微惑星上の水-有機反応を模擬した液体フローセルSTXMによるその場反応追跡

• Project Area: Aqua planetology
• Project/Area Number: 18H04461
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 薮田 ひかる 広島大学, 理学研究科, 教授 (30530844)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2018: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: 走査型透過X線顕微鏡 / 液体フローセル / 微惑星 / 水質変成 / 有機物 / 反応追跡

Outline of Annual Research Achievements

昨年度は、三眼実体顕微鏡(Stemi508 Trino)を導入し、STXM観察用液体セルを作製する環境を整備した。ただし、本研究の協力機関であるフォトンファクトリーが新しい走査型透過X線顕微鏡（STXM）ビームライン19A/Bの建設を行う時期と重なっており、本研究用にSTXMを使うことができなかった。　そのため、代わりに、本実験で用いる予定の出発物質の一つである、HCNポリマー類似の固体有機物の合成を行い、実験の準備を進めた。具体的には、ホルムアミド0.4mlを高温高圧酸分解容器に加え、185℃で24時間加熱した。加熱後に得られたタール状の黒褐色物質をメタノールで抽出し、抽出溶液をマトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析法（MALDI-TOFMS） で分析した。マトリックスには、2,5-ジヒドロキシ酸安息香酸（DHB）、α-シアノ-4-ヒドロキシけい皮酸(CHCA)を用いた。その結果、質量スペクトルからシアン化水素 (HCN)の八量体（[HCN]8）に由来する分子イオンピークが顕著に検出された。その他にもHCNポリマーに由来すると推測されるイオンピークが検出された。この結果は、ホルムアミドが熱分解することで生じるHCNが重合し、ジアミノマレオニトリル（[HCN]4）を経て、[HCN]8構造を形成したことを示唆する。従来のHCNポリマー合成にはHCNを用いる必要があり、安全性の面で懸念されていたため、本研究においてHCNを用いずにHCNポリマー構造を含む固体有機物の合成を確認することができたことは大変意義深い。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

昨年度は、本研究の協力機関であるフォトンファクトリーが新しい走査型透過X線顕微鏡（STXM）ビームラインの建設を行う時期と重なっており、本研究用にSTXMを使うことができなかったため。
また、昨年度は小惑星探査機「はやぶさ２」が小惑星リュウグウに到着し、研究代表者がプロジェクトの着陸地点選定およびそれに関する諸業務に大部分のエフォートを費やす必要があったため。

Strategy for Future Research Activity

今後の研究の推進方策として、セル内に封じた水のin-situ観察を行う。Bae et al (2016)を参考にして、走査型透過X線顕微鏡（STXM）試料プレートに液体セルを組み立てる。水が2枚の薄膜窓に挟まれるように、2枚の薄膜支持板のシリコンウエハを樹脂か糊で接着させる。薄膜にはSi3N4（C-XANES測定用）あるいはSiC（N-XANES測定用）を用いる（厚さ100 nm）。放射光科学研究施設フォトンファクトリー（PF）、ビームライン19A/BのSTXMを用い、超純水を内部に封じた液体セルのO-XANESを取得する。大気圧で測るために置換したヘリウムガスが入ってこない（水が干からびない）ことを確認する。また、X線を照射しても窓材が破損せずスペクトルが取得できることを確認する。水の厚み（2枚の薄膜のすき間）、温度、pHを変化させた場合に水のO-XANESスペクトルに影響があるかどうかを調べる。

Research Products

• [Journal Article] Hayabusa2 arrives at the carbonaceous asteroid 162173 Ryugu - A spinning top-shaped rubble pile (2019)
  • Author(s): Watanabe S.、Hirabayashi M.、Hirata N. et al.
  • Journal Title: Science Volume: 364 Pages: 268-272
  • DOI: 10.1126/science.aav8032
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The geomorphology, color, and thermal properties of Ryugu: Implications for parent‐body processes (2019)
  • Author(s): Seiji Sugita, R. Honda, T. Morota, S. Kameda, H. Sawada, E. Tatsumi, M. Yamada, C. Honda, Y. Yokota, T. Kouyama, N. Sakatani, K. Ogawa, H. Suzuki, T. Okada, N. Namiki, S. Tanaka, Y. Iijima, K. Yoshioka, M. Hayakawa, Y. Cho, M. Matsuoka, N. Hirata, N. Hirata, H. Miyamoto, Jun Kimura
  • Journal Title: Science Volume: 17 Pages: 1-1
  • DOI: 10.1126/science.aaw0422
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Further characterization of carbonaceous materials in Hayabusa-returned samples to understand their origin (2019)
  • Author(s): Uesugi Masayuki、Ito Motoo、Yabuta Hikaru、Naraoka Hiroshi、Kitajima Fumio、Takano Yoshinori、Mita Hajime、Kebukawa Yoko、Nakato Aiko、Karouji Yuzuru
  • Journal Title: Meteoritics & Planetary Science Volume: 54 Pages: 638-666
  • DOI: 10.1111/maps.13236
  • NAID: 120006630615
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] STXM-XANES analyses of Murchison meteorite samples captured by aerogel after hypervelocity impacts: A potential implication of organic matter degradation for micrometeoroid collection experiments (2019)
  • Author(s): Kebukawa Yoko、Okudaira Kyoko、Yabuta Hikaru、Hasegawa Sunao、Tabata Makoto、Furukawa Yoshihiro、Ito Motoo、Nakato Aiko、Kilcoyne A. L. David、Kobayashi Kensei、Yokobori Shin-ichi、Imai Eiichi、Kawaguchi Yuko、Yano Hajime、Yamagishi Akihiko
  • Journal Title: GEOCHEMICAL JOURNAL Volume: 53 Issue: 1 Pages: 53-67
  • DOI: 10.2343/geochemj.2.0549
  • NAID: 130007593227
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Prevalence and nature of heating processes in CM and C2-ungrouped chondrites as revealed by insoluble organic matter (2018)
  • Author(s): Quirico E.、Bonal L.、Beck P.、Alexander C.M.O'D.、Yabuta H.、Nakamura T.、Nakato A.、Flandinet L.、Montagnac G.、Schmitt-Kopplin P.、Herd C.D.K.
  • Journal Title: Geochimica et Cosmochimica Acta Volume: 241 Pages: 17-37
  • DOI: 10.1016/j.gca.2018.08.029
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Organic Molecules and Volatiles in Comets (2018)
  • Author(s): Yabuta Hikaru、Sandford Scott A.、Meech Karen J.
  • Journal Title: Elements Volume: 14 Pages: 101-106
  • DOI: 10.2138/gselements.14.2.101
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Landing Site Selection for Hayabusa2: Scientific Evaluation of the Candidate Sites on Asteroid (162173) Ryugu (2019)
  • Author(s): H. Yabuta, S. Watanabe, T. Nakamura, N. Hirata, S. Sugita, T. et al.
  • Organizer: 50th Lunar and Planetary Science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Overview of the carbonaceous asteroid Ryugu and the first half summary of Hayabusa2 sample return mission. (2019)
  • Author(s): H. Yabuta and Hayabusa2 Team
  • Organizer: XVth Rencontres du Vietnam, LIFE3E’2019: SEARCH FOR LIFE, FROM EARLY EARTH TO EXOPLANETS
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The activities of small bodies exploration missions in Japan and international partners. (2018)
  • Author(s): H. Yabuta, S. Sugita, T. Okada, T. Nakamura, S. Tachibana, T. Arai, M. Kobayashi, M. Yoshikawa, M. Fujimoto, S. Watanabe.
  • Organizer: COSPAR 2018, 42nd Assembly,
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Hayabusa2 has kicked into full gear: Cosmochemical significance of C-type asteroids in the Solar System formation. (2018)
  • Author(s): H. Yabuta, and Hayabusa2 team
  • Organizer: 50th Annual Meeting of Division for Planetary Sciences
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Hayabusa2 Landing Site Selection (LSS): Scientific Evaluation on Asteroid Ryugu. (2018)
  • Author(s): H. Yabuta, S. Watanabe, T. Nakamura, N. Hirata, S. Sugita, T. Okada, K. Kitazato, Y. Ishihara, T. Morota, N. Sakatani, K. Matsumoto, K. Wada, S. Tachibana, M. Komatsu, E. Tatsumi, M. Matsuoka, C. Honda, T. Hiroi, S. Senshu, R. Honda, S. Kikuchi, S. Tanaka, A. Miura, T. Yamaguchi, Y. Yamamoto, T. Saiki, Y. Tsuda,
  • Organizer: 50th Annual Meeting of Division for Planetary Sciences
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Scientific Evaluation on the Asteroid Ryugu in Hayabusa2 Landing Site Selection. (2018)
  • Author(s): H. Yabuta, S. Watanabe, T. Nakamura, N. Hirata, S. Sugita, T. Okada, K. Kitazato, Y. Ishihara, T. Morota, N. Sakatani, K. Matsumoto, K. Wada, S. Tachibana, M. Komatsu, E. Tatsumi, M. Matsuoka, C. Honda, T. Hiroi, S. Senshu, R. Honda, S. Kikuchi, S. Tanaka, A. Miura, T. Yamaguchi, Y. Yamamoto, T. Saiki, Y. Tsuda,
  • Organizer: Hayabusa Symposium 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Hayabusa2 Landing Site Selection: Scientific Evaluation on Asteroid Ryugu. (2018)
  • Author(s): H. Yabuta, S. Watanabe, T. Nakamura, N. Hirata, S. Sugita, T. Okada, K. Kitazato, Y. Ishihara, T. Morota, N. Sakatani, K. Matsumoto, K. Wada, S. Tachibana, M. Komatsu, E. Tatsumi, M. Matsuoka, C. Honda, T. Hiroi, H. Senshu, R. Honda, Y. Yamamoto, N. Ogawa, S. Kikuchi, T. Saiki and Y. Tsuda.
  • Organizer: 2018 AGU Fall meeting
  • Int'l Joint Research
• [Book] Astrobiology: From the Origins of Life to the Search for Extraterrestrial Intelligence (2019)
  • Author(s): Yamagishi, Akihiko, Kakegawa, Takeshi, Usui, Tomohiro (Eds.)
  • Total Pages: 465
  • Publisher: Springer
• [Book] Handbook of Astrobiology (2019)
  • Author(s): Kolb, V. M. (Eds.)
  • Total Pages: 846
  • Publisher: CRC Press
• [Book] Primitive Meteorites and Asteroids: Physical, Chemical and Spectroscopic Observations Paving the Way to Exploration (2018)
  • Author(s): Abreu N. (Ed)
  • Total Pages: 558
  • Publisher: Elsevier