月の土壌粒子中の空隙がH₂O分子を生み出す場所だった~太陽風による新たな水生成メカニズムを解明、将来の月面資源利用にも期待~

2026-02-09 東京大学

東京大学大学院理学系研究科の庄司大悟特任研究員は、月面で太陽風由来の水(OH/H₂O)が生成される新機構を分子動力学シミュレーションで解明した。月の土壌粒子内にある直径数〜数十nmの空隙では、壁面にダングリングボンドを持つ酸素原子が多く、水素原子が近づくと集中的にトラップされOH基が高密度に形成される。結果として、同一酸素に2個目の水素が結合しやすくなり、従来は少量と見積もられていたH₂O分子が、微小隕石衝突やOH拡散を介さずとも増える可能性を示した。斜長石(アノーサイト)想定では、月の数日相当の太陽風照射で空隙周辺に重量%で数%のH₂O生成が見積もられた。開いた空隙では外部へ逃げたH₂Oが低温域で氷として凝縮し得る点も示され、将来の月面水資源利用に重要な知見となる。

月の土壌粒子中の空隙がH₂O分子を生み出す場所だった~太陽風による新たな水生成メカニズムを解明、将来の月面資源利用にも期待~月面の土壌粒子中に存在している直径数ナノメートルから数十ナノメートルの空隙中でH2Oが形成

<関連情報>

月面土壌の小胞における太陽風誘起H2O生成と保持の分子動力学シミュレーション Molecular dynamics simulations of solar-wind induced H2O formation and retention in vesicles of lunar soil

Daigo Shoji
Scientific Reports  Published:09 February 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41598-025-34389-2

Abstract

Several observations have shown that the lunar surface contains both H2O molecules and OH. One possible origin of these chemical species are implanted solar-wind hydrogen. However, the reaction pathway from hydrogen to H2O remains unclear. Here, we use reactive molecular dynamics simulations to investigate H2O formation at vesicle walls in plagioclase grains. When hydrogen atoms were implanted into plagioclase containing a spherical vesicle, 2–3 times more hydrogen became preferentially trapped at the vesicle wall as OH due to oxygen dangling bonds. The accumulation of OH and subsequent trapping of hydrogen atoms led to the synthesis of H2O molecules. If the trapped hydrogen does not diffuse over several lunar days, which is plausible given the strong bonding energy of the dangling bonds (>5 eV), up to a few wt% of H2O can form near vesicle walls. Furthermore, in vesicles lacking pathways to the outer space, their closed structure inhibits H2O diffusion, consistent with the detection of H2O in Apollo soils.

1702地球物理及び地球化学
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