月の土壌に含まれるガラス玉から古代の小惑星の月と地球への衝突が明らかに

2022年10月1日

アレクサンダー・ネムチンとカタリナ・ミリコビッチ著、『ザ・カンバセーション』

2020年、中国の嫦娥5号ミッションは1キロ以上の月の石と土を採取し、地球に持ち帰った。 サンプルには、小惑星が月に衝突し、衝突現場の周囲に溶けた岩石の飛沫が飛び散ったときに生成される、無数の小さなガラスのビーズが含まれています。

私たちはこれらのガラスビーズと、それらが発見された場所の近くの衝突クレーターを詳細に分析しました。 Science Advances に掲載された私たちの研究結果は、過去 20 億年間の小惑星の月衝突の歴史に関する新たな詳細を明らかにしています。

特に、恐竜の絶滅につながった6,600万年前のチクシュルーブ衝突など、地球への衝突と同時に発生したいくつかの衝突の波の痕跡を発見しました。

隕石衝突の破壊力は人類の歴史を通して見られてきました。 2013 年に発生した最近注目すべき出来事である、数百人が負傷した壮観なチェリャビンスク隕石は、歴史的な影響に比べれば比較的小さな出来事でした。

地球の長い地質学的歴史を通じて、さまざまな規模の衝突が発生しました。 侵食と地質活動によって地球の表面は絶えず変化し、過去の衝突の痕跡は消去されているため、衝突クレーターは世界中で約 200 個しか発見されていません。

衝突クレーターが消えない月では、数億個のクレーターが認識可能です。 地球がその誕生の初期に、同様の驚異的な飛翔体の集中砲火を経験したことは想像に難くありません。

過去 45 億年にわたって太陽系が進化するにつれて、宇宙の岩石が地球や他の惑星に飲み込まれ、小惑星の数は時間の経過とともに指数関数的に減少しました。

ただし、このプロセスの詳細は不明のままです。 地球、月、太陽系の他の惑星への衝突の数は、時間の経過とともに滑らかに減衰していったのでしょうか? この全体的な衰退を背景に、衝突事故がより頻繁になった時期はあるのでしょうか? 今後、衝突事故が急増する可能性はあるのでしょうか？

答えを探すのに最適な場所は月であり、入手可能な最良のサンプルは嫦娥 5 号が持ち帰ったような月の土壌です。

月の土壌には、数ミリメートルから 1 ミリメートル未満の範囲のサイズの凝固した融液 (ガラス) の球形の液滴が含まれています。 これらの液滴は、対象の岩石を溶かす高速衝撃中に形成されます。

溶けた液滴は衝突クレーターの周囲に数十キロメートル、場合によっては数百キロメートルにわたって飛び散る可能性がある。

これらの液滴の化学組成と放射能を分析することで、それらがどれくらい古いものであるかを判断できます。 飛沫の年齢は、これらの衝突がいつ月に起こったかを示します。

それぞれの月の土壌サンプルには複数の衝突が記録されているようです。 衝突の年齢は過​​去約 40 億年にわたっており、最も若いものはわずか数百万年です。

嫦娥5号は、サンプルが採取されている月の他の場所と比べて、地質学的歴史が比較的単純な場所に着陸した。

着陸地点は直径約400キロメートルの広大な玄武岩質高原の真ん中にある。 この高原は誕生して「たった」20億年であり、月の地殻全体の年齢と比較すると若い。

これは、サイトの歴史が短くなり、解明が容易になることを意味します。 これにより、周囲の月面の衛星画像を介した化学データや時系列データの解釈だけでなく、近くの衝突による飛沫の特定も容易になりました。

私たちはこの解釈を、さまざまなサイズの衝撃で液滴がどのように形成され飛び散るのかをモデル化したものと組み合わせました。

衝突によって直径わずか 100 メートルのクレーターが残った場合でも、ガラスの飛沫は衝突現場から 20 ～ 100 キロメートルまで運ばれる可能性があるようです。 モデルはまた、直径 1 キロメートルを超えるクレーターを形成する衝突の方が、液滴の生成においてより効率的であることを示しています。

これらすべての情報を組み合わせることで、サンプルから抽出されたガラスの生成に関与する特定の衝突クレーターの探索を開始することができました。

嫦娥5号の着陸地点を取り囲む玄武岩質の高原には、大きさ100メートルを超えるクレーターが10万個以上ある。 ガラスの液滴とその発生源のクレーターを一致させるのは確率ゲームですが、その確率は宝くじに当たるよりは若干優れています。

クレーターの一部は、サンプル内のガラス滴の一部の発生源である可能性が高いと言えます。 それにもかかわらず、このマッチングは別の重要な結果をもたらしました。

これまでの研究では、個々の土壌サンプル中のガラス液滴の年齢の分布が不均一であることがわかっていました。 タイムラインには、多数の液滴が存在する期間と、ほとんどまたはまったく存在しない期間があります。

嫦娥 5 号サンプル内のガラスの分析と、それらを特定のクレーターと関連付けようとする試みにより、衝突率の時間の経過による変化が確認されました。

さらに、これらの液滴から特定された時代の年齢は、小惑星帯に由来する多くの既存の隕石群で見られる年代と類似しているようです。 これらの隕石群は、小惑星帯内での太古の衝突の結果である可能性があります。

これらのクラスターの年代の 1 つは、恐竜の絶滅とも一致します。 私たちの研究ではこれを詳しく調べていませんが、この偶然は、まだ知られていない理由で、太陽系の小天体の規則的な軌道が不安定になり、地球や月に衝突する可能性のある軌道に向かう時期があることを示している可能性があります。

これらの年代を総合すると、地球の歴史の中で太陽系内部全体で衝突が増加した時期があった可能性があることを示唆している。 これは、地球でも衝突率が通常よりも高かった時期があった可能性があり、将来的にも同様の増加が起こる可能性があることを意味する。

このような増加は地球上の生命の進化にどのような影響を与えるのでしょうか? それは謎のままです。

雑誌情報:科学の進歩

ザ・カンバセーション提供

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