氷衛星内部におけるリンの存在状態の解明：生命を育む衛星の形成環境

• Project/Area Number: 22K14086
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 藤井 悠里 京都大学, 人間・環境学研究科, 助教 (40815164)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2025: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 氷衛星 / 内部海 / リン / ハビタビリティ

Outline of Research at the Start

氷衛星の内部海は、地球外生命生息地の有力候補の一つであると考えられている。内部海の環境は天体ごとに大きく異なる可能性が示唆されており、今後の生命探査ミッションの計画には、液体の水の存在以上の生命存在可能性の指標が必要である。本研究では、少なくとも地球生命には必須元素であるリンに着目し、氷衛星の内部海が生命に適した環境となり得るかどうかを研究する。高圧地球化学実験の分野で培われたノウハウを応用し、形成時の氷衛星が分化する際のリンの挙動を調べ、リンが内部海に溶出し生命に利用可能な形になるための条件を探る。そして、さらに、その条件が実現可能になるような衛星形成プロセスを理論的に解明する。

Outline of Annual Research Achievements

巨大ガス惑星の周りには表面が氷で覆われた衛星が存在し、これらは氷衛星と呼ばれる。土星の衛星エンセラダスやタイタン、木星の衛星エウロパやガニメデなどの氷衛星は、氷で覆われた表面と岩石組成のマントル/コアの間に液体の海が存在すると考えられている。このような氷衛星の内部海は、地球外生命生息地の有力候補の一つとして、近年特に注目を集めている。内部海の環境は天体ごとに大きく異なる可能性があり、今後の生命探査ミッションの計画には、液体の水の存在以上の生命存在可能性の指標が必要である。
我々は、少なくとも地球生命には必須元素であるリンが、岩石マントルから内部海に溶出可能かどうかを調べるために、氷天体のマントルにおいてリンがどのような鉱物形態として存在するかを研究した。本研究では、含水コンドライト組成の試料を用いて氷衛星の内部環境を模擬した高圧相平衡実験を行った。昨年度行った実験の生成物をより詳細に分析するために、試料中のリンを含む粒子の断面を集束イオンビーム加工装置で切り出し、透過電子顕微鏡を用いて結晶構造を解析した。また、新たに、組成を変えた実験を行った。炭素や水を多く含む出発物質を用いた実験の生成物を走査電子顕微鏡を用いて分析したところ、細かい針状の複雑な構造が見られた。これらの詳細な分析には、試料の表面の研磨方法を工夫する必要があることが分かった。さらに炭素の量を増やした実験を行う必要性が判明したため、次年度以降、引き続き実験を行なっていく。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

実験生成物が予想以上に微細で複雑な構造を持つことが分かったが、新たな共同研究者を迎え、技術提供を受けながら分析を進めることが出来たため。

Strategy for Future Research Activity

炭素の量をさらに増やした実験を行い、リンがこれまで行なってきた実験とは異なる鉱物に入る可動化を調べる。衛星が含有する炭素の量は、周惑星円盤の温度分布と原始惑星系円盤からのガス・固体の供給量とその組成に強く依存すると考えられるため、理論研究も引き続き継続して行なっていく。

Research Products

• [Journal Article] Cosmic-Ray Ionization Rate in Protoplanetary Disks with Sheared Magnetic Fields (2022)
  • Author(s): Fujii Yuri I.、Kimura Shigeo S.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 937 Issue: 2 Pages: L37-L37
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ac86c2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 氷衛星の岩石マントルにおける リンの存在形態に ついて (2024)
  • Author(s): 藤井悠里, 武田真之介, 小木曽哲, 松本徹
  • Organizer: 第48回生命の起原および進化学会学術講演会
• [Presentation] 周惑星円盤における磁気圏降着と衛星系の構造 (2024)
  • Author(s): 藤井悠里, 荻原正博, 堀安範
  • Organizer: 惑星形成討論 会2024
• [Presentation] Formation of Satellite Systems around Jupiter and Saturn (2023)
  • Author(s): Yuri I. Fujii, Masahiro Ogihara, Yasunori Hori
  • Organizer: TDLI Mini Workshop on Planet Formation and Exoplanets
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Formation of Dynamically Distinct Satel- lite Systems of Jupiter and Saturn (2023)
  • Author(s): Yuri I. Fujii, Masahiro Ogihara, Yasunori Hori
  • Organizer: Core to Disk III
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Formation of Dynamically Distinct Satel- lite Systems of Jupiter and Saturn (2023)
  • Author(s): Yuri I. Fujii, Masahiro Ogihara, Yasunori Hori
  • Organizer: Protostars and Planets VII
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High-Pressure Experiments on Host Phases of Phosphorus in Icy-Moon Mantles (2023)
  • Author(s): 藤井悠里, 小木曽哲, 武田真之介, 篠崎綾子
  • Organizer: Workshop of Theoretical Astronomy 2023
• [Presentation] 氷衛星の岩石コアにおけるリンの存在状態につ いて (2023)
  • Author(s): 藤井悠里, 小木曽哲, 武田真之介, 篠崎彩子
  • Organizer: 第2回リンと生命の起源研究会
• [Presentation] 氷衛星の岩石コアにおけるリンのホスト相：コンドライトの含水高圧実験からの制約 (2023)
  • Author(s): 小木曽 哲、武田 真之介、藤井 悠里
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [Presentation] Formation of Dynamically Distinct Satellite Systems of Jupiter and Saturn (2023)
  • Author(s): Yuri I. Fujii, Masahiro Ogihara, Yasunori Hori
  • Organizer: 82th Fujihara Seminar
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Formation of Dynamically Distinct Satellite Systems of Jupiter and Saturn (2023)
  • Author(s): Yuri I. Fujii, Masahiro Ogihara, Yasunori Hori
  • Organizer: Protostars and Planets VII
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 原始惑星系円盤における磁場に沿った宇宙線の伝搬とガスの電離率分布 (2022)
  • Author(s): 藤井悠里、木村成生
  • Organizer: 宇宙線で繋ぐ文明・地球環境・太陽系・銀河 2022