月の内部進化を数値モデルにより解明 ――火成活動を考慮したマントル対流モデルによる月内部の歴史――研究成果

2023年9月20日
東京大学
愛媛大学

発表のポイント

• 月の内部史の研究において、マントル中のマグマの生成と移動の数値シミュレーションを、初めて円環モデルを用いて行いました。
• 月の火山活動史や月全体の膨張・収縮史を、数値シミュレーションによって再現しました。
• 本研究の成果は、先日打ち上げられたH-IIAによるSLIM月探査機など、今後活発になると期待される月探査の科学的動機付けとしても重要です。

発表概要

　東京大学大学院総合文化研究科の于 賢洋 大学院生と小河 正基 准教授（研究当時）は、愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センターの亀山 真典 教授との共同研究により、過去に起きていた月の火山活動や月の大きさの変化（半径変化）を月内部の数値シミュレーションで再現しました。

　本研究では、火成活動（注1）を組み込んだ2次元円環マントル対流（注2）モデルを構築し、マグマの生成・移動が月内部に及ぼす影響を調べました。モデルを用いた数値計算によって、深部で生成されたマグマが浅部マントルまで上昇することによって火山活動が起こること、それに伴うマントル物質の体積変化によって月の半径膨張が起こることを指摘しました。このようなマグマは、月の深部に長期的に分布する放射性元素（注3）の発熱によって継続的に生成されます。本研究によって、約45億年前の形成直後の月では、内部は大部分が固体で、深部の岩石は放射性元素に富んでいたことが示唆されました。このような形成初期の月の描像はその形成過程と進化過程を結びつける上で意義深く、今後本研究のモデルを3次元球殻に発展させることによって、いまだ不明な点が多い月の形成史の解明が期待されます。

　本研究成果は、2023年9月20日付アメリカ地球物理学連合の学術誌「Journal of Geophysical Research: Planets」に掲載されました。

発表詳細

大学院総合文化研究科のページからご覧ください。

発表者

東京大学 大学院総合文化研究科 広域科学専攻 広域システム科学系
于 賢洋（博士課程）
小河 正基（研究当時：准教授）

愛媛大学 地球深部ダイナミクス研究センター
亀山 真典（教授）

用語説明

（注1）火成活動
マグマが惑星（を含む天体）内部で生成されそれが移動していくプロセスのことを指します。本研究では特にマグマの生成・移動とそれに伴う熱や主要元素、および放射性元素のような微量元素の輸送に関してこの用語を使用しています。

（注2）マントル対流
惑星（を含む天体）内部に存在する岩石のマントルが熱や物質の重さ（密度）の違いによって対流することを指します。

（注3）放射性元素
自然に放射性壊変を引き起こす元素のことを指します。この崩壊の際に放出される崩壊熱は天体内部を暖め、熱進化に重要な影響を与えることが知られています。本研究では月の内部進化に重要であることが知られているウラン、トリウム、カリウムに着目しました。