い記録が、後でもう一度役に立ちます。

ALSEPの地震計は、月の表側の4か所(アポロ12・14・15・16号)で、1969〜1977年の中ごろまで連続して働いた。資金が切られて記録が終わるまで、浅い月震・深い月震・隕石衝突・熱による月震を記録した[3]。

月震の揺れは長く続くことがあり、10分以上続く例もある。「鐘のように鳴る」といわれる。アポロ12号の着陸船上昇段の落下では、約1時間の揺れが記録されたと伝えられるが、これは報道的な二次資料による[5]。

深い月震は深さ700〜1000km(月の中心までのおよそ半分)で起きる[3]。資料により600〜800kmの表記もあり、範囲には幅がある。

では、この古い記録は、打ち切りの後に価値を失ったのだろうか。

3. ふるい きろくから、月の ちゅうしんが わかった

3. 40年前の記録から、月の中心が見えてきた

3. アポロ地震記録の再解析 ── 月の核の推定

ALSEPが とまった あとも、きろくは のこりました。ずっと あとの 2011年、けんきゅうの チームが、ふるい きろくを あらためて しらべました。

すると、月の ちゅうしんに、かたい 玉と、とけた ぶぶんが ある らしい と わかりました[6]。むかしの きかいが のこした 数字から、あたらしい ことが わかったのです。

ただし、これは けんきゅうの 見かたで、これから かわるかも しれません。

ALSEPが止まった後も、記録は残りました。2011年、Weberらの研究チームは、アポロの古い地震記録を新しい方法で解析しました。その結果、月の中心に固体の内核と液体の外核があるらしいことが示されました[6]。

止まった機械の記録が、30年以上たって月の中身を探る手がかりになりました。ただし、これは1つの研究が示した「らしい」という結論です。

電気のある機械は止まりました。では、電気のいらない鏡は、どんな仕組みで働くのでしょうか。

アポロの地震記録は、打ち切りの後も解析の材料になった。2011年のWeberらの研究(Science)は、記録を再解析し、月の中心に固体の内核と液体の外核があり、その外側に部分的に溶けた境界層があるらしいと示した[6]。

これは「示唆する」結果であり、確定ではない。止まった機械の観測が、再解析によって数十年後に新しい知見を生んだ点が重要だ。

電源を失った機械の記録は、このようにデータとして残った。一方、電源を持たない鏡は、今も新しいデータを生み続けている。その仕組みを次に見る。

4. 電気の いらない かがみは、どう はたらくの?

4. 電気を使わない鏡は、どうやって光を返すのか

4. コーナーキューブと反射鏡 ── 受動の測距装置

アポロ11・14・15ごうの うちゅうひこうしは、月に かがみを おきました。ふつうの かがみでは なく、「コーナーキューブ」と いう、かどの ような かたちを ならべた ものです[7]。

この かがみは、来た 光を、来た ほうこうへ そのまま かえします[7]。てかがみで うつすと、光は ななめに とんでいきます。でも この かがみは、まっすぐ もとへ もどします。

電気は ひつようありません。だから、電気が きれても、かがみは そのまま はたらくのです。

ただし、かがみは 光を かえす だけです。月までの きょりを はかるのは、地きゅうに いる 人たちです。

アポロ11・14・15号の宇宙飛行士は、月面にレーザー反射鏡を置きました。直角に組んだ小さな鏡(コーナーキューブ)を多数並べたもので、当たった光を、来た方向へそのまま返します[7]。

手鏡とは違う反射

手鏡で光を当てると、光は入った角度の反対側へ飛びます。ところがコーナーキューブは、どの方向から来た光も、来た方へ返します。そのため、地球から撃ったレーザーが、地球に戻ってくるのです。

アポロ11号の反射鏡は約32kg(約70ポンド)で、最初の測定では、地球と月の距離が約8cmの精度で求められたとされます[8]。電気を使わないので、電源が切れても影響を受けません。

では、そんな鏡で、実際にはどうやって距離を測るのでしょうか。

アポロ11・14・15号の宇宙飛行士は、月面にレーザー反射鏡を置いた。コーナーキューブ(直角に組んだ鏡)を並べた再帰反射器で、入ってきた光を入射方向へ返す[7]。平面鏡は入射角と反対側へ反射するが、コーナーキューブは入射方向に関係なく光源へ戻すため、地球から撃ったレーザーを地球で受けられる。

アポロ11号の反射鏡は約32kg(約70ポンド)で、当初の地球–月の距離の精度は約8cmとされた。その後の長年の測定は、地球の自転の変動などの研究にも使われた[8]。電源を持たない受動の装置なので、ALSEPのような電源喪失で止まる心配がない。

ただし、鏡が光を返すからといって、測定が簡単になるわけではない。次に、戻る光の少なさを見る。

5. 光は、すうびょうに 1こしか もどらない

5. 数秒に1個の光を何度も集めて、距離を測る

5. 光子の往復と測距精度 ── 数秒に1個で、どこまで測れるか

地きゅうから 月に むけて、レーザーの 光を うちます。でも、かえって くる 光は、とても わずかです。よい じょうけんでも、1つぶ(光子)が すうびょうに 1こしか もどりません[7]。

それでも、はかれるのは、光が 行って もどる 時間を、とても こまかく はかるからです。いまは、数ミリ いないの ちがいまで わかります[9]。

数ミリは、ビー玉の 大きさ ぐらいの ちがいです。月までは 38万5000キロ。そこまでの きょりを、そのくらい こまかく はかるのです。

レーザーを月へ撃っても、地球に戻る光子は、よい条件でも数秒に1個しかありません[7]。それでも地球と月の平均距離(約38万5000km)を、100億分の1より良い精度で求められたといいます[7]。

100億分の1は、どれくらいか

38万5000kmの100億分の1は、約0.04m、つまり約4cmです(上限値の計算)。これは平均の距離についての数字で、今の観測では、数ミリ程度の精度で距離を測れるとされています[9]。

何度も撃って、戻った光を数える

ニューメキシコのAPOLLO観測所は、2006年から月の距離を測っています。1パルスにつき、戻る光子は約1個です[10]。観測所の名前はアポロ計画とは別のもので、略称の語呂合わせです。

光子が少なくても、たくさん撃って戻った光を数えれば、行って戻る時間の平均がきちんと出ます。1回ごとの時刻にはばらつきがあっても、何度も測った値をまとめると、距離をより細かく決められます。

月へ撃ったレーザーの光子は、よい条件でも数秒に1個しか受信できない。それでも、平均距離(約38万5000km)は、100億分の1より高い精度で求められたとされる[7]。上限値を計算すると、3.85×10⁸m ÷ 10¹⁰ ≒ 0.04mで、約4cmとなる。今の観測は数ミリ程度の精度で距離を測れるとされる[9]。

ニューメキシコのAPOLLO観測所は、2006年から月の距離を測り、1パルスあたり約1個の光子が戻る。観測所名はアポロ計画とは別の語呂合わせである[10]。光子が少ないため、多数のパルスを撃って戻り時間を統計処理する。1回ごとの往復時間にはばらつきがあっても、多数の値をまとめれば距離をより細かく決められる。

では、そうして得られた距離は、何を教えてくれたのか。

6. 月は、1ねんに 3.8センチずつ とおざかっている

6. 測り続けて見えた、月が遠ざかる速さ

6. 月レーザー測距の成果と、反射鏡の劣化

いまも、ニューメキシコ・フランス・イタリア・ドイツの ぼうえんきょうが、アポロの かがみに レーザーを うって います[9]。

ながい 間 はかって わかったのは、月が 1ねんに 3.8センチずつ、地きゅうから とおざかって いる ことです[7]。

同じ はやさで 10ねん たてば 38センチ、50ねんなら 1.9メートルです。これは けいさんで 出した 数で、これから ずっと この はやさとは かぎりません。

ただし かがみも、ふるく なって います。月の すなぼこりの せいと みられる、かがみの はんのうの よわまりが あります[10]。

今もニューメキシコ、フランス、イタリア、ドイツの望遠鏡が、アポロ11・14・15号の反射鏡へレーザーを撃っています[9]。長い測定の結果、月は地球から年に約3.8cmずつ遠ざかっていることが分かりました[7]。

測り続けたからこそ分かること

同じ速さが続くと仮定して計算すると、10年で約38cm、50年で約1.9mになります。ただし、これは単純な計算で、将来もこの速さが続くとは限りません。

月レーザー測距は、重力理論の精密な検証や、月の液体核の調査にも使われてきました。反射鏡の反応が、月のダストの影響とみられる原因で弱まっている証拠もあります[10]。

では、弱まってきた鏡の次には、何が来るのでしょうか。

今もニューメキシコ・フランス・イタリア・ドイツの望遠鏡が、アポロ11・14・15号の反射鏡へレーザーを撃ち、数ミリ以内の精度で距離を測る[9]。長年の測定から、月は地球から年に約3.8cmの速さで遠ざかっていることが分かった[7]。一定の速さが続くとすれば、50年で約1.9mだが、これは単純な外挿にすぎない。

月レーザー測距は、重力理論の精密な検証や、月の液体核の調査に使われてきた。ところが、反射鏡の反応が月のダストの影響とみられる原因で弱まっている証拠もある[10]。測距が続くかぎり、鏡の劣化は無視できない課題になる。

弱まりへの1つの答えが、新しい反射鏡を送ることだった。

7. あたらしい かがみが、2025ねんに とどいた

7. 2025年、新しい反射鏡が月に届いた

7. NGLR ── 2025年に届いた新しい反射鏡

2025ねん3がつ2か、アメリカの会社の 月ちゃくりくせんが、あたらしい かがみを 月に とどけました[11]。

この かがみは、大きさ 10センチの コーナーキューブが 1こ。メリーランド大学の ぶつりがくしゃたちが つくりました。1ミリいないの せいどを めざして います[11]。

アポロの かがみから 50ねん いじょう。月の きょりを はかる しごとは、まだ つづいて います。

2025年3月2日、米Firefly社の月着陸船Blue Ghost 1が、新しい反射鏡NGLRを月面に届けました。メリーランド大学の物理学者らが設計したもので、直径10cmのコーナーキューブが1個です。1mm以内の精度をめざします[11]。

アポロの反射鏡は多数の小さな鏡を並べていましたが、NGLRは1個の大きな鏡を使います。月の距離測定は、アポロの時代から続く仕事なのです。

2025年3月2日、米Firefly社の月着陸船Blue Ghost 1が、メリーランド大学の物理学者らが設計した新しい反射鏡NGLR(直径10cmのコーナーキューブ1個)を月面に届けた。1mm以内の精度をめざす[11]。

アポロ世代の反射鏡が少しずつ弱まる中、新しい鏡が月面に加わった意味は大きい。着陸の翌日には、フランスの観測所との通信も行われた[11]。

8. 光を かえす ものを、みつけて みよう

8. 身の回りで「来た方向へ返す光」を探す

8. 出口 ── 反射材で試す再帰反射と、読む資料

じてんしゃの 赤い はんしゃ板(リフレクター)や、かばんの 光る テープは、月の かがみと にた はたらきを します。うちの 人と いっしょに、くらい ところで 見て みましょう。

まず、リフレクターから すこし はなれて、かいちゅうでんとうを あてます。つぎに、かいちゅうでんとうの すぐ よこに 目を おいて、見て みます。リフレクターが、光を 来た ほうに かえします。

ぜったいに、人の 目に かいちゅうでんとうの 光を むけては いけません。また、道路の 近くでは ためさないで ください。

ただし、月の かがみは、もっと せいかくに もどす ように つくられて います。

自転車の赤い反射板(リフレクター)や、バッグの反射テープを使って、暗い部屋で試せます。家の人と一緒に、少し離れた場所から懐中電灯を当て、電灯のすぐ横から反射板を見ます。光が、来た方向へ返ってくるのが分かります。

安全のため、人の目に光を向けないこと、道路の近くでは試さないことを守ってください。月の反射鏡は、もっと正確に光を返すように作られています。

手鏡でも同じことを試して、見え方を比べてみましょう。手鏡は、ななめから光を当てると、光が別の方向へ飛びます。反射板は、光が来た方向へ返ってきます。この違いが、月の反射鏡の大事なところです。

反射材で再帰反射を試すなら、暗い部屋で自転車の反射板や反射テープに、離れた位置から懐中電灯の光を当て、電灯のすぐ横から見る。光が来た方へ返るのが分かる。安全のため、人の目に光を向けず、道路の近くでは行わない。月の反射鏡は、はるかに精密に光を返すように作られている。

資料を読むなら、月のレーザー測距の基本はNASAの解説[7]、現役の観測はNASAゴダードの記事[9]、観測所の15年分のデータはBattatらの論文[10]が原典に近い(いずれも英語)。ALSEPが今も月で電波を出しているかは、ここで使った資料では分からない問いで、さらに調べる価値がある。

しらべた もとの じょうほう

参考にした情報源

参考にした情報源と、その使い方

出典について:NASAの資料、NASAの技術報告、PDSの資料、大学の発表、論文の公開原稿を使った。何に使ったかは、それぞれの項目の最後に書いている。

  1. NASA NSSDCA「Apollo 12 ALSEP」。https://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/spacecraft/display.action?id=1969-099C (ALSEPの電源と観測機器について)
  2. NASA NTRS「ALSEP final report」。https://ntrs.nasa.gov/citations/19790014808 (運用の打ち切りについて。理由と設計寿命の数字は二次資料にもとづく)
  3. Weber「Lunar Seismology Background」(NASA PDS)。https://pds-geosciences.wustl.edu/Lunar/urn-nasa-pds-apollo_seismic_event_catalog/document/lunar_seismology_background.pdf (地震計網と月震の種類について)
  4. NASA「Apollo 11 Seismic Experiment」。https://science.nasa.gov/resource/apollo-11-seismic-experiment/ (最初の月面地震計について)
  5. Space Daily の記事(着陸船上昇段の落下と月震の長い揺れ)。https://spacedaily.com/ (月震が長く続くことについて。報道、二次資料)
  6. Weberら 2011, Science 331(NASA NTRS登録)。https://ntrs.nasa.gov/citations/20110007235 (古い地震記録の再解析と月の核について)
  7. NASA GSFC「Measuring the Moon's Distance」。https://eclipse.gsfc.nasa.gov/help/ApolloLaser.html (反射鏡の仕組み、光子の数、月が遠ざかる速さについて)
  8. NASA「50 Years Ago: On the Way to the Moon」。https://www.nasa.gov/history/50-years-ago-on-the-way-to-the-moon-5/ (アポロ11号の反射鏡と最初の測定精度について)
  9. NASA GSFC「Reflectors placed on the Moon by Apollo 11 astronauts 50 years ago」。https://earth.gsfc.nasa.gov/geo/projects/sgp/updates/reflectors-placed-moon-apollo-11-astronauts-50-years-ago-continue-provide (今も続く測距と、その精度について)
  10. Battatら 2023, APOLLOのデータ(arXiv:2304.11128)。https://arxiv.org/abs/2304.11128 (APOLLO観測所のデータと反射鏡の劣化について)
  11. メリーランド大学 物理学科「NGLR」。https://umdphysics.umd.edu/about-us/news/department-news/nglr.html (2025年に届いた新しい反射鏡について)

なおした ところ

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