長期粘弾性対流モデルから迫る惑星内部進化の研究

• Project/Area Number: 13J02356
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Solid earth and planetary physics
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 鎌田 俊一 北海道大学, 理学研究院, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥2,530,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 惑星 / 月 / 冥王星 / 粘弾性変形 / 熱進化 / 国際研究者交流 / 国際研究者交流(US)

Outline of Annual Research Achievements

固体惑星の内部熱進化と、表層地形の長期粘弾性変形のカップリングに取り組んだ。研究対象としては、地球の月や冥王星、さらには土星の周りを回る氷衛星など様々な天体を選択した。
まず、簡略化した熱進化モデルを用いた粘弾性変形問題を月に適用した。月の地形や内部構造について、LROやGRAIL探査機により得られた最新のデータを解析した。その結果、約半数の巨大クレータがほぼ粘性緩和しきっていることが分かった。これを説明する熱進化モデルを、膨大なパラメータ空間から探すということを行った。その結果、地形が緩和しきるのに必要な温度は地殻下端で1300 K以上であり、それは月マグマオーシャンの固化から約50 Myr以内でしかありえそうにないことが分かった。このことは、月の巨大クレータの約半数はマグマオーシャン固化から間もない時期に形成したことを示している。これは内側太陽系における巨大衝突史を解き明かす鍵となる結果であり、国際誌Icarusに報告された。
また既存の3次元熱対流モデルを用いた地形変形問題を冥王星に適用した。冥王星についてはまだ探査データがないが、New Horizons探査が迫っている。そこで得られるデータから冥王星の内部物質（放射性元素量）が推定できるであろうことを明らかにした。具体的には、巨大クレータの緩和割合やクレータ内部の断層方向（放射状か同心円状か）は表層の冷たく硬い層（弾性リソスフェア）の厚さで支配されており、この厚さは岩石核中のコアで決まることを明らかにした。この結果は国際誌JGR-Planetsに報告された。
さらに、粘弾性変形プログラムとカップリングしやすい熱対流計算コードの開発も進めた上、氷衛星レアの進化における研究も行った。これらの結果は国際学会LPSCで発表された。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] The relative timing of Lunar Magma Ocean solidification and the Late Heavy Bombardment inferred from highly degraded impact basin structures (2015)
  • Author(s): Kamata, S., S. Sugita, Y. Abe, Y. Ishihara, Y. Harada, T. Morota, N. Namiki, T. Iwata, H. Hanada, H. Araki, K. Matsumoto, E.Tajika, K. Kuramoto, and F. Nimmo
  • Journal Title: Icarus Volume: 250 Pages: 492-503
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2014.12.025
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Impact basin relaxation as a probe for the thermal history of Pluto (2014)
  • Author(s): Kamata, S. and F. Nimmo
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Planets Volume: 119 Issue: 10 Pages: 2272-2289
  • DOI: 10.1002/2014je004679
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Lunar Mare volcanism : Lateral heterogeneities in volcanic activity and relationship with crustal atructure (2014)
  • Author(s): Morota, Ishihara, Sasaki, Goossens, Matsumoto, Noda, Araki, Hanada, Tazawa, Kikuchi, Ishikawa, Tsuruta, Kamata, Otake, Haruyama, Ohtake
  • Journal Title: Geol. Soc. London Spec. Pub. Volume: 401(印刷中) Issue: 1 Pages: 127-138
  • DOI: 10.1144/sp401.11
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Basin relaxation as a probe of Pluto's thermal history (2014)
  • Author(s): Kamata, S. and F. Nimmo
  • Journal Title: Lunar and Planetary Science Conference Volume: XXXXV
• [Journal Article] Principal-Component Analysis of the continuous 3-μm spectra of low-albedo asteroids observed with the AKARI satellite (2014)
  • Author(s): kamura, N., S. Sugita, S. Kamata, F. Usui, T. Hiroi, T. Ootsubo, T. G. Muller, I. Sakon, and S. Hasegawa
  • Journal Title: Lunar and Planetary Science Conference Volume: XXXXV
• [Journal Article] Spectral evolution tracks of S-type asteroids suggested by Principal Component Analysis of multi-band images of Itokaw (2014)
  • Author(s): Koga, S., S. Sugita, S. Kamata, M. Ishiguro, T. Hiroi, and S. Sasaki
  • Journal Title: Lunar and Planetary Science Conference Volume: XXXXV
• [Journal Article] 粘弾性変形理論に基づく月測地データの解釈 : 月進化史への示唆 (2013)
  • Author(s): 鎌田俊一
  • Journal Title: 遊・星・人(日本惑星科学会誌) Volume: 22 Pages: 200-206
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Relaxation of long-wavelength topography and the thermal evolution of Rhea (2015)
  • Author(s): Kamata, S. and F. Nimmo
  • Organizer: 46th Lunar and Planetary Science Conference
  • Place of Presentation: Houston (USA)
  • Year and Date: 2015-03-20
• [Presentation] One-dimensional thermal convection calculation using a modified mixing length theory (2015)
  • Author(s): Kamata, S., F. Nimmo, and K. Kuramoto
  • Organizer: 46th Lunar and Planetary Science Conference
  • Place of Presentation: Houston (USA)
  • Year and Date: 2015-03-17
• [Presentation] The relative timing of Lunar Magma Ocean solidification and the Late Heavy Bombardment inferred from highly degraded impact basin structures (2015)
  • Author(s): Kamata, S.
  • Organizer: Microsymposium 56
  • Place of Presentation: Houston (USA)
  • Year and Date: 2015-03-15
• [Presentation] Impact basin relaxation as a probe for the thermal history of Pluto (2014)
  • Author(s): Kamata, S. and F. Nimmo
  • Organizer: AGU 2014 Fall Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco (USA)
  • Year and Date: 2014-12-17
• [Presentation] 冥王星における衝突盆地の緩和: 内部海存在への示唆 (2014)
  • Author(s): 鎌田俊一, F. Nimmo,
  • Organizer: 地球惑星科学連合2014年大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
  • Year and Date: 2014-04-30
• [Presentation] GALAサイエンス(潮汐変形) (2013)
  • Author(s): 鎌田俊一, 倉本圭, 木村淳
  • Organizer: 極域氷面レーザ測距計測・氷衛星探査に関する研究集会
  • Place of Presentation: 極地研(東京)
  • Year and Date: 2013-09-06
• [Presentation] 粘弾性変形解析から示唆された古い衝突盆地形成年代 (2013)
  • Author(s): 鎌田俊一, 杉田精司, 阿部豊, 石原吉明, 原田雄司, 並木則行, 岩田隆浩, 花田英夫, 荒木博志
  • Organizer: 地球惑星科学連合2013年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(千葉県)
  • Year and Date: 2013-05-23
  • Invited
• [Remarks]
  • URL: http://www.cosmo.sci.hokudai.ac.jp/~kamata/