| Project/Area Number |
23KK0253
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research)
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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 (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) |
2024 – 2025
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥15,600,000 (Direct Cost: ¥12,000,000、Indirect Cost: ¥3,600,000)
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| Keywords | 惑星形成 / 惑星探査 / 凝縮 / 微惑星 / 外惑星 / リング / 原始惑星系円盤 |
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| Outline of Research at the Start |
全ての惑星の根本的な材料物質である微惑星の形成過程は未解明である。本研究は微惑星の形成過程を明らかにすることを目的とする。申請者が世界各国の宇宙機関で現行および将来の惑星探査計画をリードする立場となったことから、本研究を単なる個人の研究に留めず、惑星探査計画に盛り込み、探査で直接的に実証・検証できるレベルまで発展・昇華することを目指す。つまり本研究は、理論と探査の両輪から理解・比較検証することを目指すものである。また、世界各国の探査計画に申請者が本研究を持ち込むことは、日本の宇宙開発・宇宙科学のプレゼンスを世界に示し、当分野における日本の将来を発展・支えることに直接的に繋がる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年代後半、日本・米国・欧州は彗星や巨大惑星のリング・衛星など外惑星領域の探査を相次いで計画しており、申請者はそれらの科学的意義の策定を担っています。外惑星領域は内惑星帯に比べて極低温であるため、微惑星やその形成過程の痕跡が変質を免れた始原的状態で保存されていると考えられます。
本年度は、申請者が独自に構築した理論モデルと数値計算コードを土星リング粒子に適用し、その起源解明に取り組みました。水氷から成る土星リングは太陽系形成初期の微惑星破片が残存した可能性が指摘されており、リング粒子の物理・化学特性を精査することは太陽系創成期の理解に直結します。同モデルを用いて、宇宙塵とリング粒子の高速衝突（速度が 30 km/s を超える）を数値シミュレーションした結果、塵は衝突で瞬時に蒸発し、急冷下でナノメートルサイズの粒子へ再凝縮することが明らかになりました。さらに、凝縮粒子は惑星磁気圏に捕捉されるためリングには降り積もらず、最終的に惑星本体へ降着するか惑星系外へ散逸することが分かりました。
これにより、リング粒子が塵によって汚染されることなく、高純度・高反射率を数十億年にわたり維持できるメカニズムを世界で初めて定量的に解明し、リングの形成年代を絞り込む新たな制約を提示しました。また、この成果は NASA の土星探査機「カッシーニ」 が取得した観測結果を整合的に説明するものです。本成果は査読付き国際誌『Nature Geoscience』に掲載され、惑星科学コミュニティから高く評価されています。さらに、本モデルは土星のみならず、米国主導で計画中の天王星探査におけるリング物質進化の解釈にも応用可能です。
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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
迅速かつ生産的な国際共同研究を遂行し、構築した理論モデルと数値計算コードに基づく研究成果が、世界トップレベルの学術誌『Nature Geoscience』に掲載されました。
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| Strategy for Future Research Activity |
当該年度は、世界トップレベルの国際学術誌に研究成果を公表し、本研究で構築した理論モデルおよび数値計算コードの有効性を実証しました。引き続き今後は、原始惑星系円盤にとどまらず、惑星科学全般にわたる多様な現象へ適用範囲を拡大し、モデルのさらなる高度化を図る予定です。物質の化学進化と力学進化には依然として多様かつ複雑な課題が残されており、理論的枠組みの改良が求められます。そこで研究計画書に示したとおり、フランスを中心とした国際的な研究チームとの緊密な連携を継続し、コードの高機能化と解析手法の効率化を推進します。得られた成果は、今後も査読付き国際学術誌に積極的に投稿し、国際的な研究発信を一層強化してまいります。また本研究の成果は、個人レベルにとどまらず、世界の惑星探査計画の科学的価値を最大化する基盤となります。構築した理論モデルを机上の仮説に終わらせることなく、探査データによって実証・検証される枠組みへと発展させていきます。
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