酸素プラズマ照射による宇宙風化実験：フォボス帰還試料による火星史復元に向けて

• Project/Area Number: 22K20378
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0204:Astronomy, earth and planetary science, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 田畑 陽久 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任研究員 (70962372)
• Project Period (FY): 2022-08-31 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 宇宙風化 / フォボス / 火星 / 表層進化 / 大気進化 / プラズマ

Outline of Research at the Start

現在の火星は乾燥した惑星であるが、過去には液体の水を有していた。火星がどのようにして水を喪失したかを知る上で、火星大気の散逸過程を復元することは重要である。日本の探査計画MMXにおいてサンプルを持ち帰る予定である火星衛星フォボスには現在も散逸を続ける火星大気由来の酸素プラズマが降り注いでおり、もし酸素プラズマの照射が物質に記録されていれば、火星大気散逸過程を復元できる可能性がある。本研究では酸素プラズマによる固体惑星試料の宇宙風化実験を行うことで、酸素プラズマが固体惑星試料に与える影響および基礎的な過程を明らかにし、MMX探査機のデータ解釈に必要な知見を与える。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、酸素プラズマによる固体惑星試料の宇宙風化実験を行うことで、酸素プラズマが固体惑星試料に与える影響及びその素過程を明らかにすることを目的としている。2024年打ち上げ予定の日本の宇宙探査機MMXがサンプルリターンを計画している火星の衛星フォボスでは、火星から流出する大気により今も酸素プラズマが降り注いでおり、過去の火星大気の流出過程が記録されている可能性がある。そのため、本研究の結果は、日本の火星衛星探査計画（MMX）の取得するデータの解釈に必要な基礎的な知見を与えると共に、火星がいかにして大気を喪失したかを理解する手がかりとなる。
当該年度は、固体惑星試料に酸素プラズマを照射可能な真空実験系の構築を行った。実験装置は固体惑星試料を配置する真空チャンバと酸素プラズマを生成する装置から成る。予算が執行可能となった2022年9月以降順次部品を購入し、設計した実験装置の組み上げを行った。最終的に組み上がった実験装置において酸素プラズマが生成・照射されることが可視分光測定によって確認され、実験装置の完成とした。また、実験試料として国際的に流通している模擬フォボス試料を国内の研究者より入手した。
これにより、世界で初めてフォボス上において火星流出大気由来の酸素プラズマによって進行していると考えられる宇宙風化反応について、室内再現実験を行うことが可能となった。2023年度は、生成した酸素プラズマの特性評価及び模擬フォボス試料を用いた照射実験を実施する。模擬フォボス試料の酸素プラズマの照射前後における赤外分光測定を実施し、酸素プラズマによる宇宙風化の影響評価と素過程の解明を進める。

Current Status of Research Progress

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

Reason

2022年度の目標であった、酸素プラズマ照射による宇宙風化実験装置の開発は完了したため、本研究はおおむね順調に発展している。国際学会発表を通じて海外の研究者と議論した結果、フォボス以外の固体惑星試料についても入手可能な算段が立ち、本研究の計画時は想定していなかった実験についても追加で検討を行っている。

Strategy for Future Research Activity

計画当初の予定通り、生成した酸素プラズマの特性評価及び模擬フォボス試料を用いた照射実験を実施する。模擬フォボス試料の酸素プラズマの照射前後における赤外分光測定を実施し、酸素プラズマによる宇宙風化の影響評価と素過程の解明を進める。

Research Products

• [Presentation] Time-gated Raman spectroscopy of clay minerals for the reconstruction of water chemistry on early Mars (2023)
  • Author(s): Tabata H., Cho Y., Yumoto K., Mori S., Hyuga H., Sugita S., Matsuki A. & Fukushi K.
  • Organizer: The 82nd Fujihara Seminar, Naeba Prince Hotel, Minami-Uonuma-gun, Niigata, Japan
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 初期火星水環境の水質復元のためのナノ秒 時間ゲートラマン分光装置の開発 (2022)
  • Author(s): 田畑陽久、長勇一郎、湯本航生、森晶輝、日向輝、杉田精司、松木篤、福士圭介
  • Organizer: 日本惑星科学会2022年秋季講演会、ザ・ヒロサワ・シティ会館、水戸市、茨城県