月の秘密：月の奇妙な内部を解き明かす
月は不思議な天体です。
ヴェリコフスキーの以前の記事「月のない世界の記憶と神話」から引用すると、
●地球に月がない時代は、おそらく人類の最も遠い記憶であろう。デモクリタスとアナクサゴラスは、地球に月のない時代があったことを教えています。
●私たちは、多様な民族の伝統が、非常に早い時代に、しかし、まだ人類の記憶の中で、月が地球を伴っていなかったという事実を裏付ける証言を提供していることを見てきました。地球にはすでに人類が住んでいたのですから、月が地球から生まれたとは考えにくいのです。ですから、私は月の起源を知っているわけではありませんが、月が地球に捕らえられた可能性の方が高いと考えています。そのような出来事は大惨事として起こったでしょう。
●月の位置の変化は、月の長さの変化で読み取ることができます。月の長さは、その後の壊滅的な出来事で繰り返し変化しました。これを裏付ける証拠が大量に存在します。
●多くの伝統は、過去のある時期に月は今よりもずっと明るく、太陽よりも外観が大きかったと主張しています。
●『日本書記』によると、かつては「月の輝きは太陽の輝きに匹敵するものだった」と言います。
●「太陽はバビロニアの占星術師の目には月よりも重要度が低かった」
●太陽よりも大きな体として現れた月は、人々の想像力によって男性的な役割を与えられ、太陽は女性的な役割を与えられた。多くの言語では、月の名前を男性的なものとしていた。月が地球から遠く離れ、地球上の観測者にとっては小さくなってから、ほとんどの言語で月を表す別の名前（通常は女性的な名前）が使われるようになったのでしょう。
今回、紹介する動画は、月の内部の秘密が解き明かされたという内容ではありませんが、月内部の謎の研究がどのように進んでいるのかを知ることができます。
動画内で「この長時間の月の共鳴は、月が鐘のように鳴り響くという表現につながった。月が空洞なのではないかと推測する人さえいた」という指摘があります。それで、中空の球の場合に振動はどのように伝わるのか疑問が湧きました。実験結果と月の振動を比較できるからです。
「Vibrating waves of hollow spheres」で検索してみましたが、いくつか記事はありましたが、残念ながら求めていたものは見つかりませんでした。
- 1. 月の秘密：月の奇妙な内部を解き明かす
The Moon’s Secrets: Unveiling Its Strange Interior
月の秘密：月の奇妙な内部を解き明かす
The Moon’s Secrets: Unveiling Its Strange Interior
私たちの惑星の内部構造を理解することは、それ自体が困難なことであり、他の天体に隠された秘密を解読することはさらに困難なことである。地球では、地震データが惑星の内部を解明する上で極めて重要な役割を果たしている。アポロ計画が月に降り立ったとき、科学者たちは月の地震データを収集するまたとないチャンスと考えた。宇宙飛行士たちは、自然の衝撃波をとらえることができる機器を設置した。
今までのところ、月の地震波は予想を裏切るものだった。徐々に、地震データや裏付けとなる証拠が蓄積されるにつれ、月内部の漠然とした姿が浮かび上がってきた。それにもかかわらず、このデータの解釈は、相反する見解と長引く謎を生んでいる。
前置き（予備的解説）Introduction
私たちの住む惑星の内部構造を理解することはそれ自体困難なことであり、他の天体に隠された秘密を解読することはさらに困難なことである。この課題に取り組むため、科学者たちは化学トレーサー（海水の流れや，海水中で起こっている反応過程を調べるために用いられている指標。海水の温度，塩分，密度のほかに重水素，重酸素等の物質も使われている）や遠隔地球物理学データのような間接的な方法を用いている。
クラビウス・クレーター
こうした天体の謎の中でも、太陽系で地球に最も近い隣人である月は際立っている。私たちが夜空で簡単に見つけることができる天体でありながら、その組成は何世代にもわたって私たちを当惑させてきた。月の表面には目に見える傷跡があり、肉眼で確認できるものもある。
初期の科学者たちは、月の暗い部分に興味をそそられ、当初はそれらを海に見立て、ラテン語で"海"を意味する"マーレ
mare“と名付けた。しかし、その後の観測によって、これらの"海"は実際には溶岩が固まったものであるという、まったく異なる現実が明らかになった。
地球では、地震データがこの惑星の内部を解明する上で極めて重要な役割を果たしている。アポロ計画が月に降り立ったとき、科学者たちは月の地震データを収集するまたとないチャンスと考えた。宇宙飛行士たちは、自然の衝撃波をとらえることができる機器を設置した。
しかし、月の地震波は予想を裏切るものだった。
やがて、地震データや裏付けとなる証拠が蓄積されるにつれ、月内部のぼんやりとした姿が浮かび上がってきた。とはいえ、このデータを解釈することは、矛盾した見解やなかなか解消しない謎を生んでいる。
それでは、その謎に迫ってみよう。
アポロ地震実験 Apollo Seismic Experiments
1969年から1972年にかけて実施されたアポロ計画で、宇宙飛行士たちは地球に最も近い月の面で地震実験を行うという驚くべき科学的試みに着手した。
パッシブ地震データを取得するため、戦略的に配置された５つのステーションが設置された。
アポロ11号のミッションは約20日間に及んだが、ステーション12、14、15、16は設置から1977年までほぼ継続的に運用された。月でのこれらの地震実験は画期的なものだった。月面で地震データを収集、デジタル化し、それを地球に送信した。
データは磁気オープンリールテープに保存され、信号が地球に到達した瞬間を示すタイムスタンプが付けられた。しかし、データのサンプリングレートは、データサンプラーの予測不可能な変動と月の大幅な温度変化に対する感度のため、わずかなばらつきがあった。
さらに、データ内のタイミングの不一致もあった。
最近、これらの問題を修正し、月の地震データセットを改良する努力がなされている。
アポロ12号のミッションで、宇宙飛行士がコマンドモジュールに帰還した後、月着陸船を意図的に月面に衝突させた。
この衝撃的な操作により、人類初の月震が発生した。その結果、月の地震センサーに振動が記録されたが、その大きさと継続時間において予想を上回るものだった。
その振動は、地球で一般的に観測される地震の振動とは異なる特徴を示した。
アポロ12号地震計で測定された月着陸船の衝撃
NASAは、アポロ12号、14号、15号、16号など、その後のアポロミッションでもこの地震実験を続け、同様の結果を得た。
図1. 地震観測点の位置。プロットはアーカイブに含まれる観測点の位置を示す。背景はAraki その他 (2009)による月の地形
当時、これらの発見は、月の密度が地球よりも低いことを示唆しており、非常に驚くべきものだった。
データは、４つの異なるタイプの月震の存在を示唆していた。
深発月震、隕石衝突、浅発月震、人為的な衝突の例
これらの事象は地震観測点S12で垂直成分（MHZ）で記録された。各イベントのタイミングは分単位で、到着時間との相対値である。トレースは変位（メートル）で表示され、イベントごとにスケールが異なる。人工衝撃信号の振幅は測定器のレンジを超えた。
月震の種類 Types of Moon Quakes
月の内部構造は、遠隔地球物理学的データを用いてのみ特定することができる。新しい分析によると、深発月震の発生場所に近い月のマントル深部にある明瞭な層は、月のマントルのレオロジー（流動学：物質の流動・変形について調べる学問。特に、液体でも固体でもない柔らかい物質について）の人為的な結果である可能性が示唆されている。クレジット：NASA
─ 月面の地下約700kmで発生する深発月震で、潮汐力の影響を受けている可能性がある。
─ 隕石の衝突によって引き起こされる衝撃誘発振動。
隕石の衝突
(a)アポロ14号PSE SP、(b)アポロ15号PSE SP、(c)アポロ16号PSE SPで1977年04月17日23時(3050.9583)に見られた隕石衝突だが、(d)アポロ17号LSPE地中聴音器Ｉでは見られなかった。
─ 月の凍てつくような夜が２週間続いた後、朝日を浴びて極寒の地殻が膨張したために起こると考えられている熱地震。
図6.5 １時間あたりのイベント数と気温のヒストグラム
1976年08月01日～1976年10月31日（2991.0～3083.0）のイベント数（左軸/黄色）とアポロ17号熱流プローブデータからの温度（右軸/青色）
─ 月面のわずか20～30kmの深さで発生する浅い月震。
月が異なる振る舞いをするように見えたのは、最後の分類である。
鐘のように鳴る Ringing like a Bell
1972年から1977年の間に、アポロの地震観測網は28回の地震を確認し、そのうちのいくつかはリヒタースケール5.5という恐ろしい数値を記録した。
※Richter scale：リヒター［リクター］・スケール［値］：地震で放出されたエネルギーを、10を底とする対数値で表すもの。通例１～９の範囲に入り、数値が1上がるとエネルギー量は32倍になる。1979年からはモーメント・マグニチュード・スケール（moment magnitude scale）が使われるようになった
しかし、これらの浅発月震（浅い月震）を真に際立たせていたのは、その継続時間が長かったことである。一旦始まると、数十分、時には数時間にわたって継続し、通常２分未満しか継続しない地上の地震とは対照的である。
この長時間の月の共鳴は、月が鐘のように鳴り響くという表現につながった。月が空洞なのではないかと推測する人さえいた。
しかし、これらの地震波が月面に限定されたものであることを明確にすることが不可欠である。
地震はマンントルの奥深くから検出されている
地球上では、水の存在は石の構造を弱め、さまざまな鉱物の膨張を引き起こす。エネルギーがこれらの圧縮可能な地層を伝わるとき、それは振動を減少させる発泡スポンジのような減衰メカニズムとして働く。対照的に、月は乾燥し、冷涼で、主に硬質であると考えられている。そのため、月震は音叉を叩くように月を動かし、比較的弾力に欠けた（硬い）内部全体に振動を発生させる。
固有振動数440.19Hzにおける音叉の振動モードの形
さらに地震データは、アポロ地震ミッションから推測される移動時間データからアクセス可能な最も深い領域が、Ｐ波で約1300km、Ｓ波で1100kmまで広がっていることを明らかにした。
※長石（ちょうせき、長石）は、複数の鉱物種を総称する鉱物グループであり、金属アルカリおよびアルカリ土類金属などのアルミノケイ酸塩を主成分とする三次元構造のテクトケイ酸塩・地殻内部に存在する
この情報は、月の核付近の構造組成に関してかなりの不確実性を残している。
液体層？ Liquid Layer?
2004年スマトラ島沖地震・津波
この難題を克服するため、科学者たちは流体層と固体層の界面で跳ね返る地震波を特定する探求に乗り出した。彼らは波形を丹念に積み重ねることでこれを達成した。
（縦軸）堆積エネルギー, （横軸）月半径 (km)
しかし、その成果は研究者によってまちまちだった。いくつかの結果は、流体の外核が固体の内核を包んでおり、コアとマントルの境界の上部に低速度帯が存在することに傾いていた。
反対に、流体コアには固体がなく、低速度帯も存在しないという解釈もある。
このような激しい食い違いは、地震データに内在する目立つ不確実性を強調するものである。
さらに複雑さを増しているのは、月の裏側から発生したＳ波が、月の地球に近い側にある地震計に記録されなかったことである。
表面イベント
図4. ２つの等速度層マントル構造のＳ波光線経路。深さ520kmの境界。
さらに、月の裏側では、深い月震の事例は際立って少なかった。
右側（月の裏側）のグレーの部分：深発地震観測所シャドーゾーン（地震波の影）
このような現象から、月の核を取り囲む高減衰領域から発生するＳ波（横波、せん断波）のシャドーゾーンが存在するという解釈がなされた。しかし、私たちが利用できる豊富なデータは地震学だけにとどまらない。
その他のデータ Other Data
重力勾配（Eötvös）、地形（km）
衛星を使った重力測定と高度測定は、月の質量、平均半径、慣性モーメント、潮汐ラブ数など、月のさまざまな側面について洞察を与えてくれる。これらのラブ数は、惑星の潮汐力に対する反応を明らかにするもので、密度、せん断弾性率、体積弾性率、粘性率などの内部特性と複雑に関連している。
※ラブ数 Love numbers（h、k、l）は、惑星体の剛性と、潮汐ポテンシャルに応答して変化するその形状の感受性を測定する無次元パラメータである。
1909年、オーガスタス・エドワード・ハフ・ラブは、潮汐に対する地球の全体的な弾性応答を特徴づける値 h と k を導入した。その後、1912年に志田順が３つ目のラブ数 l を追加した。これは、潮汐に対する固体地球の応答に関する完全な全体的記述を得るために必要だった。
陸生植物と月の測地パラメータ
月のラブ数
大雑把に言えば、液体や部分的に溶けた層を持つ天体は、固い岩石質の天体に比べて変形しやすく、その結果ラブ数も高くなる傾向がある。注目すべきことに、これらの測定から得られたデータは、流体のコアと、コアとマントルの境界付近の非常に粘性の低い層の存在を示しているようだった。
下部マントルと月深部の地震 Lower Mantle & Deep Moon Quake
※月震：月に起こる地震のことである。地球で起きるのが地震 (earthquake) なので、研究者の間で俗称としてmoonquakeという言葉ができ、それを日本語訳した呼称。なお、earthquake の earthは大地という意味であり、"地球"という意味ではない。
参考：月の地震学
月内部の謎めいた領域の中でも、特に興味をそそられるのが最下部のマントルである。地震探査データから、マントルの最下部150kmが非常に弱いという不可解な特徴が明らかになった。以前の調査では、この脆弱な（弱い、かすかな）層に溶融物質が存在する可能性が指摘されてきた。しかし、マントルが溶融するのに十分な高温に達する方法を説明するのは、相当量の水が含まれていない限り、手ごわい難題のままである。
地震データをさらに調べると、さらなる謎が明らかになる。
図4.1 クラスターA6の月震
1976年８月26日12時（3016.5）に（a)アポロ12lpy、(b)アポロ14lpy、(c)アポロ15lpy、(d)アポロ16lpyで見られた深い月の地震、ただし、(e)アポロ17号LSPE地中聴音器ＩＩにはない。
深発月震 Deep Moon Quakes という現象を精査すると、驚くべきパターンが浮かび上がってくる。これらの地震の大部分は月の手前側に集中しているように見え、月の裏側まで到達している地震はごくわずかである。
(e) 深発月震(DMQ)
さらに不可解なのは、深発月震が検出されたことのない特異なゾーンが存在することである。
深発月震が存在するだけでも、もともと奇妙なことなのだ。月のコアの奥深くでは、高い圧力と温度が理論的に脆性破壊や摩擦滑りを抑制するはずである。それにもかかわらず、それらは検出され、さらに不可解なのは、それらが明らかにクラスター化していることである。月の裏側では、地質学的特徴が大きく異なるため、このような地震を発生させるのに必要な条件が整っていないという説が有力である。
別の仮説では、月の裏側の地震によって発生した地震波が、月の表側の地震計に到達するのを妨げるような内部構造が、月の内部深くに存在すると考えられている。
もっともらしい説明のひとつは、月の核のすぐ上に部分的に溶けた物質の層があり、地震波のバリアとして機能しているというものである。
謎に包まれた月の内部を解明するには、月の形状を正確に測定することが重要である。驚くべきことに、月の内部では、潮汐エネルギーが年１回の周期ではなく月１回の周期でより効率的に消散している。
現在の理解では、この現象は月のマントルの下層に明確な層が存在する場合にのみ説明できる。しかし、これらのモデルが、実際の月の岩石が示す複雑な挙動を最も正確に描写しているわけではない可能性があることを認める価値はある。
固体の下部マントル？ Solid Lower Mantle?
最近の研究では、この問題に新たな光が当てられ、サンドバーグ – クーパーモデル Sundberg-Cooper model として知られる既存の散逸モデルが、深部マントル溶融層の存在を必要とすることなく１ヶ月間隔で起こる散逸の高まりを解明できることが示された。それどころか、彼らの発見は、月のマントルは固体のままであることを示唆している。
利用可能なデータが乏しいことと、リスニングステーション（無線聴取局）のカバー範囲が限定されていることによる制約を念頭に置くことが不可欠である。これまでのところ、データセットは月面で記録されたおよそ12,000のイベントを網羅している。
このデータセットはさらに、1,800件の衝突現象、28件のエネルギッシュな浅発月震 shallow moonquakes、7,000件の極めて微弱な深発月震 deep moonquakes に分類することができる。
これらのイベントの地理的分布を精査すると、顕著なパターンが浮かび上がってくる。浅発月震も深発月震も顕著なクラスタ化傾向を示しており、衝撃現象が分散しているのとは対照的である。
隕石の衝突
月の内部に関する我々の理解と、地球の地下に関する我々の知識との類似性は明らかである。
2004年スマトラ島沖地震・津波
私たちは、自分たちの惑星の地表の深さを理解するのに必要な情報のほんの一部しか持っていないが、月の謎はそれに比べてさらにとらえどころがないように見える。
──おわり
アポロ12号予備科学報告書
APOLLO 12 PRELIMINARY SCIENCE REPORT
序文
月への２度目の旅は、人類による地球外科学探査の新時代を切り開いた。アポロ12号は、宇宙飛行士が天体に降り立ち、無事に地球に帰還できることを熱望する世界に示したアポロ11号を超え、太陽系の起源と初期の歴史の秘密を解明するために計画された体系的な科学的サンプリングに集中した。
アポロ12号の目的地には、1967年春に着陸したサーベイヤー３号があった。サーベイヤー３号は、３本の脚と鉤爪のような腕、そしてテレビアイを持つクモのような機械生物だった。それから３年も経たないうちに、ピート・コンラッドとアラン・ビーンは月着陸船イントレピッドをサーベイヤー３から数千フィート離れた場所に正確に着陸させた。これは、宇宙飛行士たちが行わなければならなかった長い一連の作業の中のひとつの作業に過ぎないが、私には、地球から25万マイルも離れた、あらかじめ選ばれた場所の近くに正確に着陸したことが、宇宙探査における機械的能力と科学的能力の驚くべき不可分性を指し示しているように思える。
この文書は、最初の有人着陸の最初の報告書と同様に、アポロ12号のミッションから得られた予備的な科学的観察に関するものである。さらなる有人着陸が新たな機械的・科学的驚異を明らかにするのと同様に、さらなる研究とより詳細な分析が、さらなる重要な結果を生むことは間違いない。
３. パッシブ地震実験（p.39）
パッシブ地震実験（PSE）の目的は、月面の振動を検出し、そのデータを使って月の内部構造、物理状態、地殻変動を調べることである。地震エネルギーの発生源は、内部（月震）または外部（隕石衝突や人工衝突）である。この実験の副次的な目的は、月面に衝突する流星の数と質量を決定することである。また、月面の傾きや、観測地点で発生する重力の変化を測定することも可能である。月の構造の詳細な調査は、地震観測所のネットワークが確立されるのを待たなければならない。しかし、単一の、大規模で、よく記録された地震イベントは、他の方法では得られなかった基本的な重要情報を提供することができる。
p.40
アポロ12号のPSE（参考資料3-1）は、センサーユニットとエレクトロニクスモジュールという２つの主要なサブシステムから構成されている。
図3-1に模式的に示されているセンサーには、３つの長周期（LP）地震計（共振周期15秒）が直交するように配置され、地表の動きの垂直成分と水平成分を測定する。このセンサーには、より高い周波数での鉛直方向の動きに敏感な１軸の短周期（SP）地震計（共振周期１秒）も含まれている。
図3-I. – PSEセンサーユニットの概略図
パッシブ地震実験 図 3-2. – LP地震計の要素の模式図
月震
「Moonquakes」には、月の内部に関するいくつかの論文があります。
アポロの月震データの新しいアーカイブ
A New Archive of Apollo’s Lunar Seismic Data
概要
アポロ宇宙飛行士は1969年から1972年にかけて、月の裏側で地震実験を行った。５つのステーションがパッシブ地震データを収集した。アポロ11号は約20日間運用され、ステーション12、14、15、16は設置から1977年までほぼ継続的に運用された。
地震データは月面で収集・デジタル化され、地球に送信された。データは磁気オープンリール式のテープに記録され、地球での信号受信時刻を示すタイムスタンプが付けられた。テープに記録されたデータは多くの用途に広く利用されており、以前はさまざまなフォーマットで共有されていた。データサンプラーのランダムな変動や、月面の温度変化の影響を受けやすいため、データのサンプリングレートは微妙に異なっている。
さらに、タイミングエラーもあった。以前共有されていたバージョンのアポロデータは、これらの問題の影響を受けていた。パッシブデータをSEED(Standard for the Exchange of Earthquake Data)フォーマットに再インポートし、これらのデータを地震調査研究推進法人や惑星データシステムを通じて公開している。タイムスタンプの誤記入を減らすため、タイムスタンプシリーズのクリーニングを行った。
アーカイブには５つのトラックが含まれている。中周期地震計の３つのコンポーネント、１つの短周期コンポーネント、およびタイムスタンプを含む時間トラックである。地震データは未処理の生フォーマットで提供され、機器の応答ファイルも提供される。
この新しいアーカイブによって、新しい世代の地震学者がこれらのデータを使って月の構造についてより簡単に知ることができるようになることを期待している。
統一天文シソーラスの概念： 月の地震学 (973); 月の内部 (959)
アポロ月地震データ公開システムの開発file:///E:/See%20the%20Pattern,pic/The%20Moon’s%20Secrets/65236016.pdf
最後までお読みいただき、ありがとうございました。