月探査への関心が高まる中、ある宇宙生物学者が、地球の天然衛星が科学コミュニティに何をもたらしうるかを探る。
月は太陽系の起源と進化について、まだ私たちに多くのことを教えてくれるうえ、観測天文学のプラットフォームとしての科学的価値もある、と同氏は説明する。
さらに月には、月の極域の水氷など、潜在的な資源もある。これらは抽出してロケット用の水素と酸素の推進剤に変えることができる。
しかし、月の裏側での人間の活動は天文学研究の妨げになりかねない、と同氏は警告する。
したがって、天文学にとって独自の価値を持つ月の地点を、この新たな月探査の時代において保護することが極めて重要である。
月探査は今まさにルネサンスを迎えている。数十に及ぶミッションは、複数の宇宙機関、そして近年ますます増えている民間企業によって組織され、今世紀末までに月を訪れる予定である。その大半は小型の無人探査機によるものだが、NASAの野心的な「アルテミス計画」は、今世紀半ばまでに人類を再び月面に送ることを目指している。
こうした活動が活発化している背景には、地政学的な駆け引きや、月の資源の探索など、さまざまな理由がある。その資源の中には、月の極域の水氷も含まれ、これは抽出してロケット用の水素と酸素の推進剤に変えることができる。しかし、科学も大きな恩恵を受けることは間違いない。
月は太陽系の起源と進化について、まだ私たちに多くのことを教えてくれる。また、観測天文学のプラットフォームとしての科学的価値も備えている。
地球の天然衛星が天文学において果たしうる役割は、今年初めに開催された英国王立協会の会合で議論された。この会合は、今まさに見えてきた月面へのアクセス拡大によって、部分的に契機が生まれたものである。
裏側のメリット
複数の種類の天文学が恩恵を受けることになる。最も明白なのは電波天文学であり、これは地球から常に見えない月の側、すなわち裏側から実施することができる。
月の裏側は、地球上の人間が発生させる電波信号から恒常的に遮蔽されている。また、月の夜の間は太陽からも守られている。これらの特徴により、おそらく太陽系全体で最も「電波が静かな」場所となっている。他の惑星や衛星には、地球から恒常的に見えない側は存在しないためである。したがって、電波天文学にとって理想的に適している。
電波は電磁エネルギーの一形態であり、例えば赤外線、紫外線、可視光線もそうである。それらは電磁スペクトルにおける異なる波長によって定義される。
約15メートルより長い波長の電波は、地球の電離層によって遮断される。しかし、これらの波長の電波は妨げられることなく月面に到達する。天文学にとって、これは電磁スペクトルにおける最後の未探査領域であり、月の裏側から観測するのが最適である。
これらの波長での宇宙の観測は、「低周波電波天文学」の範疇に入る。これらの波長は、初期宇宙の構造、特に宇宙の「暗黒時代」――最初の銀河が形成される以前の時代――を探るうえで独自の能力を持つ。
当時、宇宙の物質の大部分は、謎に包まれた暗黒物質を除けば、中性水素原子の形で存在していた。これらは特徴的な波長21センチメートルの放射を放出・吸収する。電波天文学者は、この特性を利用して、1950年代以降、天の川銀河（私たちの銀河）内の水素雲を研究してきた。
宇宙は絶えず膨張しているため、初期宇宙の水素が発した21センチメートルの信号は、はるかに長い波長へと偏移している。その結果、宇宙の「暗黒時代」の水素は、10メートルより長い波長として私たちに観測されることになる。月の裏側は、これを研究できる唯一の場所である可能性がある。
天文学者のジャック・バーンズは、先日の英国王立協会の会合で、関連する科学的背景について優れた概要を示した。同氏は月の裏側を、「初期宇宙の暗黒時代、および居住可能な系外惑星に関連する宇宙天気と磁気圏の低周波電波観測を行うための、手つかずで静かなプラットフォーム」と呼んだ。
他の恒星からの信号
バーンズによれば、裏側の電波天文学のもう一つの潜在的な応用は、磁場に捕捉された荷電粒子から発せられる電波――磁気圏――を、他の恒星を周回する惑星から検出しようとすることである。
これは、これらの系外惑星がどの程度生命を宿す能力を持つかを評価するのに役立つだろう。系外惑星の磁気圏からの電波は、おそらく100メートルより長い波長を持つと考えられ、そのため宇宙空間における電波の静かな環境が必要となる。ここでも、月の裏側が最適な場所となるだろう。
同様の論理は、知的な地球外生命体からの信号を検出する試みにも当てはまる。さらに、電波スペクトルの未探査部分を切り開くことで、新たな現象を偶然発見する可能性もある。
NASAのLuSEE-Nightミッションが2025年または2026年に月の裏側に着陸すれば、これらの観測の可能性について指標が得られるはずである。
クレーターの深さ
月はまた、他の種類の天文学にも機会を提供する。天文学者は、宇宙空間で稼働する光学望遠鏡や赤外線望遠鏡に関して豊富な経験を持っており、例えばハッブル宇宙望遠鏡とJWST。しかし、月面の安定性は、これらの種類の観測機器に利益をもたらす可能性がある。
さらに、月の極域には太陽光が一切届かないクレーターが存在する。宇宙を赤外線波長で観測する望遠鏡は熱に非常に敏感であるため、低温で稼働させる必要がある。例えばJWSTは、太陽光から保護するために巨大な遮光板を必要とする。月面では、自然のクレーターの縁がこの遮蔽を無償で提供できる可能性がある。
月の低重力は、自由飛行する人工衛星では実現困難なはるかに大型の望遠鏡の建設を可能にする可能性もある。こうした点から、天文学者のジャン＝ピエール・マイヤールは、月が赤外線天文学の未来になり得ると提唱している。
恒久的に影になったクレーターの低温で安定した環境は、次世代の、爆発する恒星や衝突するブラックホールなどの過程によって生じる時空の「さざ波」である重力波を検出する機器にとっても、利点をもたらす可能性がある。
さらに、何十億年もの間、月は太陽からの荷電粒子――太陽風――と銀河宇宙線によって絶えず照射されてきた。月面は、これらの過程の豊富な記録を含んでいる可能性がある。これらを研究することで、太陽と天の川銀河の両方の進化についての洞察が得られるかもしれない。
これらの理由から、天文学は現在進行中の月探査のルネサンスから恩恵を受けることが期待される。特に、天文学は、月探査の進展に伴って月面に構築されるインフラからも恩恵を受けると見込まれる。これには、月面へのアクセスのための輸送インフラ――ロケット、着陸機、その他の車両――と、天文観測機器を建設・維持するための現地の人間やロボットの両方が含まれるだろう。
しかし、ここには緊張関係も存在する。月の裏側での人間の活動は望ましくない電波干渉を生むかもしれず、影になったクレーターから水氷を抽出する計画は、同じクレーターを天文学に利用することを困難にする恐れがある。私の同僚たちと私が最近論じたように、この新たな月探査の時代において、天文学にとって独自の価値を持つ月の地点を保護する必要がある。
