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太陽系外惑星の内部構造モデル構築に向けたレーザー高圧物性実験からのアプローチ

Publicly Offered Research

Project AreaNew Frontiers of Extrasolar Planets: Exploring Terrestrial Planets
Project/Area Number 24103507
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

佐野 孝好  大阪大学, レーザーエネルギー学研究センタ, 助教 (80362606)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2014-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
Fiscal Year 2013: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2012: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Keywordsレーザー衝撃圧縮 / 惑星内部構造 / 高圧物性 / ダイナモ機構 / 系外惑星
Research Abstract

本研究は、国内で唯一の大型レーザーである激光XII号レーザーを用いて、巨大惑星内部の極限状態を実験室で直接再現し、その物理状態を解析することを目的としている。本研究では特に、天王星に代表される巨大氷惑星に着目する。太陽系外でも数多く発見されている巨大氷惑星の内部構造やダイナモ機構を、実験的に検証された状態方程式や電気伝導度を用いて正確に理解することで、太陽系内外の惑星誕生シナリオを統一的に解明していく。
太陽系内および太陽系外に多数の存在が観測されている巨大な惑星群のうち、一定の割合を占める比較的高い平均密度の惑星は、H2O、CH4、NH3を主要な成分とする、いわゆる巨大氷惑星だと考えられている。これらの分子性の物質は、水素結合を始めとする分子間相互作用に強く依存した物性を示す。惑星内部の高い圧力によって分子間距離が短縮されると、この分子間相互作用の性質が大きく変化する。
そこで本年度の実験では、太陽系内外の巨大で高密度な氷惑星の材料であるH2O-CH4-NH3混合液体に対して、衝撃圧縮下での状態方程式と反射率の同時計測を実施し、温度圧力条件と物性との関連を捉えることで、惑星内部の物質の状態を理解することを試みた。
その結果、混合液体の反射率は水に比べて有意に大きくなっていることが分かった。これは、混合液体では電子の非局在化が容易になることを意味している。したがって、巨大氷惑星内部のダイナモ機構には、陽子だけでなく電子による電気伝導度の寄与も重要となることが示唆される。
さらに、理論シミュレーションの面から、恒星や惑星内部の対流層における大局的な磁場構造の形成過程の模擬に成功した。今後は、太陽で見られるような周期的な磁場活動が、どのような物理で決定されているのかに迫っていきたい。

Current Status of Research Progress
Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2014 2013 2012

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (11 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Magnetic coupling in the disks around young gas giant planets2014

    • Author(s)
      Neal J. Turner, Man Hoi Lee, and Takayoshi Sano
    • Journal Title

      Astrophysical Journal

      Volume: 783 Issue: 1 Pages: 14-14

    • DOI

      10.1088/0004-637x/783/1/14

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Critical Magnetic Field Strength for Suppression of the Richtmyer-Meshkov Instability2013

    • Author(s)
      T. Sano, T. Inou, K. Nishihara
    • Journal Title

      Phys. Rev. Lett.

      Volume: 111 Issue: 20 Pages: 205001-205005

    • DOI

      10.1103/physrevlett.111.205001

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hugoniot and Mean Ionization of Laser-Shocked Ge-Doped Plastic2013

    • Author(s)
      G. Huser, N. Ozaki, T. Sano, Y. Sakawa, K. Miyanishi, G. Salin, Y. Asaumi, M. Kita, Y. Kondo, K. Nakatsuka, H. Uranishi, T. Yang, N. Yokoyama, D. Galmiche, and R. Kodama
    • Journal Title

      Phys. Plasmas

      Volume: Vol. 20, No. 12 Issue: 12

    • DOI

      10.1063/1.4840375

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ハイパワーレーザーを用いた高エネルギー密度物質研究とその展望2013

    • Author(s)
      尾崎典雅
    • Journal Title

      レーザー学会誌 レーザー研究

      Volume: vol 41 Pages: 25-32

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Journal Article] ハイパワーレーザーで探る高エネルギー密度物質状態2012

    • Author(s)
      尾崎典雅
    • Journal Title

      レーザー学会第429回研究会報告: 大エネルギー高出力レーザーを利用した科学研究

      Volume: RTM-12 Pages: 18-18

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Journal Article] レーザー衝撃波実験とその惑星科学応用2012

    • Author(s)
      佐野孝好
    • Journal Title

      レーザー学会第429回研究会報告: 大エネルギー高出力レーザーを利用した科学研究

      Volume: RTM-12 Pages: 19-19

    • NAID

      10031003758

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Magnetohydrodynamic evolutions of Richtmyer-Meshkov instability in plasmas2014

    • Author(s)
      Takayoshi Sano
    • Organizer
      Japan-US Workshop on Laboratory Astrophysics -Collisionless shock experiment using high-power laser systems-
    • Place of Presentation
      Osaka, Japan
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザー衝撃圧縮実験による惑星内部物質の高圧物性研究2013

    • Author(s)
      佐野孝好
    • Organizer
      系外惑星大気ワークショップ2013
    • Place of Presentation
      本郷
    • Year and Date
      2013-03-04
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] The growth of Richtmyer-Meshkov instability in magnetized plasma2013

    • Author(s)
      Takayoshi Sano, Katsunobu Nishihara, Chihiro Matsuoka, and Tsuyoshi Inoue
    • Organizer
      The 55th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
    • Place of Presentation
      Denver, USA
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Hugoniot temperature measurements of Sapphire using laser-induced decaying shocks2013

    • Author(s)
      T. Sano, N. Ozaki, T. Kimura, K. Miyanishi, R. Kodama, T. Tsuchiya, T. Sakaiya, K. Shigemori, T. Kadono, Y. Hironaka, M. Ikoma, T. Okuchi, and T. Sekine
    • Organizer
      The 7th International workshop on Warm Dense Matter
    • Place of Presentation
      Saint-Malo, France
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Hugoniot temperature measurements of Sapphire using laser-induced decaying shocks2013

    • Author(s)
      T. Sano, N. Ozaki, T. Kimura, K. Miyanishi, R. Kodama, T. Tsuchiya, T. Sakaiya, K. Shigemori, T. Kadono, Y. Hironaka, M. Ikoma, T. Okuchi, and T. Sekine
    • Organizer
      The 2013 Joint APS-SCCM/AIRAPT Conference
    • Place of Presentation
      Seattle, USA
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Numerical studies on the magneto-hydrodynamical evolutions of Richtmyer-Meshkov instability2013

    • Author(s)
      Takayoshi Sano, Katsunobu Nishihara, Chihiro Matsuoka, Tsuyoshi Inoue, Youhei Masada, and Akira Kageyama
    • Organizer
      The 12th Asia Pacific Physics Conference
    • Place of Presentation
      Chiba, Japan
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Numerical studies on the magneto-hydrodynamical evolutions of Richtmyer-Meshkov instability2013

    • Author(s)
      Takayoshi Sano, Katsunobu Nishihara, Chihiro Matsuoka, Tsuyoshi Inoue, Youhei Masada, and Akira Kageyama
    • Organizer
      The 4th International Conference on High Energy Density Physics
    • Place of Presentation
      Saint-Malo, France
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Numerical studies on the nonlinear evolutions of Richtmyer-Meshkov instability in magnetized plasmas2013

    • Author(s)
      Takayoshi Sano, Katsunobu Nishihara, Chihiro Matsuoka, Tsuyoshi Inoue, Youhei Masada, and Akira Kageyama
    • Organizer
      The 8th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
    • Place of Presentation
      Nara, Japan
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 惑星科学応用を目的とした液体水素のレーザー衝撃圧縮実験2013

    • Author(s)
      佐野孝好
    • Organizer
      2013年度低温工学・超伝導学会関西支部第1回講演会
    • Place of Presentation
      吹田
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Laser shock compression of materials in planets2012

    • Author(s)
      佐野孝好
    • Organizer
      The 14th International Conference on the Physics of Non-Ideal Plasmas
    • Place of Presentation
      Rostock, Germany
    • Year and Date
      2012-09-09
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] レーザー衝撃波実験とその惑星科学応用2012

    • Author(s)
      佐野孝好
    • Organizer
      レーザー学会第429回研究会: 大エネルギー高出力レーザーを利用した科学研究
    • Place of Presentation
      富士
    • Year and Date
      2012-08-31
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2013-05-15   Modified: 2019-07-29  

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