月面重力計データを利用した月震波解析と月の内部構造の推定

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月面重力計データを利用した月震波解析と月の内部構造の推定

○川村太一

1

_{、齋藤靖之}

1

_、田中智

2

_{、小野正太}

1

_{、宝来帰一}

2

_{、Axel Hagermann}

3 1

_{東京大学、}

2

_ISAS/JAXA、

3

_{Open University}

アポロ 17 号に搭載された LSG （ Lunar surface gravimeter）は本来の目的であった重力波の観測には成功しなかったが（J.Webber 1974）月震計として機能しており、月震波を捉えていることが確認されている（Ono et al., 2007; Saito et al., 2007）。アポロ 12 号～16 号で行われた月震波観測の観測点はちょうど１辺は約 1100km の正三角形を描くように配置されており、核の存在を含めた月の内部の構造を議論する上では不十分であった。しかしこの観測ネットワークに 17 号の LSG による観測を加えることができればさらに詳細な内部構造の議論が可能となる。月の内部構造は月の全球組成に大きな制約を与えるものであり、月の起源を論じる上で欠かすことができない。そのため、LSG は月の科学において持つ意味は非常に大きい。そこで本研究ではこれまで月震学的な観点から解析がなされたことがなかった LSG のデータの解析を試みた。月震の中でも比較的振幅の大きい先発月震の到着時刻の決定、走時曲線の作成を行い月の平均的な地殻厚さを推定した。LSG のデータを用いた到達時間の決定、内部構造の推定が可能かを評価し、その方法を検討した。同時に、未解析であった LSG のデータを用いて地殻厚さを推定することで地殻厚さの決定精度を向上させることを試みた。本研究では 1976 年 3 月 6 日の浅発月震と 1976 年 5 月 28 日の隕石衝突を用いて解析を行った。浅発月震と隕石衝突はは月震の中でも比較的 S/N 比がよいにも関わらず、それを用いて到達時間を正確に決定するには精度が十分ではなかった。我々は月震が１Hz 付近に強い特性を持つことを注目し、バンドパスフィルタを用いてノイズの除去を試みた。これにより、月震波成分の抽出に成功し、到達時刻を決定することができた。（図 1）月震波を用いた月内部の速度モデルの推定や月震の震源の決定は過去の研究で行われている。（Nakamura, 1983; Lognonne et al., 2003; Chenet et al., 2006）本研究では速度モデル、震源の位置については Lognonne(2003)にならい、過去の 3 点の観測点に LSG のデータを加えた走時曲線を作成し、それをもとに地殻の平均の厚さを推定した。内部構造の推定にはレゴリス層、地殻、マントルの 3 層モデルを仮定した。Lognonne(2003)の速度モデルをもとに、各層での月震波速度は一定として、月震波経路、到達時間をモデルから計算した。ある地殻厚さを仮定すると各観測点における到達時間は一意に決まり、全球で一定の厚さを持つ地殻を考えると走時曲線は直線になる。この直線の傾きは平均の地殻厚さによって決まるため、波形から読み取ったデータに合う直線を求めることで地殻厚さを推定することができる。計算の結果、月の平均の地殻厚さは約 35km と推定される。この結果は Chnet(2006)の 40 km±5ｋｍと調和的である。しかし Nakamura（1983）の 58±8km よりは薄く、従来考えられていた平均 60km よりも薄い地殻の存在が示唆される。また 17 号地点の地殻厚さについても Chenet(2006)で他の観測点から求められた値と調和的であることから約 35km、もしくはさらに薄いことが予想される。本研究では観測点の数を増やすことでよりよい精度で地殻厚さが決定できたといえる。本研究により LSG を用いた月内部構造の議論が可能であることが示された。また、観測点を増やすことで月地殻の平均の厚さをより正確に決定することができた。過去に Wieczorek et al.（2006）などにより全球の地殻厚さの分布が求められているがこれらは平均的な地殻厚さを仮定した上で重力データを用いに推定されたものである。その結果は仮定した平均値に依存し、直接観測によってその値を精度よく決定することが重要である。さらに、「かぐや」で得られる重力データと合わせることでより詳細な月の地殻の構造を明らかにすることも期待できる。また今後、深発月震を利用することでさらに深部の構造や核の存在などについて新たな知見が得られることも期待できる。図 2 1976 5/28 における隕石衝突の月震波形。ノイズ除去前とノイズ除去後の波形を示した。バンドパスフィルタを用いてノイズ成分が除去したことで波形が明確になっている。