ここでは導入部として月起源と進化の問題に答えんとするLUNAR-A計画の意義をまとめ、本論文のLUNAR-A計画における位置づけ及び内容紹介も同時に行った。月をはじめ惑星起源、進化の問題の解明には惑星全体の構造、組成に対する制約条件が不可欠である。しかしアポロの月震探査などで先駆的な成果が得られていたにも関わらず、従来は内部構造を主要なターゲットにした探査計画は立てられることがなかった。その意味でLUNAR-A月震観測はアポロ以来途絶えていた惑星内部構造探査を復活させ、将来の惑星探査が進むべき一方向を示すものでもあり、その基礎を固める本研究は重要な意義を持つ。

　この章は、まず月内部構造論のレビューとして、アポロ月探査を中心とした過去の月震観測アポロ(11,14,15)と旧ソ連のルノホート2号によって月面に設置されたコーナーキューブを用いたレーザーレンジング(LLR)の最新の結果を振り返り、それを踏まえて月内部構造探査のみならず月震観測の展望を述べ、LUNAR-A探査計画全体の概要紹介も合わせて行った。また2章付録としてテキサス大学の中村吉雄先生から送られたアポロ月震データのフォーマットも紹介した。将来の月内部構造探査の主要な目標は以下のようにまとめられる。LUNAR-A計画で3以外を目標にしているが特に1,2が主目標である。

　1.コアのサイズ、速度構造、Q、これから、月の平均的構成物質を押えられ、月岩石中の親鉄元素挙動から月起源を探る研究に寄与することができる。月全体の弾性的、熱的構造決定にも大きな影響をおよぼす。

　2.深部マントルの速度構造、Q、これは月内部の弾性的、熱的構造を押えるのに重要な役割を果たす。1と合わせ、月の熱史を考察するための重要な情報となる。

　3.月地殼の厚さの非対称性、この正確な評価は、Al,Caなどの難揮発性元素の存在量の正確な見積もりにも欠かせない。

　4.深発、浅発震源分布の不均一性、この問題の追求から月内部の水平方向不均質性の有無に関する手がかりが得られる可能性がある。

　この他、内部構造とは直接つながらないが興味深い問題として、5.流星群と隕石衝突の関連がある。特に1998年に33年ぶりに回帰するテンペルタットル彗星に伴って活動が予想される獅子座流星群にLUNAR-A月震計で感知される隕石が存在するかなど、この観測から流星群構成粒子のサイズ分布に関する情報が得られることが期待される。

　この章ではLUNAR-A用月震計の開発状況、現状について述べる。まず、アポロ月震データのスペクトル解析を行なったところ深発月震のスペクトルピークは0.5〜1Hzにあることがわかった。深発月震は月深部の情報を定期的にもたらすものとして、LUNAR-A計画で重視されているターゲットである。この結果をもとに月震計の固有周期を2sec,にすることが目標とされた。この目標に対し、非線形バネの利用、及びバネ振り子に取り付けた鉄片と月震計磁石間に働く磁力の利用、という2方針を組み合わせた長周期化が進められ、現状では1sec.まで達成されている。また耐衝撃性の確立には各種ペネトレータ実験を行い、月震計内部バネ振り子の拘束条件が求められた。小型軽量化には月震計内部の永久磁石の削り込みなどで1つ当たり330g以下を達成し、サイズも50×51にまで小さくなった。さらにバネ振子に巻き付けるコイル線直径を20mまで細くしても耐衝撃性が損なわれないことが実証され、感度は10V/kine(20Hz)にまで達成できた。これら耐衝撃性、小型軽量化、高感度化の成果に加え、月震計固有周期が目標の2sec.を達成できると、周期1sec.の振動をアポロ月震計の3倍の感度で観測できる(Fig.1)。

　この章では、LUNAR-A月震観測におけるイベントトリガー法、さちに取得したデータのデータ処理、種類判別の方法を論じている。まず地球の地震観測でよく用いられているSTA/LTA法をもとにアポロ月震データを用い、有効かつ簡便なイベントトリガー法を探した。その結果、Fig.2に示すようなLTAの中にSTAが組み込まれている方式を提案し、STAの長さ(T_s)は経験的に数十秒程度、LTAの長さ(T_L)は500〜600秒がよいことを見いだした(e.g.Fig.3)。次にアポロの長周期月震計の連続記録データを数ヶ月間調べ、そこにしばしば現れる継続時間10秒程度のノイズと片側振幅ノイズをによるトリガー誤動作を避けるため、トリガー後に数秒以上あとに4秒間の振幅レベル、片側振幅度をチェックする方法を提案した。さらにトリガーをかけた月震データの取得時間を前半の256秒で判断する方法として、トリガー後128秒と256秒付近の振幅レベル(それぞれA₁,A₂)を計算しA₂/A₁とA₂を組み合わせておこなう方法が提案されているが、各種月震について実際に計算し、この方法に必要なパラメータ決定に役立てた。また取得した月震データの後半部を16Hzサンプリングから4Hzに落とすとき必要となるディジタルフィルターの設計、検討を行い実機搭載用として23次FIR(非再帰型数値)フィルターを提案した。最後に月震データの地上伝送順序決定のために種別判定を簡単に評価できるかを見るために、各種月震についてrise-time(初動より振幅が最大となるまでの時間)を計算し、震央距離との関係を調べた。この結果、1.深発月震のrise-timeは角距離によらず3〜8分で一定していること(Fig.4)、2.浅発月震、隕石衝突については、角距離と正の相関が存在すること、が認められた(Fig.4)。一方、3.熱月震のrise-timeはほぼ2分以内に収まっている。このため、熱月震は他の3種類の月震とはrise-timeによって明確に区別することが可能である。これら3つの結果を使えば、rise-timeを月震の種類の判別に利用することができる。

図表Fig.1 アポロ月震計(長周期(LP)peaked、長周期flat、短周期(SP))の3種類とLUNAR-A計画で搭載予定の月震計感度。 / Fig.2 STA/LTA法によるイベントトリガー法の一例。時間的に前のLTA(t＝T_L)における振幅平均と時間的に後のSTA(t＝T_s)における振輻平均の比をモニターして閾値(r)を超えた時トリガをかける。 / Fig.3 上図の月震模擬データにFig.2のトリガー法を試し、T_Lとrによっていくつトリガーがかかるかをみたもの。ただしT_s＝60秒で固定。

　深発月震の発生に周期性が複数みえていることは、以前よりアポロ月震データの解析により判明している。最も短い27日周期については月潮汐の周期であると考えられている。これとは別に約6年の周期で深発月震の活動度が変化するという現象がアポロデータから経験的に見いだされているが、これについては必ずしも明確な説明が与えられていなかった。この章では、震源位置が既知の深発月震20グループについて震源における潮汐応力を10年分(1969年〜1977年と1998年)の計算を行った結果、この6年周期の活動度変化は潮汐応力の6年周期性と密接な関係があることが確認できた。さらにこれらの各深発震源における潮汐応力テンソルの変動周期性から1998年の初日は1974年の通算112ないし114日に相当することがわかった。この対応関係をもとにアポロ当時の月震発生データを使って1998年における深発月震活動を推定し、LUNAR-A用深発月震予報表を作成した。1998年には、少なくとも深発月震グループA1,A5,A6,A9,A20,A24,A30,A33,A40,A42,A44,A50,A61の13グループが活動していることがわかった。12ヶ月の総数は63イベントである。この予報表は、約6年の周期性が月震活動においてアポロの記録どうり正確に繰り返すことを前提に置いたものであり、LUNAR-A月震計のようにアポロ月震計より高性能であればさらに多くの深発月震が観測されることが予想される。これらの結果はLUNAR-A月震観測においてターゲットの1つとなるべき深発月震の予報に役立てられ、運用計画策定のための基礎資料とされる(Fig.5)。

図表Fig.4 各種月震(深発月震(DMQ)、浅発月震(HFT)、隕石衝突(Impact))の震源距離とrise-timeの関係。 / Fig.5 1998年の深発月震予定表。黒点がそれそれの発生時に相当する。1998年50日から1年のLUNAR-A観測期間に少なくとも63の深発月震発生が予想される。