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月の いしを、どうやって 地球に もって かえるの?

月の石をどうやって持ち帰るのか ── 採る・守る・地球で調べる技術

月の石をどうやって持ち帰るのか ── アポロが遺した382キログラムの科学

分野:宇宙・天文

アポロ計画では、6かいの 月面 ちゃくりくで、あわせて 382キログラムもの 月の いしが 地球に もちかえられました。

どんな どうぐで あつめて、どんな はこに 入れて、地球に ついてからは どうやって まもられたのでしょうか。

この きじでは、月の いしを もちかえる ための ぎじゅつと、 いまも つづく けんきゅうの はなしを 見て いきます。

アポロ計画では、6回の月面着陸で、合計382キログラムもの月の石が地球に持ち帰られました。

どんな道具で集めて、どんな箱に入れて、地球に着いてからはどうやって守られたのでしょうか。しかもそのうちの一部は、47年間も開けられずに保管されていました。

この記事では、月の石を持ち帰るための技術と、いまも続く研究の話を見ていきます。

アポロ計画では、1969年から1972年にかけての6回の月面着陸で、合計382キログラムの月の石・砂・岩芯が地球に持ち帰られました。

どのような道具で採集し、どのような容器で真空を保ったまま密閉し、地球到着後はどのような手順で守られたのでしょうか。そのなかには、未来の技術を見こして47年間開封されなかったサンプルもあります。

この記事では、採集から検疫、いまも続くキュレーション(保管・管理)、そして無人探査機による月サンプルリターンまでをたどります。

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1. 月で いしを あつめる どうぐ

1. 月面で使われた、石を集める道具

1. 採集 ── 熊手、コアチューブ、そして382キログラム

アポロ計画では、11ごうから17ごうまで(13ごうを のぞく) 6かいの ちゃくりくで、月に 人が おりたちました [1]。

うちゅうひこうしたちは、ハンマーや スコップ、くまで、トング、 つつの ような 「コアチューブ」など、いろいろな どうぐを つかって 月の いしや すなを あつめました [1]。あつめた いしは、 ぜんぶで やく2200こ、おもさに すると 382キログラムにも なりました[3]。

6回の着陸で集められた石

アポロ計画では、11号から17号まで(13号は月面着陸できず)6回の着陸で、宇宙飛行士が月面に降り立ちました[1]。

ハンマーから、くまでのような「レーキ」まで

宇宙飛行士は、ハンマー・スコップ・くまでのような形をした「レーキ」・トング・筒状の「コアチューブ」など、さまざまな道具を使って月の石や砂を集めました[1]。レーキは、トングでは効率よく集められない小さな石を、まとめてすくい取るために作られた道具です[5]。集められたサンプルは、6回の着陸をあわせて約2200個、重さにすると382キログラムにもなりました[3]。

アポロ計画では、1969年から1972年にかけて、11号から17号まで(13号は月面着陸に至らず)計6回の着陸ミッションが実施され、宇宙飛行士が月面に降り立ちました[1]。

採集には、ハンマー、スコップ、トング、熊手状の「レーキ」、そして地下の層を保ったまま採取できる筒状の「コアチューブ」など、多様な専用工具が使われました[1]。レーキは、トングでは非効率だった1センチメートル以上の小石を効率よく多数採集するために開発された道具です[5]。

6回の着陸ミッションをあわせて、大小合わせて約2200個の個別サンプル、総重量にして382キログラムの月の石・土壌・コアが地球に持ち帰られました[3]。

2. 月の しんくうごと もって かえる はこ

2. 月の真空ごと持ち帰る「岩石箱」

2. 密閉容器(ALSRC)── 真空を守る三重のふた

あつめた いしは、まず ふくろに 入れてから、とくべつな アルミニウムの はこに しまわれました。この はこは、 「いわの はこ」と よばれて います[2]。

このはこは、月の いしが 地球の 空気に ふれて かわらない ように、空気が 入りにくい ふたが 3じゅうに なって います[2]。おべんとうばこの ふたを ぴったり しめて、スープが こぼれないように する ことが ありますね。あの しくみを、もっと ずっと しっかりさせた ものだと おもって ください。うちゅうひこうしたちは、 あつい てぶくろを した ままでも あけしめ できるように、 レバーの ような とっても つけられて いました [2]。

「岩石箱」と呼ばれたアルミの箱

集めた石は、いったん専用の袋に入れられたあと、アルミニウム製の特別な箱にしまわれました。この箱は、通称「岩石箱」(ロックボックス)と呼ばれています[2]。

真空を守る、3重のふた

この箱は、月面の真空(空気がまったくない状態)をそのまま閉じこめておけるよう、刃のようなふちを合わせる仕組みと、高温にも強いゴムのパッキンを組みあわせた3重のふたになっています[2]。宇宙飛行士は分厚い宇宙服の手袋をしたままでも開け閉めできるよう、レバー式の留め金とT字型の取っ手が付けられていました[2]。箱の内側はアルミの網でおおわれ、運ぶあいだに石や砂がこすれて傷つかないようにもなっていました[2]。

収集したサンプルは、いったんサンプル袋に格納されたのち、「アポロ月面サンプル回収容器(ALSRC)」と呼ばれるアルミニウム製の専用容器に収められました。通称「ロックボックス(岩石箱)」として知られています[2]。

この容器は、月面の真空状態をできる限りそのまま保持するため、刃状のエッジを組みあわせるナイフエッジシールと、高温にも耐えるOリングを併用した三重の密閉機構を備えていました[2]。与圧服の分厚いグローブを着けたままでも確実に操作できるよう、トグルレバー式のラッチとT字型のバーで開閉する設計になっていました[2]。容器内部はアルミ製のメッシュで裏打ちされ、輸送中に岩石や土壌試料が損傷しないよう緩衝材の役割も果たしていました[2]。

3. 月の ばいきんを けいかいした 21にちかん

3. 月の病原体を警戒した、21日間の検疫

3. 検疫 ── 月面隔離研究所と、21日間の隔離

月には、地球に ない びょうげんたいが いるかもしれない―― さいしょの ころは、そんな しんぱいが あったため、月から かえって きた うちゅうひこうしたちは、すぐには 家に かえれませんでした。

アポロ11ごう・12ごう・14ごうの うちゅうひこうしたちは、 月に さいしょに ふれた ときから 21にちかん、とくべつな へやで すごし、けんこうに もんだいが ないか しらべられました [4]。この けっかで びょうげんたいは 見つからず、アポロ15ごうから この けんえきは やめに なりました [3]。

「月の病気」を心配して

月には地球にない病原体がいるかもしれない――初期のアポロ計画では、そんな心配があったため、月から帰ってきた宇宙飛行士はすぐには家に帰れませんでした。

21日間の隔離生活

アポロ11号・12号・14号の宇宙飛行士は、着水後まず移動式の隔離施設に入り、その後ヒューストンの「月面隔離研究所」に移されました。月の物質に初めてふれたときから数えて21日間、健康に問題がないかを確認されました[4]。この検疫で月由来の病原体は一つも見つからず、アポロ15号以降はこの検疫の必要がないと判断されました[3]。

月には地球に存在しない未知の病原体が存在する可能性がある―― アポロ計画初期には、月の物質が地球に持ちこまれ、地球の生き物や環境に影響すること(バックコンタミネーション)を防ぐのが重要な課題とされていました[3]。

アポロ11号・12号・14号の乗員は、太平洋上での着水後、改造エアストリームトレーラーである「移動式検疫施設(MQF)」にまず収容され、その後ヒューストンの有人宇宙船センターにある「月面隔離研究所(LRL)」へ移送されました。月の物質に最初にふれた時点から数えて21日間の隔離期間が設けられ、この間に健康状態が監視されました[4]。

この検疫の結果、月由来の病原体は一切確認されず、地球外生物汚染のリスクは極めて低いと判断されたため、アポロ15号以降のミッションでは乗員の検疫は行われなくなりました[3]。

4. 50ねんたっても つづく「とっておく」しごと

4. 50年たっても続く「保管」という仕事

4. キュレーション ── 未来の科学者のために開けなかった石

月の いしは、いまも アメリカの ジョンソン宇宙うちゅう センターで だいじに とって おかれて います。空気中の すいぶんや ほこりで よごれないよう、ちっそガスで みたした へやの 中で あつかわれ、けんきゅうの ために 1年に やく 400こが せかいの けんきゅうしゃに わたされて います [5]。

アポロ17ごうの いしの 中には、1972年に とじられてから やく47ねんも あけられなかった ものが あります。2019年に やっと あけられました。りゆうは、「もっと あたらしい どうぐが できてから しらべよう」と、わざと とって おいたからです[6]。

ちっ素で満たされた部屋で守る

月の石は、いまもアメリカ・ヒューストンのジョンソン宇宙センターで大切に保管されています。地球の空気中の水分やほこりで石が変質しないよう、ちっ素ガスで満たした特別な作業室(グローブボックス)の中で扱われ、研究のために1年におよそ400個が世界の研究者へ貸し出されています[5]。

47年間、あえて開けなかった石

アポロ17号が持ち帰った、2本に分かれた筒状のサンプルの一部は、1972年12月に密閉されてからおよそ47年間、まったく開封されませんでした。2019年11月にようやく開封されましたが、これは「もっとすぐれた分析技術ができてから調べよう」と、あえてそのまま保管していたものだったのです[6]。月面で特に念入りに真空密閉されていたもう一方の筒は、2022年になってようやく開封されました[12]。

月の石は現在も、テキサス州ヒューストンのジョンソン宇宙センター内にある月試料保管施設で厳重に管理されています。地球の大気中の水分やちりによる変質を防ぐため、窒素で満たしたグローブボックス内で取り扱われ、研究・教育目的で年間およそ400個が世界の研究機関へ貸与されています[5]。

特筆すべき例として、アポロ17号が採集した二重コアチューブのサンプル(73001・73002)が挙げられます。1972年12月に採集され、通常の容器に収められていた上部の73002は、2019年11月5日、NASAの「アポロ次世代サンプル分析(ANGSA)」プログラムのもとで開封されました[6]。一方、月面で特別な容器に真空密閉されていた下部の73001は、内部の真空状態そのものを分析する準備に時間を要し、2022年3月になって開封されました[12]。

未開封のまま長期保管されていた理由は、サンプル採取当時には存在しなかった、より高精度な分析技術が将来開発されることを見こしていたためです。このプログラムには、将来のアルテミス計画で月からサンプルを持ち帰るときに備え、採集や保管の方法を検討する目的もありました[6]。

5. ロボットの たんさきも、いしを もって かえった

5. 無人探査機も、月の石を持ち帰った

5. 無人サンプルリターン ── ルナ計画から嫦娥6号まで

月の いしを もって かえったのは、人だけでは ありません。 ソビエトれんぽう(いまの ロシアなど)の ロボットの たんさき 「ルナ」は、1970年に 101グラム、1972年に やく55グラム、1976年に 170グラムの 月の すなを もって かえりました [7][11]。

2020年には、中国の「じょうが5ごう」が 1731グラムを [8]、2024年には「じょうが6ごう」が、 月の うらがわから はじめて、やく 2キログラム(1935.3グラム)の いしや すなを もって かえりました [9]。

ソ連の無人探査機「ルナ」

月の石を持ち帰ったのは、人が乗った探査機だけではありません。ソビエト連邦(いまのロシアなど)の無人探査機「ルナ」は、1970年のルナ16号で101グラム、1972年のルナ20号でおよそ55グラム、1976年のルナ24号で170グラムの月の砂を、それぞれ地球に持ち帰りました[7][11]。

中国の「嫦娥」計画

近年では、中国の探査機も月サンプルリターンに成功しています。2020年、嫦娥5号は月の表側から1731グラムを持ち帰りました[8]。2024年には嫦娥6号が、月の裏側からは史上初となる1935.3グラムのサンプルを持ち帰りました[9]。

月からのサンプルリターンは、有人ミッションだけの成果ではありません。ソビエト連邦の無人探査機「ルナ」計画では、1970年のルナ16号が101グラム、1972年のルナ20号がおよそ55グラム、1976年のルナ24号が170グラムの月の土壌を、それぞれ無人のカプセルで地球へ帰還させました[7] [11]。日本語圏の資料ではルナ20号の回収量を「30グラム」とする記述も見られますが、NASAや米国科学アカデミー系の資料では50〜55グラムとされており、本稿はこちらに従っています。

近年では、中国国家航天局の「嫦娥」計画も無人サンプルリターンを行っています。2020年12月、嫦娥5号は月の表側(アポロやルナと同じ側)から1731グラムのサンプルを採取して帰還しました[8]。2024年6月には嫦娥6号が、アポロ計画・ルナ計画・嫦娥5号のいずれも採取したことがなかった月の裏側から、史上初めて1935.3グラムのサンプルを持ち帰りました[9]。

6. なんで、いしを もって かえる ひつようが あるの?

6. なぜ、石を持ち帰る必要があるのか

6. なぜ持ち帰るのか ── 月の年齢と、地球の起源

月の いしを しらべると、その いしが いつ できたのかが わかります。月の いしの 中には、44おく年いじょう まえに できた、とても ふるい ものも あります [1]。

月の いしと 地球の いしを くらべる けんきゅうから、 「大昔、地球に べつの おおきな てんたいが ぶつかって、 その とき とび出した かけらが あつまって 月に なった」と いう かんがえかた(せつ)を ささえる しょうこも 見つかって います [10]。

石を調べると、いつできたかがわかる

月の石を調べると、その石がいつできたのかがわかります。月の石のなかには、44億年以上も前にできた、とても古いものもあります[1]。

「月は地球の一部だった」という手がかり

月の石と地球の石をくわしく比べる研究から、「大昔、地球に火星ほどの大きさの天体がぶつかり、そのとき飛び散ったかけらが集まって月になった」という「ジャイアント・インパクト説」を支える手がかりも見つかっています。月と地球の石にふくまれる酸素の性質は全体としてよく似ていますが、2014年の研究で、くわしく調べると測定できるくらいのわずかな違いがあることがわかりました。このわずかな違いは、月ができたときに地球以外の天体も関わったという考えを支える手がかりの1つです[10]。

月の石を放射年代測定にかけると、その石が固まった年代がわかります。月の海(玄武岩質の平原)で採集された石は約32億年前、高地で採集された石は約44億年前という、太陽系初期にまでさかのぼる年代を示すものもあります[1]。

月の石と地球の石を比較する研究は、月の起源そのものの手がかりにもなっています。現在もっとも有力な「ジャイアント・インパクト説」は、約45億年前、火星サイズの原始惑星(「テイア」と呼ばれる)が原始地球に衝突し、飛び散った破片が集まって月になった、とする説です。月と地球の石にふくまれる酸素同位体比は全体としては非常によく似ていますが、2014年、Daniel Herwartz博士らの研究チームがより精密な比較を行った結果、両者のあいだに測定可能なわずかな差(Δ17Oで12±3ppm)があることを発見しました。研究チームはこの差を、衝突天体テイアが関わった可能性を示す証拠の1つとして、学術誌Scienceに発表しました[10]。

じぶんでも やって みる

自分でも調べてみたくなったら

自分でも調べてみたくなったら

月の いしの ほんものは、はくぶつかんや かがくかんで 見られる ことが あります。

きょう できる こと

  • 近くの かがくかんを しらべて みる。 月の いしの てんじが あるか、おうちの人と いっしょに しらべて みましょう。
  • 手ぶくろを して、ものを つまんで みる。 あつい 手ぶくろを して、小さな ものを つまむのが どれだけ たいへんか ためして みましょう。うちゅうひこうしの くろうが わかります。
メモの すすめ

きょう 出て きた ことばを 1つだけ ノートに 書いて おきましょう。「コアチューブって なに?」だけで じゅうぶんです。

月の石の本物は、博物館や科学館で展示されていることがあります。

今日できること

  • 近くの科学館や博物館を調べてみる。月の石の展示があるか、おうちの人といっしょに調べてみましょう。
  • 厚い手袋をして、小さな物をつまんでみる。軍手を2枚重ねてつけた状態で小さなビーズなどをつまんでみると、宇宙服の手袋をつけたままレーキやトングを使う大変さが実感できます。

出かけてできること

  • 科学館の宇宙開発コーナーで、月の石のレプリカや採集道具の展示を見てみる。
メモのすすめ

気になった言葉を1つだけ書いておくと、あとで調べる入口になります。「グローブボックスって、ふつうの箱とどう違うの?」だけでも十分です。

月の石の実物やレプリカは、博物館や科学館で展示されていることがあります。

手を動かして確かめる

  • 厚い手袋での作業を体験してみる。厚手の手袋を二重につけた状態で、小さな部品をピンセットでつまんでみると、与圧服のグローブを着けた宇宙飛行士が採集作業にどれだけ工夫を要したかが実感できます。
  • ANGSAの最新研究を追ってみる。NASAの公式サイトでは、未開封サンプルの分析結果が随時公開されています。

一次情報にあたる

NASAジョンソン宇宙センターの月試料キュレーションのサイトでは、個々のサンプルの採集地点や研究データが公開されています。アルテミス計画による新しいサンプルリターンの情報もあわせて追いかけてみてください。

メモのすすめ

気になった数値や言葉を1つだけノートに記録しておきましょう。「月の石の年代が、地球の岩石より古いものも見つかる」という事実でもかまいません。

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

この記事は、下にあげた公開情報をもとに書いています。文章や図を無断で転載してはいません。もっと正確に知りたいときは、必ず下の出典にあたってください。リンク先の内容や、リンク先で起きたことについて、当サイトは責任を負いません。

出典について:Wikipediaは百科事典、NASAはアメリカ航空宇宙局という公的機関、アストロアーツ・おたくま経済新聞・soraeは天文・科学専門のニュースサイトです。英語のサイトには何を伝えるサイトかを併記しています。

  1. Wikipedia「月の石」。 https://ja.wikipedia.org/wiki/月の石 (アポロ計画の着陸回数、採集道具、総重量、放射年代測定の年代幅の解説)
  2. Wikipedia, “Apollo Lunar Sample Return Container”(英語)。 https://en.wikipedia.org/wiki/Apollo_Lunar_Sample_Return_Container (サンプル回収容器「ロックボックス」の材質・密閉機構・構造の解説)
  3. Wikipedia, “Lunar Receiving Laboratory”(英語)。 https://en.wikipedia.org/wiki/Lunar_Receiving_Laboratory (月面隔離研究所の目的、検疫対象ミッション、アポロ15号以降の検疫中止についての解説)
  4. Wikipedia, “Mobile quarantine facility”(英語)。 https://en.wikipedia.org/wiki/Mobile_quarantine_facility (移動式検疫施設の構造と、21日間の検疫期間についての解説)
  5. NASA Johnson Space Center, “Lunar Rocks and Soils from Apollo Missions”(英語)。 https://curator.jsc.nasa.gov/lunar/index.cfm (月試料の保管施設、サンプル総数、年間貸出数についてのNASA公式情報)
  6. おたくま経済新聞「NASA 未開封だったアポロ17号の月面サンプルをついに開封」。 https://otakuma.net/archives/2019110802.html (1972年に密閉され2019年に開封されたアポロ17号サンプルと、ANGSAプログラムについての報道)
  7. Wikipedia「ルナ計画」。 https://ja.wikipedia.org/wiki/ルナ計画 (ルナ16号・20号・24号の着陸年とサンプル重量の解説)
  8. Wikipedia「嫦娥5号」。 https://ja.wikipedia.org/wiki/嫦娥5号 (2020年のサンプル重量と着陸・帰還日についての解説)
  9. sorae「中国の月探査機『嫦娥6号』が月の裏側で採取したサンプルは1935.3グラム」。 https://sorae.info/space/20240629-chang-e-6.html (2024年、月の裏側からの史上初のサンプルリターンについての報道)
  10. アストロアーツ「月の石の酸素から、巨大衝突説に新たな証拠」。 https://www.astroarts.co.jp/article/hl/a/8544 (2014年のHerwartz博士らの研究による、酸素同位体比とジャイアント・インパクト説についての解説)
  11. NASA Science, “Soviet Union Lunar Sample Return Missions”(英語)。 https://science.nasa.gov/photojournal/soviet-union-lunar-sample-return-missions/ (ルナ20号の回収サンプル量(55グラム)についてのNASA公式解説)
  12. NASA, “Fifty Years Later, Curators Unveil One of the Last Sealed Apollo Samples”(英語)。 https://www.nasa.gov/general/fifty-years-later-curators-unveil-one-of-last-sealed-apollo-samples/ (月面で真空密閉されたサンプル73001が2022年に開封されたことについてのNASA公式記事)

なおした ところ

更新履歴

更新履歴(改版の記録)

  •  初版を公開。
  •  真空の箱、嫦娥6号の重さ、月の起源の説、バックコンタミネーションの説明、アルテミス計画の書き方を分かりやすく直しました(先生の目での読み直しによる)。

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