ジャイアント・インパクト説とは 月の起源を解き明かすテイア衝突の仮説と証拠
ジャイアント・インパクト仮説とは
ジャイアント・インパクト仮説は、原始太陽系の初期段階で、若い地球と、概ね火星サイズの原始惑星（衝突体）が大きな衝突を起こし、その際に飛び散った破片から月が形成された、という考え方です。衝突によってできた高温高圧の破片と蒸気の円盤（プロトルナー・ディスク）が地球の周りにでき、その円盤の粒子が再び凝集して月を作ったと説明されます。年代的には、太陽系初期の数千万年〜数億年の間、つまり約45億年前ごろに起きた出来事とされています。
主要な証拠
仮説を支持する地球・月の観測やサンプルの特徴として、代表的な点は次のとおりです。
- 月の表面がかつて高温で部分的に溶けた（「月のマグマオーシャン」）ことを示す岩石組成や結晶構造が見つかっている。
- 月の鉄心が比較的小さく、全体の平均密度が地球よりも低いことから、月が主に地球のマントル成分に由来する可能性が示唆される。
- 他の星系でも巨大衝突や破片の円盤に類する現象が観測・理論的に示唆されており、衝突による衛星形成が宇宙的にもあり得る過程であると考えられる。
これらに加え、数値シミュレーションが月の質量や地球との角運動量、月の軌道特性を説明できること、月試料（主にアポロ計画や無人探査で得られた岩石）が揮発性元素に乏しい点なども、ジャイアント・インパクトモデルを支持する証拠として挙げられます。
「テイア」と呼ばれる衝突体
当時衝突したとされる天体は、月の女神セレーネの母であるギリシャ神話のタイタンにちなみ、一般に「テイア」と呼ばれます（学術的には単に「衝突体」あるいは「impactor」と表現されることも多い）。
未解決の課題と提案される解決策
ジャイアント・インパクト仮説は多くの特徴を説明しますが、いくつか重要な懸念点・未解決問題があります。代表例と、そのために提案されている解決案は以下の通りです。
- 酸素同位体比の一致：地球と月の酸素同位体比はほとんど同一で、もしテイアが地球とは異なる起源の天体だったならば差が出るはずです。これに対しては、
- 衝突後の蒸気円盤内で地球と月の原料が混合（equilibration）された可能性
- テイア自身が偶然にも地球と非常に似た同位体組成を持っていた可能性
- 高角運動量・高エネルギー衝突モデル（衝突でほとんどが地球由来となるモデル）や、衝突直後に巨大な雲（synestia）を形成するモデルなどの修正版
- 揮発性元素の欠乏：月の岩石は水やその他揮発性元素が乏しく、高温で形成されたことを示します。これは巨大衝突で高温状態になった説明と整合しますが、具体的な温度履歴や揮発損失の程度を説明するために、衝突エネルギーや再凝縮の過程を精密に調べる必要があります。
- 地球のマグマ海の有無と程度：月の初期にマグマオーシャンが存在した証拠は月試料から明らかですが、地球側でも同様の完全な証拠を直接得ることは困難です。地球はプレートテクトニクスや風化で初期の痕跡が消されているため、間接的な同位体年代学（Hf–Wなど）や数値モデルから初期高温状態（部分的あるいは全体的なマグマオーシャン）が推定されています。
- 他の形成モデル：単一の巨大衝突で説明しきれない特徴を補うために、複数回の小規模衝突による累積的形成モデル、あるいは特定条件下での「小さな衝突×多数」シナリオなども検討されています。
現在の研究動向
近年は次の方向で研究が進んでいます。
- 高精度同位体測定（酸素、チタン、クロム、タングステン等）による地球–月–テイアの起源解析。
- スーパーコンピュータを用いた高解像度数値シミュレーションで、衝突条件（速度、衝突角、質量比、回転など）を広く探索し、実際の月の性質を再現できる条件を探る研究。
- 月試料の再分析や新規試料（将来のサンプルリターン、有人月探査での採取）による古環境の直接的証拠の取得。
まとめ
ジャイアント・インパクト仮説は、月の起源を説明する最も広く受け入れられているモデルであり、多くの観測・サンプル証拠と整合します。一方で、酸素同位体の一致や揮発性元素の挙動など未解決の点も残っており、これを解決するための改良モデル（高エネルギー衝突、synestia、混合過程、多重衝突モデルなど）や高精度観測・数値実験が続けられています。今後の高精度分析と新しい月探査が、テイア衝突の詳細をさらに明らかにすることが期待されています。
月を形成したとされる巨大衝突の想像図
コンテキスト
地球の比較的大きな自然衛星である月は、ユニークな存在です。アポロ計画では、月面の岩石が地球に持ち込まれました。これらの岩石の放射年代測定の結果、月は4527±1000万年前のものであり、太陽系の他の天体よりも約3000万年から5500万年若いことがわかった。また、月の形成時期はさらに遅く、太陽系誕生から70〜110Ma後の4.48±0.02Gaであることがわかっている。また、月の密度が比較的低いことも注目すべき点である。これは、太陽系の他の地球型天体に見られるような大きな金属核がないことを意味しているのだろう。月の組成は、地球のマントルと地殻を合わせたようなもので、地球のコアは存在しない。このことから、ジャイアント・インパクト仮説（原始地球が別の原始惑星にジャイアント・インパクトした際に月が形成されたとする説）が提唱されている。
このインパクターは「セイア」とも呼ばれ、火星よりも少し小さかったと考えられています。テイアは約4.533億年前に地球に衝突したと考えられている。モデルによると、このサイズのインパクタが原始地球に低い角度と比較的低い速度（8～20km/sまたは5.0～12.4mi/s）で衝突したとき、原始地球とインパクタのマントル（および原始クラスト）から多くの物質が宇宙空間に放出され、その多くが地球の軌道上に留まったという。これらの物質はやがて月になる。
しかし、ジャイアント・インパクトの金属コアは、地球のマントルを通って地球のコアと融合して沈み、月の金属物質を奪ったと考えられます。このように、ジャイアント・インパクト仮説は、月の異常な組成を説明します。地球の周りを回っていた噴出物は、数週間のうちに凝縮されて一つの物体になった。地球の周りを回っていた噴出物は、数週間のうちに凝縮されて一つの物体になり、それが自分の重力の影響を受けて、より球状の物体、つまり月になったのです。
放射年代測定の結果、地球は衝突の少なくとも1,000万年前から存在しており、原始的なマントルとコアが分化するのに十分な時間がありました。そして、衝突時にはマントルの物質だけが放出され、重元素を含む地球のコアはそのまま残されました。
その結果
この衝撃は、若い地球に重要な影響を与えた。膨大なエネルギーが放出され、地球も月も完全に溶融してしまったのです。衝突の直後、地球のマントルは活発に対流し、地表は大きなマグマの海となっていた。地球の最初の大気は、莫大なエネルギーによって完全に吹き飛ばされたに違いない。また、この衝突によって地球の軸が変化し、23.5°という大きな軸の傾きが生じ、それが地球の季節の原因になっていると考えられている（惑星の起源を示す単純な理想モデルでは、軸の傾きは0°で、季節は認識できない）。また、地球の自転を早めた可能性もある。
最新のエビデンス
アポロ宇宙飛行士が持ち帰った月の岩石を分析したところ、「Theia」の痕跡が確認された。研究者たちは、このことが月が激動の衝突によって生まれたという説を裏付けるものだと主張している。科学者の中には、月の岩石から発見されたテイヤの物質と地球との差があまりにも小さいことに驚く人もいる。
質問と回答
Q: ジャイアントインパクト仮説とは何ですか?
A:ジャイアント・インパクト仮説とは、若い地球と火星サイズの原始惑星が衝突した際の破片から月が生まれたとするものです。
Q: ジャイアント・インパクト仮説の根拠は何ですか?
A:月の表面が溶融していたことを示す月のサンプル、月の鉄心が比較的小さく、地球よりも密度が低いこと、他の星系でも同様の衝突（デブリディスクが発生する）があることなどが、この仮説の根拠とされています。
Q: ジャイアントインパクト仮説における衝突体の名称は何ですか?
A: 衝突体は、月の女神セレーネの母であるギリシャ神話のタイタンにちなんで、テイアと呼ばれることがあります。
Q: ジャイアントインパクト仮説の未解決の問題点は何ですか?
A: この仮説の未解決の問題は、月の酸素同位体比が地球とほぼ同じであり、他の太陽系天体からの寄与を示す証拠がないこと、月のサンプルに揮発性元素、酸化鉄、親鉄元素（鉄と結合する化学元素）の期待される比率がないこと、地球に仮説が示唆するマグマの海があったという証拠がないこと、です。
Q:月の形成に関する有力な科学的仮説は何ですか?
A: 月の形成に関する有力な科学的仮説は、ジャイアント・インパクト仮説です。
Q:月の密度は地球と比較してどのくらいですか?
A: 月は地球より密度が低いです。
Q:ジャイアント・インパクト仮説で月と関連付けられているギリシャ神話のタイタンとは何ですか?
A: ジャイアントインパクト仮説では、衝突する天体は、月の女神セレーネの母であるギリシャ神話のタイタンにちなんでテイアと呼ばれることがあります。
