| Project/Area Number |
22K14091
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
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| Research Institution | Institute of Science Tokyo (2024)
Japan Aerospace EXploration Agency (2022-2023) |
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Principal Investigator |
兵頭 龍樹 東京科学大学, 未来社会創成研究院, 研究員 (20814693)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
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| Keywords | 微惑星 / 土星リング / 凝縮 / 衝突 / 太陽系形成 / 原始惑星系円盤 / 数値計算 / 惑星探査 / 凝縮物理 / 惑星形成 / 小惑星 / 小天体 |
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| Outline of Research at the Start |
太陽系の惑星の形成起源を含む、現在の惑星形成論は、数百ｋｍ程度の微惑星をより小さな粒子から形成することにおいて困難を抱えている。本研究は、この未解決である微惑星の形成過程の理解に資する理論研究となることを目指すものである。また、現存する微惑星は小天体として太陽系内に残っていることから、本研究は、現在進行形の太陽系探査ミッションに深く関連し、理論的な側面から探査・観測活動を支える。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、原始惑星系円盤において微惑星が形成される素過程となる物理・化学過程を体系的に解明することを目標としています。原始惑星系円盤は、その質量の大半を占めるガス成分と、ガスの凝縮から生じる固体粒子（塵）から成り立っています。ガスがどのように凝縮し、塵がどの段階で集積して微惑星へ成長していくかを把握することは、惑星形成理論を構築するうえで不可欠です。そのため、本研究ではガスの相転移・凝縮に関わる素過程をミクロな視点から詳細に解析し、理論モデルと高精度数値計算を組み合わせて検証しています。特に、惑星形成過程で起こりうる凝縮プロセスの解明は本質的で、当該分野ではより深い理解が必須となっています。
本年度は、これまでに構築してきた理論モデルと数値計算コードを土星リング粒子に応用し、リング粒子の起源解明に挑戦しました。土星リングを構成する水氷粒子は、太陽系形成初期に存在した微惑星の破片が現在まで残存した可能性が指摘されています。したがって、リング粒子の物理・化学特性を詳細に解析することは、太陽系創成期の歴史を読み解く鍵となります。
開発したモデルを用いて、宇宙塵とリング粒子の高速衝突過程（典型的な衝突速度が 30 km/s 以上）をシミュレーションしました。その結果、塵は衝突時に瞬時に蒸発し、その後の急冷・凝縮プロセスを経てナノサイズの凝縮物として再生成されることが判明しました。これにより、リング粒子が長期にわたり高い純度と明るさを保つメカニズムを世界で初めて説明し、リング形成年代の推定に新たな制約を与える成果が得られました。本研究の成果は、査読付き国際学術誌『Nature Geoscience』に掲載され、惑星科学コミュニティから高い評価を受けています。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
理論モデルの構築と数値計算コードの開発は順調に進んでいます。さらに、開発したコードを用いた研究成果が、世界トップレベルの国際学術誌『Nature Geoscience』に掲載されました。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、世界トップレベルの国際学術誌に成果を発表し、本研究で構築した理論モデルと数値計算コードの有効性を示しました。今後は、原始惑星系円盤にとどまらず、惑星科学に関わる多様な現象へ応用範囲を広げ、モデルをさらに発展させる計画です。物質の化学進化と力学進化には依然として多様性と複雑さが残されており、理論的枠組みには改良の余地があります。そこで、フランスの研究チームとの緊密な議論と共同研究を継続し、コードの高度化と解析の効率化を推進します。得られた成果は、引き続き査読付き国際学術誌への掲載を目指し、国際的な研究発信を強化していきます。
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