Influence of stellar spectra on the evolution of planetary atmospheres
Project/Area Number |
22K03695
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
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Research Institution | Tohoku University |
Principal Investigator |
堺 正太朗 東北大学, 理学研究科, 助教 (30801336)
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Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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Budget Amount *help |
¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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Keywords | 系外惑星 / 火星 / 金星 / XUVスペクトル / 大気散逸 / 恒星スペクトル / 大気進化 |
Outline of Research at the Start |
惑星がハビタブルな環境を獲得できたのかを理解する鍵となるのが大気進化である.大気進化は惑星重力や固有磁場の有無に起因すると考えられてきたが,恒星変動も重要な要因となることが明らかになってきた.近年,様々な系外惑星系で恒星スペクトルが観測的に発見されたことから,恒星スペクトルの違いによる惑星大気進化への影響を網羅的に研究することが可能となった.観測検証が依然困難な系外惑星のハビタブル環境研究の機運も高まっており,数値計算による大気進化研究はより一層重要な位置付けとなっている.本研究では,恒星スペクトルの違いにより,地球のように大気は保持されるのかを,大気進化の観点から体系的な理解を目指す.
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Outline of Annual Research Achievements |
「恒星型 (恒星スペクトル) の違いにより大気は保持されるのか、それともされないのか」という学術的問いに答えることを目的とし、数値計算、特に3次元多成分電磁流体力学 (REPPU-Planets) モデルを用いて様々な恒星環境下での惑星上層大気構造及び大気散逸機構を明らかにする。 比較的低XUV環境下なHD85512系及びGJ581系に火星型惑星を配置し、REPPU-Planetsにて計算を行った。XUV放射照度やスペクトル型、更には大気密度が各イオン種の大気散逸率に顕著に影響を与えることが本計算から理解され始めた。これらの成果はJpGUや天文学会で口頭発表され、現在論文準備中である。 本年度は、火星型惑星に加えて金星型惑星に関しても研究を行った。これは、比較的活発な恒星環境下では火星型惑星だと流体的散逸が卓越し、非熱的散逸の影響を評価できないためである。ハビタブルゾーンを持つM型星を周回するTOI-700 d (金星型)からの大気散逸の、XUV強度及び惑星間磁場の角度依存性について調査した。非磁化惑星では、現在太陽XUVの30倍を超えると大気は数十億年で失う一方で、赤道表面で1000 nT以上の固有磁場を持つ惑星では大気散逸を抑制し、強XUV環境下での大気保持に重要な役割を果たすことがわかった。これらの成果はすでに論文出版済みである (Nishioka et al., 2023)。 本年度は更に、M型星周回地球型惑星の熱的散逸の研究を行った。前主系列M型星周回地球型惑星のH2O支配大気に1次元光化学モデルを適用したところ、効率的なH2O再生反応とO2による紫外線遮蔽によって、水の損失が抑制されることがわかった。M型星周辺のハビタブルゾーンにある地球型惑星は、これまで推定されていたよりも地表に水を保持している可能性が高いことを示唆している。これらの結果はAGUで口頭発表された。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度はXUVスペクトル型に加えて、惑星サイズの大気散逸への影響についても、金星型惑星及び地球型惑星を用いて検証を実施した。数値計算を実施し、XUVと惑星固有磁場が大気進化に与える影響及び、地球型惑星の地表での水の存在量について明らかにした。一方で、比較的低XUV環境下なHD85512系及びGJ581系に関する研究に関しては、当初なら本年度末までに論文出版を予定していたが、モデルの不具合が見つかったこと、その修正に時間を要していること、更に再計算時間に数週間程度かかることが理由で、現在までに論文出版に至っていない。これらの問題に関して、解決には向かっており、現在論文の投稿準備を行っているものの、進捗状況としては「やや遅れている」とした。
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Strategy for Future Research Activity |
次年度はまず、比較的低XUV環境下なHD85512系及びGJ581系に関する研究の論文化を優先的に進める。XUVスペクトル型の影響を単純に比較するために、HD85512系及びGJ581系に加えて太陽XUVの10倍程度においても数値計算を実施し、それらの違いまでの議論を論文に含める。その後、当初では、様々なXUVスペクトル環境下での火星型惑星の大気進化についてを調査する予定であったが、強XUV環境では火星型惑星は流体力学的散逸が卓越し、非熱的散逸の影響を正しく評価できないことがわかったため、やや惑星サイズが大きい地球サイズの惑星を用いて研究を推進する。まずは、XUV環境の違う地球型惑星の大気散逸について、XUV強度変化と恒星風の影響を数値計算を用いて調べ、論文化を目指す。更に、余裕があれば、HD85512系及びGJ581系についても検証を行い、地球型及び火星型惑星での大気散逸・大気進化への影響を明らかにし、惑星の大気保持に関しての体系的な理解を目指す。
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Report
(2 results)
Research Products
(67 results)
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[Journal Article] Strong Depletion of 13C in CO Induced by Photolysis of CO2 in the Martian Atmosphere, Calculated by a Photochemical Model?2023
Author(s)
Yoshida, T., Aoki, S., Ueno, Y., Terada, N., Nakamura, Y., Shiobara, K., Yoshida, N., Nakagawa, H., Sakai, S., & Koyama, S.
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Journal Title
The Planetary Science Journal
Volume: 4
Issue: 3
Pages: 53-53
DOI
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[Journal Article] Enhanced ion escape rate during IMF rotation under weak intrinsic magnetic field conditions on a Mars-like planet2023
Author(s)
Sakai, S., Seki, K., Terada, N., Shinagawa, H., Sakata, R., Tanaka, T., & Ebihara, Y.
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Journal Title
Journal of Geophysical Research: Space Physics
Volume: 128
Issue: 3
Pages: 1-10
DOI
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[Journal Article] Multispecies MHD study of ion escape at ancient Mars: Effects of an intrinsic magnetic field and solar XUV radiation2022
Author(s)
Sakata, R., Seki, K., Sakai, S., Terada, N., Shinagawa, H., & Tanaka, T.
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Journal Title
Journal of Geophysical Research: Space Physics
Volume: 127
Issue: 7
DOI
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[Presentation] Major results from the Hisaki mission and future perspectives2023
Author(s)
Tsuchiya, F., Y. Kasaba, I. Yoshikawa, G. Murakami, A. Yamazaki, K. Yoshioka, T. Kimura, C. Tao, R. Koga, H. Kita, K. Masunaga, M. Kagitani, S. Sakai, M. Kuwabara
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European Geoscience Union General Assebly 2023
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[Presentation] Life-environmentology, Astronomy, and PlanetarY Ultraviolet Telescope Assembly (LAPYUTA)2023
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Tsuchiya, F., G. Murakami, A. Yamazaki, S. Kameda, M. Ikoma, N. Narita, T. Kimura, C. Tao, R. Koga, J. Kimura, M. Ouchi, M. Tanaka, K. Masunaga, S. Sakai, K. Yoshioka, M. Kagitani, M. Kuwabara, S. Toriumi
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[Presentation] Three-dimensional simulation of the Martian diffuse auroral emission in the crustal magnetic field regions2023
Author(s)
中村勇貴, F. Leblanc, J. -C. Gerard, L. Sore, 寺田直樹, 中川広務, 堺正太朗, 村瀬清華, 片岡龍峰, D. A. Brain, 関華奈子
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日本地球惑星科学連合2023年大会
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[Presentation] LAPYUTAによる地球型惑星上層大気観測の科学検討2023
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日本地球惑星科学連合2023年大会
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Hara, T., K. Masunaga, N. Terada, S. Sakai, T. Osanai, K. Seki, C. M. Fowler, K. G. Hanley, J. P. McFadden, S. M. Curry
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[Presentation] 紫外線宇宙望遠鏡 LAPYUTA 計画2023
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土屋史紀, 村上豪, 山崎敦, 亀田真吾, 益永圭, 堺正太朗, 吉岡和夫, 鍵谷将人, 中山陽史, 生駒大洋, 桑原正輝, 成田憲保, 小玉貴則, 寺田直樹, 鳥海森, 野津湧太, 行方宏介, 木村智樹, 垰千尋, 古賀亮一, 木村淳, 大内正己, 田中雅臣, 塩谷圭吾, LAPYUTA検討チーム
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土屋史紀, 村上豪, 山崎敦, 亀田真吾, 鍵谷将人, 木村智樹, 垰千尋, 古賀亮一, 木村淳, 益永圭, 堺正太朗, 吉岡和夫, 中山陽史, 生駒大洋, 桑原正輝, 成田憲保, 小玉貴則, 鳥海森, 大内正巳, 田中雅臣
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[Presentation] Which star-planet combinations lead to atmospheric retention?2023
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Brain, D. A., M. Chaffin, Z. Berta-Thompson, J. -Y. Chaufray, O. Cohen, T. Cravens, H. Egan, K. France, Y. Futaana, A. Glocer, M. Holmstrom, R. Jarvinen, L. M. Kistler, R. Kopparapu, F. Leblanc, Y. Ma, D. R. Marsh, A. W. Merkel, W. K. Peterson, R. Ramstad, S. Sakai, et al.
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Nakamura, Y., F. Leblanc, N. Terada, S. Hiruba, I. Murata, H. Nakagawa, S. Sakai, S. Aoki, A. Piccialli, Y. Willame, L. Neary, A. C. Vandaele, K. Murase, R. Kataoka, K. Seki
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American Geophysical Union Fall Meeting 2023
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[Presentation] LAPYUTA 計画の検討状況2023
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土屋史紀, 村上豪, 山崎敦, 木村智樹, 吉岡和夫, 鍵谷将人, 古賀亮一, 木村淳, 成田憲保, 亀田真吾, 生駒大洋, 大内正己, 田中雅臣, 益永圭, 堺正太朗, 垰千尋, 桑原正輝, 鳥海森, LAPYUTA WG 検討グループ
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土屋史紀, 村上豪, 山崎敦, 木村智樹, 吉岡和夫, 鍵谷将人, 古賀亮一, 木村淳, 成田憲保, 亀田真吾, 生駒大洋, 大内正己, 田中雅臣, 益永圭, 堺正太朗, 垰千尋, 桑原正輝, 鳥海森
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D. A. Brain, W. K. Peterson, O. Cohen, T. Cravens, A. Farrish, K. France, Y. Futaana, K. Garcia-Sage, A. Glocer, O. Hamil, M. Holmstrom, L. M. Kistler, F. Leblanc, A. W. Merkel, A. Nakayama, L. M. Peticolas, R. Ramstad, A. R. Renzaglia, S. Sakai, R. Sakata, N. R. Schnepf, K. Seki, R. J. Strangeway, W. Sun, A. Vidotto
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土屋史紀, 村上豪, 山崎敦, 木村智樹, 吉岡和夫, 鍵谷将人, 古賀亮一, 木村淳, 成田憲保, 亀田真吾, 生駒大洋, 大内正己, 田中雅臣, 益永圭, 堺正太朗, 垰千尋, 桑原正輝, 鳥海森
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土屋史紀, 村上豪, 山崎敦, 木村智樹, 吉岡和夫, 鍵谷将人, 古賀亮一, 木村淳, 成田憲保, 亀田真吾, 生駒大洋, 大内正己, 田中雅臣, 益永圭, 堺正太朗, 垰千尋, 桑原正輝, 鳥海森, LAPYUTA WG
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F. Tsuchiya, G. Murakami, A. Yamazaki, T. Kimura, M. Kagitani, R. Koga, J. Kimura, N. Narita, S. Kameda, M. Ikoma, M. Ouchi, M. Tanaka, K. Masunaga, S. Sakai, C. Tao, M. Kuwabara, S. Toriumi
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