月面での水の流れ方―新しい実験で解き明かされた重力環境下の液体物理
月面で植物を栽培する際、地球とも国際宇宙ステーション（ISS）とも異なる環境で水がどのように振る舞うかを調べる実験が、2025年2月のニューシェパード29（NS-29）ミッションで実施された。ルイジアナ大学ラファイエット校のカール・ハッセンシュタイン、フロリダ工科大学のジョン・キス、NASAエイムス研究センターのクリストファー・マッケイらの研究チームが、月面と同等の重力環境で液体物理がどう変わるかを実証している。
月の低重力での液体の新たな性質
NS-29の無人カプセルはブースター分離後、姿勢制御スラスタを起動して毎分11回転で回転を始めた。この回転運動により、秒速1.76メートルの2乗の遠心加速度を生成し、月面重力をシミュレートした。約2分間続いたこの実験は、従来のパラボリックフライト（放物線飛行）の数秒から最長数十秒より、はるかに長い時間月面相当の環境を提供できた。
カプセル内には3Dプリント製の実験装置が搭載され、18個の異なる液体充填セルと、アルドゥカム（Arducam）カメラ、LED背面光を備えていた。テスト用の液体は、黄色に着色された脱イオン水、青く着色された30％グリセロール溶液、赤く着色された0.8％生理食塩水の3種類だった。
異なるセルの壁面には垂直、15度、20度といった複数の幾何学的パターンを用意し、液体が各キャビティの曲面を追う性質（メニスカス）の変化を観察した。この観測データから研究チームは、月面重力下での表面張力、毛細管長、その他の重要な物理パラメータを流体力学方程式で計算できたのだ。
月面重力下では、メニスカスの曲率が地球重力下の平らなプロフィールと比べてより丸みを帯びていた。さらに低い重力環境では、より厚い液体膜が壁に付着でき、地球上で予想されるより高い液柱を形成することが明らかになった。
実験データと理論値の乖離が示唆するもの
興味深いことに、測定された表面張力と毛細管長は、教科書に記載された理論値より小さかった。研究チームはこの差異を、3Dプリント製チャンバーの微視的な質感に起因すると結論づけた。表面のテクスチャが導管の役割を果たし、材料の親水性を高めているとみられる。この差は、宇宙飛行時のシール漏れや他の壁面相互作用の影響も受けた可能性がある。
研究論文は、2026年に学術誌『マイクログラビティ・サイエンス・アンド・テクノロジー』に掲載され、異なる重力環境下での液体特性の変化を焦点としている。チームは実験結果を、実際の月面土壌への水の浸透といった応用へ外挿する可能性も示唆しており、将来の月面農業実現に向けた基礎研究の重要な一歩となった。
出典: Universe Today
