月の縦孔と地下空洞に潜む静電気環境、スパコンで解明

【2026年11月13日 神戸大学】

月には大気や全球的な磁場がほとんどないため、太陽風（太陽からの電子やイオンの流れ）が直接降り注いでいる。この荷電粒子の流入や、太陽光で月面から電子が飛び出す現象により、月の地表は帯電している。帯電は探査機器の静電気障害や、月面を覆う微細な砂粒「レゴリス」の付着・飛散に関わるため、月探査上の重要な環境リスクの一つだ。

月面の静電気環境のイメージ図（提供：月面静電気・放射線調査チーム（LERIT））

一方、強い放射線や隕石の衝突、激しい温度変化から探査機や宇宙飛行士を守る天然のシェルターとして期待されているのが、月面で200個以上見つかっている「縦孔」と呼ばれる深い穴や、その先に広がる地下空洞だ。縦孔の一部は、地下の溶岩洞（溶岩チューブ）につながっていると考えられている。ただし、これらの縦孔や地下空洞では地形が太陽光や太陽風を遮るため、平坦な月面とは異なる複雑な帯電現象が起こる可能性がある。

NASAの月探査機「ルナー・リコナサンス・オービター（LRO）」が複数の時期に撮影した月面の縦孔。溶岩チューブの天井が崩落してできたと考えられている。各画像の幅は約220m、画像上部の文字は各縦孔が位置する地形の名称。下段左端は、2009年に日本の月周回衛星「かぐや」の画像から見つかった「マリウス丘の縦孔」。画像クリックで拡大表示（提供：NASA/GSFC/Arizona State University）

神戸大学の三宅洋平さんと中園仁さんは、直径・深さがともに50mの縦孔と、高さ20mの地下空洞を再現した3次元モデルを構築し、太陽風の荷電粒子の運動と月面の帯電現象を詳しく解析した。計算には京都大学のスーパーコンピューター「Camphor 3」と、研究チームが長年開発に携わってきた並列計算アルゴリズム「OhHelp」を利用し、約250億個の計算粒子を用いるプラズマ粒子シミュレーションを実施した。

その結果、地下空洞の床面には、縦孔を通って太陽光が届く日向と壁に遮られる日陰が形成され、両者の帯電状態が大きく異なることがわかった。

原因は、イオンと電子の動き方の違いにある。太陽風のイオン（主に陽子）は一定方向に流れるため、縦孔の底まで届きやすい。一方、電子は熱運動によって不規則な方向に速く動き回るため、多くが途中の壁面に吸収される。その結果、日向側ではイオンの流入が優勢になり、地表が強く正に帯電する。壁面などで太陽光によって放出された電子（光電子）が床面へ運ばれ、過剰な正の帯電をむしろ和らげていることもわかった。これに対し、イオンが直接届かない日陰側には少数の高エネルギー電子が到達し、負に帯電する。

この違いによって、床面には最大約100Vの電位差が生まれ、日向と日陰の境界付近に数十V/mの電場が形成される。この電場はレゴリス粒子間の隙間に生じるとされる電場よりは弱いものの、数十mに及ぶ広い範囲に広がるのが特徴だ。こうした広域的な電場は、帯電した月ダスト（レゴリスのうち特に微細な粒子）の運動や、探査機器の静電気環境に影響を及ぼす可能性がある。

さらに、地下空洞の奥深くには太陽風の粒子が直接届きにくいものの、粒子が壁に衝突して放出される「二次電子」や、表面で散乱されたイオンがわずかに入り込むことも明らかになった。荷電粒子が非常に少ない空洞の奥では、こうした粒子が帯電状態を左右する。空間中の荷電粒子には、機器と月面との接触・摩擦で生じた帯電を和らげる働きもあるため、この結果は地下空洞での機器運用を考える上でも重要だ。

数値研究から得られた主要な結果（提供：三宅洋平, CC BY／Miyake and Nakazono (2026)のFigure 1-3を日本語化・改変）

現在、JAXAなどが月の縦孔探査を目指す「UZUME」計画を検討している。また、2026年9月末にはNASAのPRISMプログラムで、月のマリウス丘縦孔を調べる観測装置群「GIMLI」が選定されるなど、月の地下空間への関心は国際的に高まっている。本研究で示された静電気環境は、こうした探査での機器設計や帯電・ダスト対策に役立つと期待される。

NASAが計画する月面基地「Moon Base」のイメージイラスト。月南極付近で持続的な有人活動を支える居住施設や探査車、電力システム、物資輸送と宇宙飛行士が描かれている（提供：NASA）