最初のプロセスは微小隕石の衝突で、宇宙ゴミの小さな破片が十分な力で降り注ぎ、月面の小さな部分を蒸発させ、その構成原子を軌道に打ち上げます。2 番目はイオンスパッタリングで、太陽風によって駆動された荷電粒子が月面に衝突します。そして最後に光子刺激脱離があり、太陽からの高エネルギー光子がアルカリ金属を叩き出します。
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論文で指摘されているように、各プロセスは十分に特徴付けられていますが、これまでの研究では「月の大気に対する [相対的な] 寄与を決定的に解明していません」。これを実行するため、ニーと彼女のチームは、問題の源泉であるアポロ計画に真っ向から立ち返りました。 1960 年代後半から 1970 年代前半にかけて行われたさまざまな有人月面探査ミッションでは、合計 382 kg の月面土壌サンプルが持ち帰られ、数十年経った今でもこれらのサンプルは研究者に秘密を明かし続けています。ニー氏の研究では、5 つの異なるアポロ ミッションから 10 個のサンプルを調査する必要がありました。その中には、初の有人月面着陸となったアポロ 8 号のサンプルもいくつか含まれています。
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チームはこれらのサンプルを使用して、土壌中のカリウムとルビジウムのさまざまな同位体の相対的な割合を調べました (ナトリウムとセシウムはそれぞれ 1 つの安定同位体しか持たず、リチウムはより重い同位体よりも揮発性が低い)。ニー氏が Popular Science に説明しているように、「これらのプロセスでは、元素のより軽い同位体が優先的に放出されるため、月の土壌は比較的重い同位体組成になります。宇宙風化の影響を受ける元素の場合、月の土壌は、このプロセスの影響を受けないより深い岩石と比較して、重い同位体組成を示すことが予想されます。」
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宇宙風化のプロセスによって同位体の比率が異なり、研究チームの結果は、微小隕石の衝突が月の大気に最も大きく寄与しているようで、「大気中の [カリウム] 原子の 65% 以上を占め、残りはイオンのスパッタリングによるものと思われる」と示唆している。
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これは、数十億年にわたって月の大気がどのように進化してきたかについて貴重な洞察を提供する。その組成はより短い時間スケールでは変化する可能性は十分にあるが、これらの結果は、長期的には微小隕石の衝突が大気の継続的な補充において主要な役割を果たしていることを示唆している。この研究は、火星の 2 つの衛星のうちの 1 つであるフォボスなど、月に似た他の物体で同様の研究が行われる可能性も示唆している。
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