チャンドラヤーン2の二重周波合成開口レーダーが明らかにした二重に影になるクレーター内の地下氷

なぜ月の隠れた氷が重要か

月の水は単なる科学的好奇心を超え、将来の宇宙飛行士にとっての重要な命綱になり得ます。月の土壌に埋もれた氷は、飲料水や呼吸用酸素に加工できるほか、ロケット燃料の原料にもなり得ます。本研究は、月の南極にある最も冷たく暗い場所、いわゆる小さな「二重に影になる」クレーターを調べ、地表のすぐ下に長期保存された氷が存在するかを探ります。

月の最も冷たい隅々

月は自転軸の傾きがほとんどないため、極域では太陽光が地平線をかすめるように入ります。極に近い深いクレーター底は太陽をまったく受けず、常時陰となって液体窒素よりも低い温度になります。これらの暗いクレーターの中には、さらに小さなクレーターがあり、その高い縁が直接光だけでなく、周囲の明るい地形からの微弱な散乱光や熱も遮断します。こうした特別な「二重に影になる」ポケットは約25ケルビンほどまで冷え込み、そこに水が到達すれば数十億年単位で氷として残存し得るほど低温です。

暗闇の下をレーダーで見る

これらのクレーターは真っ暗なため、可視カメラだけでは底に何があるかを明らかにしにくい。代わりにチャンドラヤーン2は二周波レーダー装置を使い、電波を送り返り信号を記録します。反射の際に電波の偏波（向き）がどのように変化するかを測ることで、反射が粗い岩石表面から来ているのか、氷のように体積内で散乱する物質から来ているのかを推定できます。主要な指標は円偏波比（戻ってきた信号が元のねじれとどれだけ一致するか）と偏波度（戻ってきた信号がどれだけ秩序だっているか）の二つです。土壌に埋もれた氷は高い円偏波比を示す一方で、電波が氷層内で乱反射するため偏波度は非常に低く不規則になる傾向があります。

9つの影クレーターで氷を探索

研究チームは、ファウスティニ（Faustini）、ハワース（Haworth）、ショーメーカー（Shoemaker）という三つの大きな南極クレーター内にある9つの二重に影になるクレーターを調べました。レーダーデータを詳細な高度地図や、影の中の薄明かり地形を撮像できるシャドウカム（ShadowCam）の鮮明な画像と組み合わせました。多くのクレーターの縁や壁には岩塊が見られますが、暗い底面は比較的滑らかで、レーダー信号を混乱させる一般的な要因が軽減されています。対象のクレーターは直径1キロ未満から約3キロ近くまでの大きさで、壁の傾斜や縁の形状にばらつきがあり、ファウスティニ内の小クレーターF2には際立った「半月状（lobate）」の縁をもつ例が含まれます。

埋没氷のための新しいレーダー指紋

9つのクレーターのうち4つ—F2、F3、H3、S1—は、円偏波比が1を上回ると同時に偏波度が0.1〜0.13と極めて低いという特徴で際立っています。以前の研究では氷を多く含む物質は偏波度がおおむね0.35以下を示すとされていましたが、本研究では超低温クレーターでは値がさらに低く、埋没氷のレーダー指紋を「円偏波比が1より大きく、偏波度が0.13未満」と精緻化しています。周辺のクレーター壁や堆積物、近傍の古いトゥーリー（Tooley）というクレーターは、低い比率、より高い偏波度、あるいはその両方を示し、氷ではなく粗い岩石であることと整合します。これらの結果は、精緻化されたレーダー指標が現れる場所では、反射が表面からの散乱ではなく、表層数メートルのレゴリスに混ざった氷による体積散乱が支配的であることを示唆します。

特異なクレーター縁からの手がかり

クレーターF2は特に説得力のある事例です。9つの中で最も強く広範なレーダーシグネチャーを示し、周縁を取り巻く特徴的な隆起した半月状の縁を持ちます。高度測定から、F2はファウスティニの周囲床面より数百メートル低い位置に形成され、常時陰の領域の深部にあることが示されています。著者らは、F2を作った衝突が氷を含む層にまで達し、氷混じりの泥状物質をはじき出してそれが凍結して現在見る異様な縁を作った可能性が高いと論じています。他のクレーターでレーダー上の氷の兆候が弱いものは、衝突が氷層に到達しなかったか、氷の供給が後から静かに蓄積したため劇的な縁を作らなかった可能性があります。

将来の月探査者にとっての意味

総じて、本研究は月南極の地下氷がこれらの超低温トラップ内でも均一ではなく、むしろ斑状であると結論付けています。9つの二重に影になるクレーターのうち強いまたは部分的な埋没氷の兆候を示したのは4つだけで、F2が最も豊かな標的のように見えます。同時に、本研究は真の氷堆積を見分け、単なる粗い地形と区別するためのより鋭いレーダー検査法を提供します。月の凍った資源に手を伸ばすことを目指す将来のミッションにとって、これらの二重に影になるクレーター、特にファウスティニのF2は、掘削・採取・そしていつの日か人間の継続的な月面活動を支える水を得るための有望な場所に見えます。

引用: Sinha, R.K., Bharti, R.R., Acharyya, K. et al. Subsurface ice in doubly shadowed craters as revealed by Chandrayaan-2 dual frequency synthetic aperture radar. npj Space Explor. 2, 22 (2026). https://doi.org/10.1038/s44453-026-00038-9

キーワード: 月の氷, 月南極, 常時陰になるクレーター, レーダー地図化, 宇宙資源