469219番小惑星「Kamoʻoalewa」(※1)は、見た目上は地球の周囲を公転しているように見える「準衛星(Quasi-satellite)」の1つです。その公転軌道や表面の物質の観測結果は、Kamoʻoalewaが普通の小惑星よりも月に類似していることを示しているため、月の破片である証拠探しが行われています。

清華大学のYifei Jiao氏などの研究チームは、Kamoʻoalewaのような破片が月の表面から飛び出すにはどのような条件が必要かを数値シミュレーションで解析しました。その結果、数百万年前に直径10~20kmのクレーターを作るような天体衝突が、Kamoʻoalewaのような準衛星軌道を持つ小惑星を飛び出させるという解析結果を得ました。この条件に一致するのは「ジョルダーノ・ブルーノ」クレーターだけであるため、このクレーターがKamoʻoalewaの起源である可能性があります。

※1…日本語表記は「カモオアレワ」が一般的ですが、ハワイ語の発音に忠実ではないとされており、正式な表記が定まっていません。より原語に近い表記としては「カモッオアレヴァ」や「カモ・オーレヴァ」などが提案されています。本記事では原語表記とさせていただきます。


【▲ 図1: Kamoʻoalewaが月から飛び出した破片を起源とする可能性を念頭に描かれたイメージ図。(Credit: Addy Graham(University of Arizona))】

■Kamoʻoalewaの起源は月にあり?

2016年に発見された469219番小惑星「Kamoʻoalewa」は、地球から見た場合、地球の周りを1年かけてゆっくりと公転しているように見える奇妙な小惑星です。ただし、これは見かけの動きであり、太陽から見た地球とKamoʻoalewaはそれぞれ独自に太陽を公転しています。このように、実際には地球の衛星ではないものの、見た目の上では衛星のように振る舞う天体を「準衛星」と呼びます。


【▲ 図2: Kamoʻoalewaの公転軌道(黄色)。地球からは地球を周回する衛星に見えますが、実際には太陽を公転しています。このような軌道を持つ小惑星を準衛星と呼びます。(Credit: NASA & JPL-Caltech)】

3万個以上見つかっている地球近傍小惑星(※2)のうち準衛星は数個しかないめずらしい存在ですが、Kamoʻoalewaはその中でも注目を集めています。まず、望遠鏡による観測結果から、Kamoʻoalewaの表面を構成する物質が他の小惑星とは似ておらず、むしろ月の物質に類似しているという結果が得られました。このことは、月の表面に別の天体が衝突して飛び出した破片の1つがKamoʻoalewaである可能性を示唆しています。

※2…公式な定義としては、近日点距離(太陽に最も近づく距離)が1.3au(約2億km)未満の公転軌道を持つ小惑星のこと。より口語的には、地球の公転軌道に接近または交差する公転軌道を持つ小惑星のこと。

また、Kamoʻoalewaは準衛星である期間とそれ以外の期間を何回か繰り返していると推定されています。現在のKamoʻoalewaは準衛星の期間にいますが、その長さは約300年であり、これは約3800年間安定とされている「2023 FW13」に次いで2番目に長寿命です。他の準衛星がせいぜい数十年しか続かないことを考えると、その安定性はかなり高いと言えます。さらに、Kamoʻoalewaは発見直後から安定的な準衛星だと判明した一方で、2023 FW13が安定的な準衛星だと判明したのは発見から10年以上経った2023年のことであり、研究の長さにも差があります。

ただし、Kamoʻoalewaが月の破片だとする仮説には賛否両論がありました。否定的な意見の背景には、月を飛び出したという過去と、現在は準衛星であることとの矛盾があります。小惑星が準衛星となるには、月や地球に対する相対速度がかなり遅くなければなりません。これに対して、月から飛び出した破片が月の重力を振り切るには、月に対する大きな相対速度が必要となるため、お互いに矛盾しているように見えます。

このような矛盾について、確率こそ低いものの、月から飛び出した破片がKamoʻoalewaのような準衛星軌道に到達する可能性を示した研究が2023年に提出されていました。

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■起源となった衝突クレーターはジョルダーノ・ブルーノか

Jiao氏らの研究チームは、Kamoʻoalewaのような破片が月から飛び出すにはどのような天体衝突を仮定すればよいのかを数値シミュレーションで解析し、その結果と一致するクレーターが月に存在するかどうかの特定作業を行いました。なお、この研究はアリゾナ大学が所管する月惑星研究所が主導しています。月惑星研究所は今回の研究の前提となる2つの論文でも主導的役割を果たしています。

Kamoʻoalewaの直径は40~100mであると推定されているため、天体衝突もそれなりに大きな規模となります。Jiao氏らはシミュレーションを重ねることで、月に衝突した天体の大きさは少なくとも直径1kmあり、衝突によって直径10~20kmのクレーターが生じたと推定しました。後にKamoʻoalewaとなる破片は、衝突の衝撃で月の表面の地下深くから飛び出すと推定しました。

また、時々準衛星となるKamoʻoalewaの現在の公転軌道の寿命は0.1~1億年と、他の地球近傍小惑星と比べても短いと推定されています。従って、Kamoʻoalewaを生み出した天体衝突が起こったのは数百万年前という、天文学的に見てかなり最近の出来事だったと予想されます。


【▲ 図3: アメリカ航空宇宙局(NASA)の月周回衛星「ルナー・リコネサンス・オービター」が撮影した「ジョルダーノ・ブルーノ」クレーターの全体像。(Credit: NASA, GSFC & Arizona State University)】

Jiao氏らは、このような条件に合致するクレーターは1つしかないと考えています。それは、地球から見て月のほぼ東縁にある「ジョルダーノ・ブルーノ」クレーターです。ジョルダーノ・ブルーノは直径が約22kmあり、JAXA(宇宙航空研究開発機構)が打ち上げた月周回衛星「かぐや」の観測結果によれば、その形成年代は100~1000万年前であると推定されています(※3)。

※3…古い記録によれば、1178年6月18日に「月から炎が噴き出した」とするカンタベリーの修道士による記録があり、これがジョルダーノ・ブルーノを作った衝突であるという説もあります。しかし、これほどの規模の衝突は地球にも月の破片による流星群をもたらすと考えられますが、そのような記録はありません。かぐやによる観測結果も合わせると、ジョルダーノ・ブルーノが西暦1178年に形成されたとする説は否定的です。

今回の研究で示された、これほどの直径と若さを持つクレーターはジョルダーノ・ブルーノしかないため、Jiao氏らはKamoʻoalewaの起源がジョルダーノ・ブルーノである可能性がとても高いと推定しています。

Kamoʻoalewaの起源を月に求める研究は、他の地球近傍小惑星の起源にも影響を与えそうです。従来、地球近傍小惑星は火星と木星の間にある小惑星帯が起源であり、惑星の重力によって公転軌道が変化したものではないかと考えられてきました。しかし、Kamoʻoalewaに関する一連の研究は、地球近傍小惑星の中には月を起源とする天体が相当数含まれている可能性を示唆しています。

今回のシミュレーションでは、衝突によって生じた直径10m程度の小さな破片が数万個、月から飛び出して太陽を公転するようになると推定されました。大部分は100万年未満という天文学的には一瞬のスケールで再び月に衝突したと考えられていますが、その一部はKamoʻoalewaのように長期間安定した公転軌道を維持すると考えられます。今回の研究が正しければ、小さな地球近傍小惑星のうち、月を起源としているものの割合はもっと多いかもしれません。