| Project Area | CO world |
|---|
| Project/Area Number |
22H05150
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
尾崎 和海 東京工業大学, 理学院, 准教授 (10644411)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
冬月 世馬 (ダニエラチェ セバスチィアン) 上智大学, 理工学部, 准教授 (00595754)
濱野 景子 (飯塚景子) 東京工業大学, 地球生命研究所, 研究員 (40646171)
川島 由依 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (40897691)
黒川 宏之 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (80713643)
洪 鵬 千葉工業大学, 惑星探査研究センター, 研究員 (80733782)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2027-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
|
| Budget Amount *help |
¥180,700,000 (Direct Cost: ¥139,000,000、Indirect Cost: ¥41,700,000)
Fiscal Year 2024: ¥42,380,000 (Direct Cost: ¥32,600,000、Indirect Cost: ¥9,780,000)
Fiscal Year 2023: ¥36,400,000 (Direct Cost: ¥28,000,000、Indirect Cost: ¥8,400,000)
Fiscal Year 2022: ¥29,770,000 (Direct Cost: ¥22,900,000、Indirect Cost: ¥6,870,000)
|
|---|
| Keywords | 一酸化炭素 / 大気化学 / 物質循環 / 分光学 / バイオシグネチャー / 大気光化学 / 系外惑星 / 地球 / 火星 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
宇宙における生命存在可能性の議論は、主に液体の水の存在を切り口に展開されてきた。しかしながら、生命惑星の候補天体を絞り込むには、液体の水の存在に加え、温室効果気体の存在量や生命に必要な物質・エネルギー利用度を考えることが本質的に重要である。本研究では、惑星の気候状態や生命の代謝に関わる炭素に注目し、その惑星大気中での存在形態(CO2/CO/CH4)や制御要因、生命の前駆代謝に重要な有機化合物の生成率及び生物圏への供給率を明らかにする。これにより生命惑星探査に新たな理論的基盤を確立することを目指す。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
理論班は、大気中の炭素の酸化還元状態(CO2/CO/CH4)に基づく地球型惑星環境の多様性を体系的に理解するための理論的研究を行うことを目的としている。具体的な達成目標は、１）地球型惑星の大気組成(CO2/CO/CH4)の決定要因の解明、２）惑星CO 環境中で生じる物質循環過程の定量評価、３）CO2/CO/CH4 大気の分光特性の包括的理解と検出法の確立であり、これらと他班の研究成果を統合することで、惑星CO 環境を物質循環に基づく理論的見地から総合的に理解することを目指す。
研究実施計画にのっとり、本年度は班内の計画ごとに独立した複数のアプローチ（大気化学モデル、気候モデル、物質循環モデル、微生物生態系モデル、固体地球の元素分配、第一原理計算、大気スペクトルモデル）の開発を進めた。大気化学モデルを用いた研究では、大気化学反応ネットワーク解析スキームを構築したほか、光化学による同位体効果を取り入れた大気光化学モデルを開発し国際学術誌に発表した。これらは今後の大気光化学モデル開発の足掛かりとなるものである。これとは別に、CO暴走状態をシミュレート可能な大気化学モデルを開発し、初期地球におけるCO暴走の発生条件を得ることに成功した。これは上記目的1)に直接関わる重要な成果である。このほか、マグマオーシャン上に形成される大気のCO2/CO/CH4比を明らかにすることを目指し、マグマオーシャンの酸素フガシティー構造をシミュレート可能な理論モデルの開発、生命不在惑星についてCO2-CO大気組成の時間変化をシミュレート可能な理論モデルの開発、全球酸化還元収支モデルへのCO循環の導入、地球型惑星大気スペクトル（透過光・放射光）の高速計算手法の開発など、各モデル群の開発が行われた。
また、吸収断面積データ取得のための分光器の整備や大気化学用計算機の導入を行った。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
班内の各計画ごとに異なる理論モデルの開発を進めている。本研究課題のなかで主軸となる大気化学モデルを用いた研究では、化学反応ネットワーク解析手法の構築や同位体分別効果を考慮したモデルの開発など、今後のモデル開発／解析作業の土台となる手法が開発できた。また、CO大気の形成条件など本研究の大目標に関わる重要な知見もすでに得られており、当初の想定以上に進展している。一方、グリオキシル酸など生命の前駆代謝に必須の有機酸をシミュレート可能なモデルの開発や炭素の同位体異常を追跡可能な物質循環モデルの開発は完了しなかった。また、吸収断面積データを補完するための分光器の整備を行ったが、これを用いた実際の測定まで至らなかった。
以上のことから、おおむね順調に進展しているものと判断した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
初年度に引き続き、各モデル群の開発や予察的実験および文献調査を進める。
大気化学モデルを用いた研究では、CO 関連の化学反応過程を包括的に理解するための化学反応ネットワークの構築を継続し、それを導入したモデル開発を進める。初年度に開発したCO暴走状態をシミュレート可能な大気モデルをさらに発展させ、初期地球以外の惑星環境でのCO暴走の発生条件について大局的理解を得ることを目指す。また、環境班が実施する光化学チャンバー実験と第一原理計算に基づきCO大気中でCOから派生する生命の前駆代謝に必須の有機酸（グリオキシル酸など）の生成率をシミュレートできるようモデルのさらなる改良を進める。
惑星形成直後のマグマオーシャン上に形成される大気酸化還元状態やCO2/CO/CH4比の関係を明らかにする理論研究も継続して進める。溶解度データの温度依存性やメルト組成依存性についての最新の情報をもとにモデル開発を行い、マグマオーシャンと大気の結合系に関する時間発展をシミュレート可能なモデル開発を行うほか、物質循環モデルで重要となる表層圏－マントル間の炭素分配について制約を与えることを目指す。
CO惑星環境上での物質循環を扱う理論モデルの開発では、大気CO2-CO-CH4-H2濃度の時間発展をシミュレート可能な理論モデルの開発を進める。特に、環境班が取得するCO由来の有機分子の炭素同位体異常を追跡可能な物質循環モデルの開発を進める。これらのモデル開発によって、初期地球だけでなく初期火星の大気におけるCO循環を地質記録との比較を通じて評価可能な理論モデルとする。
このほか、分光器を用いた紫外・可視・赤外の吸収スペクトル計測によって吸収断面積データの補完を進めるほか、大気化学モデルで計算された化学種分布を基に大気スペクトル計算を行うことで観測可能性評価につなげる。
|
Report
(1 results)
Research Products
(9 results)
