月面下確認存在巨大空洞 | 翻譯

02-07

圖1：繞月衛星SELENE（月亮女神號）觀測到的樣子（假想圖）。「月亮女神號」所搭載的激光測距系統可以探查月球的地下構造。(c)JAXA/SELENE/Crescent/Akihiro Ikeshita for Kaguya image。

概要

國際共同研究團隊對日本的繞月衛星「月亮女神號」所搭載的無線電雷達和激光測距系統所取得的數據進行分析，確認在月球火山區域的地下，存在著多個深度數十米到數百米的空洞。被確認的其中一個地下空洞，以「月亮女神號」發現的縱孔作為東端，向西延伸了數十千米。確認地下空洞的存在作為此次的成果，在科學上來講對於未來的月球探測意義重大。熔岩洞一般的地下空洞的內部是解決月球起源和進化等各種課題的場所，同時也是建設月球基地最適合的地方。縱孔雖然有可能可以作為這樣的地下空洞的入口，但是縱孔的數量非常少，可以進行科學探查和建設基地的地下空洞可能非常稀少。

本研究結果刊載於美國地球行星科學雜誌Geophysical Research Letters(Kaku, et al. 2017, "Detection of intact lava tubes at Marius Hills on the Moon by SELENE (Kaguya) Lunar Radar Sounder", GRL)。

正文

曾經熔岩流淌的時候，月球的地下形成了空洞（熔岩洞）。月球的地下空洞與被隕石破壞的月面不同，可能可以作為月球曾經存在磁場的證據，或者可能發現月球上的揮發性物質（比如水）等，是有希望解決各種科學課題的重要場所。此外，作為將來月面基地建設地的候選場所也十分重要。地下空洞擁有很多優點，例如位於地下可以保護機器和人類免受月面嚴酷環境（小型隕石的撞擊及強烈的輻射）的傷害，空洞內溫度比較穩定等。但是，在上世紀美國的月球軌道計劃和阿波羅計劃觀測的圖像數據中都沒有發現顯示存在地下空洞的證據。

(c)JAXA/SELENE

2009年，根據日本繞月衛星「月亮女神號」搭載的地形相機的圖像數據，在馬里烏斯丘中發現了區別於一般環形山的直徑和深度約50m的縱孔（最初測量為80~90m，之後再次評估深度為50m）。由此，提出了這是地下空洞的入口的假說。此後更進一步，美國在2009年發射的月球勘測軌道飛行器從側面進行了觀測，確認了縱孔的底部延伸了數十米以上的空間，地下空洞的存在也有了可能。

繞月衛星「月亮女神號」搭載了可以探查月球地下構造的月球淺層雷達系統。觀測方法是，通過偶極天線發射波長為60m的無線電波，然後接收地下空洞的反射波的方法。本研究對月球淺層雷達系統接收到的反射波數據進行了詳細的研究。

圖2：一般的反射波數據。紅點表示的是月面的反射波。縱軸表示的是反射波強度，橫軸顯示反射源深度。

本研究在分析馬里烏斯丘中發現的縱孔附近的反射波數據時，分辨出了在一般反射波數據中無法看到的2個特徵（圖3）。第一個是，較月球反射波峰值更深的區域反射波的強度發生了急劇的減少（綠點）。第二個是，出現了另一個反射波強度較大的反射波峰值（藍點）。

第一個特徵表示可能存在空洞，而第二個特徵表示地下空洞可能存在平坦的底部。也就是說正是這兩個雷達反射波的特徵，表明了地下空洞（熔岩洞）的存在。

圖3：馬里烏斯丘的縱孔附近的反射波數據。紅點是月面的反射波，藍點是地下空洞的天井和底部的反射波。

圖4：從馬里烏斯丘附近反射波數據中抽取出擁有2個特徵的地點的結果圖（經度每差1度約34km）。在地圖上東西方向蛇行的像河流一樣的是因為熔岩流動形成的溝壑。這個溝壑被稱作月溪。沿著月細，從T1到T4四個點上發現了可以證明地下空洞存在的雷達反射特徵。

圖4是從馬里烏斯丘附近反射波數據中抽取出擁有2個特徵的地點的結果圖。背景是月面圖像數據，縱線表示LRS（月球雷達系統）的測線，縱線上的圓表示的是觀測到地下反射波強度特彆強的場所。圓點的顏色表示月面反射波與地下反射波的強度差，越接近紫色，產生的反射越強，也就是表明可能存在擁有天井或者平坦底部的尚未崩壞的地下空洞。T1是於縱孔東邊約3km處的測點，可以觀測到來自地下的強烈反射。然後，在T1西面，沿著熔岩流形成的月溪上的T2~T4也和T1一樣都觀測到了來自地下的強烈反射。也就是說，這顯示存在一個以縱孔作為東端，沿著T1~T4向西延伸約50km的尚未崩壞的地下空洞（熔岩洞）。

圖5：顯示地下空洞存在的雷達反射特徵與引力場數據的比較。背景是美國的探測器聖杯號（GRAIL）的引力場數據，顯示了質量密度的分布。淺紅色區域質量密度低，淺藍色區域質量密度高。在質量密度低的區域發現了T1~T4。也就是說，以縱孔為東端，向西延伸約50km的未崩壞的地下空洞（熔岩洞）與引力場的數據相吻合。

更進一步，顯示地下空洞存在的雷達反射特徵的位置，與美國探測器聖杯號（GRAIL）通過引力場觀測所發現的以馬里烏斯丘的縱孔作為東端向西延伸數十千米的低密度區域，兩者相吻合（圖5）。也就是說，我們可以確認在這個區域存在未崩壞的地下空洞。縱孔雖然有可能可以作為這樣的地下空洞的入口，但是縱孔的數量非常少，可以進行科學探查和建設基地的地下空洞可能非常稀少。

根據此次成果，在縱孔附近確實有可能存在無論從科學意義上還是將來建設基地意義上都非常有用的「地下空洞（熔岩洞）」。今後，通過對月球淺層雷達系統的反射波數據及其他觀測數據的相互關係以及地下空洞反射波類型的模擬解析，將推進月球地下空洞的發現，得到對將來地下空洞探查及月面基地建設有用的信息。

（左）月球正面（右）月球背面（c）JAXA/SELENE

論文概要

題目：Detection of intact lava tubes at Marius Hills on the Moon by SELENE (Kaguya) Lunar Radar Sounder

作者：郭哲也 (東海大學大學院/JAXA) 、春山純一(JAXA) 、三宅亙 (東海大學大學院) 、熊本篤志 (東北大學大學院) 、石山謙?西堀俊幸 (JAXA) 、山本圭香 (國立天文台) 、Sara T. Crites (JAXA) 、道上達広 (近畿大學) 、橫田康弘 (高知大學) 、R. Sood (アラバマ大學) 、H. J. Melosh (パデュー大學) 、L. Chappaz (アストロラボ) 、K. C. Howell (パデュー大學)

刊載雜誌：Geophysical Research Letters

DOI: 10.1002/2017GL074998

原文鏈接：月の地下に巨大な空洞を確認 | 宇宙科學研究所

感謝@haibaraemily指正，翻譯部分內容存在不嚴謹之處，相關部分翻譯內容會隨後完善一下。

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