国立研究開発法人産業技術総合研究所（以下「産総研」という）地質情報研究部門 池田 あやめ 研究員らは、月のフラムスティードクレーターの内壁斜面を対象に、岩塊が多く分布する領域と数十メートル規模の微地形との対応を明らかにしました。
月には大気や液体の水がほとんどなく、プレート運動もないため、古い地形が比較的よく保存されています。一方、月面は天体衝突や月震、岩石の破砕、斜面での物質移動によって現在も変化しています。こうした変化の仕組みを知ることは、月面がたどってきた歴史を読み解く手がかりとなります。
今回、これまで別々に研究されてきた月面の微地形と岩塊分布を統合し、月周回衛星「かぐや」と、米国航空宇宙局（NASA）の月周回探査機Lunar Reconnaissance Orbiter（LRO）が取得した複数のデータを解析しました。その結果、フラムスティードクレーター南西斜面では、微地形のうち、凹地と岩塊が多く分布する場所がおおむね一致することを見いだしました。さらに、岩塊の分布が堆積だけでは十分に説明できない点に着目し、岩塊の供給・破砕・移動を考慮した地形変化モデルを提案しました。このモデルを用いて、現在の岩塊分布を維持するために必要な岩塊供給量を推定したところ、天体衝突による供給だけでは説明が難しいことが示されました。これらの結果から、天体衝突だけでなく、昼夜の温度変化によって岩石が膨張・収縮を繰り返す熱疲労も、斜面上部の崖からの継続的な岩塊供給や岩塊の破砕・細粒化に関わり、斜面下方への物質移動を伴う地形変化を引き起こしている可能性を示しました。
本研究成果は、月面が現在も変化している仕組みを、岩塊の供給・破砕・移動と微地形の関係から理解する手がかりとなります。同じ視点を月の他のクレーターや小惑星へ広げることで、大気を持たない天体の表面がどのような変遷をたどったのかを明らかにし、太陽系岩石天体の表面進化過程の理解につながる可能性があります。
なお、本研究成果の詳細は、2026年9月11日に「Planetary and Space Science」に掲載されました。
月面の地形は、太陽系の過去の出来事を記録しています。地球では風雨・波・プレート運動・火山活動などによって古い地形が失われますが、月には大気や液体の水がほとんどなく、プレート運動もありません。そのため、非常に古い地形が比較的よく保存され、その形を調べることで、天体衝突、過去の火成活動の履歴を読み解くことができます。
しかし、古い地形が残る月面においても、地形変化が現在も続いています。例えば、天体衝突によってクレーターが形成されるとともに、周囲へ岩塊やレゴリスが放出され、別の場所の地形をなだらかにすることで地形が変化します。また、月震による震動や昼夜の大きな温度変化による岩石の破砕なども、月面を変化させる要因として考えられています。月では昼と夜がそれぞれ約二週間続き、昼夜の温度差は赤道付近で約300 ℃に達します。このような大きな温度変化によって岩石が膨張と収縮を繰り返し、徐々に弱くなる現象を熱疲労といいます。月面の地形は、さまざまな変化が長い時間をかけて積み重なった結果です。
こうした地形変化を読み解く手がかりの一つが、月面の岩塊です。岩塊は、地下から掘り出されたものや地表に露出した岩盤が破砕されて形成されたものであり、月面を構成する岩石や地質を反映しています。一方、岩塊は形成された場所に留まるとは限らず、斜面を移動したり、細かく砕かれたりすることで、その分布が変化します。このため、岩塊がどこに、どの程度存在するのかを地形と合わせて調べることは、月面の地質や、地形がどのようにして変化してきたのかを理解するのに重要です。
研究チームはこれまで、月周回衛星の画像と地形データを用いて、クレーター斜面における落石、岩塊、レゴリスの生成・移動と地形変化の関係を調べてきました。従来、数十メートル規模の微地形と岩塊分布は別々に研究されてきました。今回、岩塊が周辺と比べ密集して分布する領域（以下、ボルダーフィールド）が多く存在するフラムスティードクレーターを対象に、両者を統合して解析し、微地形と岩塊分布を同時に説明する地形変化の仕組みを明らかにすることを目指しました。
なお、本研究の一部は、名古屋大学およびJST科学技術イノベーション創出に向けた大学フェローシップ創設事業 JPMJFS2120による「名古屋大学融合フロンティアフェローシップ」の支援を受けています。
本研究では、約11億年〜30億年前に形成されたと考えられるフラムスティードクレーターの内壁斜面を解析対象とし、NASAの月周回探査機LROと日本の月周回衛星かぐやのデータを組み合わせて、岩塊や崖、斜面上で見られる小さなクレーター分布と地形形状、岩塊存在量分布、マルチバンドスペクトルデータから推定される鉄（FeO）、チタン（TiO2）量の空間分布を比較しました（図1）。
図1 複数の衛星データで同じ領域を解析した例
フラムスティードクレーターの南西側斜面における（a）高解像度画像、（b）岩塊存在量、（c）傾斜、（d）チタン量、（e）鉄量の空間分布の比較。マゼンタ色の線で囲まれた領域はボルダーフィールド、黄色線で囲まれた領域は崖地形を示す。ボルダーフィールドは周辺と比べて岩塊存在量、斜度、チタン量、鉄量がいずれも大きい傾向が見られる。（c）で黒い領域はデータ欠損領域を示す。
※原論文の図を引用・改変したものを使用。
フラムスティードクレーター斜面の中腹において、岩塊が斜面下方向に向かって200 m〜1 kmにわたり密集し、ボルダーフィールドを不均一に形成していることがわかりました。ボルダーフィールドは層状に分布する崖の直下に分布し、その領域は鉄・チタン量も周辺と比べ高いことがわかりました。フラムスティードクレーター斜面内に分布する、クレーター形成後の天体衝突によって形成された直径5 m以上の小型クレーターの分布を見ると、ボルダーフィールドや崖周辺ではほとんど見られないのに対し、フラムスティードクレーターの底に近い斜面では多く見つかりました。これは、クレーター斜面では小型クレーターがレゴリスなどの表面物質の移動によって消去されていることを示唆します。地形断面を調べたところ、斜面中腹に高低差約10 m〜20 m、斜面長数百メートルにわたる微地形を発見しました。微地形のうち、平均的な斜面より局所的に低くなった凹地は、小型クレーターのような明瞭な地形境界を持たず、クレーターとは異なる地形と考えられます。南西部斜面では、この凹地がボルダーフィールドとおおむね一致することを見いだしました（図2）。さらに岩塊存在量に応じてへこみ量が大きくなる傾向も見られました。岩塊の集積・堆積だけを考えた場合、ボルダーフィールドは膨らんだ地形を形成することが予想され、この凹地は、単純な岩塊の堆積だけでは説明できません。
図2 クレーター斜面で見られる微地形と岩塊存在量の比較
（a）：かぐや地形カメラから得られた斜面の断面図（黒線）と、多項式近似した平均的な斜面（赤線）。両者はほぼ重なっており、この縮尺では細かな地形の凹凸（微地形）を判別しにくい。
（b）：（a）と同じ斜面で地形断面から平均的な斜面形状を差し引いた標高残差。平均的な斜面からのわずかな高低差を取り出すことで、（a）では見にくかった微地形の凹凸を示している。正の値は平均的な斜面より高い凸地、負の値は低い凹地を表す。
（c）：（a）と同じ斜面での岩塊存在量の分布。（b）と（c）で凹地と岩塊存在量の大きな領域がおおむね一致することがわかる。
※原論文の図を引用・改変したものを使用。
これらの観測結果を説明するために、岩塊の供給・破砕・移動を含めたモデルを提案・検討しました。岩塊はフラムスティードクレーター斜面上部の崖から供給され、供給された岩塊は時間とともに破砕・細粒化します。細粒化した物質は大きな岩塊よりも移動しやすく、斜面下方へ移動すると考えられます。このとき、周辺から流入する量より流出する量が多い場所では、局所的に物質が失われることで、凹地が形成されると考えました。図3に、こうした地形変化の概念モデルと、実際のクレーター斜面における崖地形とボルダーフィールドの分布を示します。
また、供給された岩塊は時間とともに細粒化するため、現在のボルダーフィールドを維持するためには、崖から新たな岩塊が供給され続ける必要があると考えられます。そこで、供給と破砕の両者を考慮し、現在のボルダーフィールドを維持するのに必要な崖からの岩塊供給量を見積もりました。その結果、維持に必要な岩塊供給量は、崖への天体衝突によって、崖を構成する岩石が破砕される場合に見込まれる推定量よりも約2桁大きいと見積もられました。
この結果は、天体衝突だけでは必要な岩塊供給量を十分に説明できず、熱疲労など、岩塊の供給に関わる別の過程も考慮する必要があることを示しています。特に、月面の昼夜の温度差によって生じる熱疲労は、崖を構成する岩石の弱化・破砕を促し、岩塊の供給に寄与する可能性があります。また、供給された岩塊も天体衝突や熱疲労によって破砕・細粒化し、その物質が斜面下方へ移動することで、古い時代に形成された斜面でも地形変化が続いていることを今回の研究は示唆しています。
図3 クレーター斜面の地形変化モデルと実際の地形
崖地形のある斜面で崖が破砕されて岩塊が形成され、崖地形の下でボルダーフィールドを形成する。ボルダーフィールドでは岩塊が破砕と移動を繰り返し、斜面で凹地を形成する。右図は、かぐやで得られた標高データにLROの画像を重ねて作成した鳥瞰図で、実際のクレーター斜面における崖地形とボルダーフィールドの位置関係を表す。
※原論文の図を引用・改変したものを使用。
今後は、岩塊の供給・破砕・移動がどのくらいの時間をかけて進むのかを定量的に評価するとともに、他のクレーターでも同様の地形変化が生じているのかを検証します。また、月面の地形進化を明らかにすることで、現在も続く地形変化の仕組みをより詳しく解明し、さらには太陽系岩石天体の表面進化過程の理解につなげます。
掲載誌：Planetary and Space Science
論文タイトル：Characterization of Microtopography of Lunar Crater Slopes Related to Rock Abundance: A Case Study at Flamsteed Crater
著者：Ayame Ikeda, Hiroyuki Kumagai, Tomokatsu Morota
DOI：https://doi.org/10.1016/j.pss.2026.106347