2013 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | New Frontiers of Extrasolar Planets: Exploring Terrestrial Planets |
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23103003
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
倉本 圭 北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (50311519)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 祥介 神戸大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (20180979)
阿部 豊 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (90192468)
はしもと じょーじ 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (10372658)
関根 康人 東京大学, 新領域創成科学研究科, 講師 (60431897)
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| Project Period (FY) |
2011-07-25 – 2016-03-31
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| Keywords | 系外惑星 / 大気循環シミュレーション / 同期回転惑星 / 大気放射スペクトル / 大気散逸 / ハビタブルゾーン |
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| Research Abstract |
[循環シミュレーション] 水惑星を想定した系統的な大気大循環シミュレーションを行い、同一境界条件を与えた世界の他グループによる数値計算結果と比較することで、モデルの特性や再現性について検証を行った。また小質量星周りのハビタブルゾーンに多数存在が期待される同期回転惑星の大気大循環モデルに、雲による放射過程を取り入れる改良を施し、大量の水蒸気が地表から大気に供給されるような条件下においても安定にシミュレーションを行うことに成功した。ここから、全球的な暴走温室状態の発生に、雲の放射過程の影響は限定的であることが示唆された。また木星型惑星の雲対流の数値モデルの改良を進め、空間を３次元に拡張した数値モデルの構築に成功した。
[大気進化理論] 巨大衝突後の地球型惑星の大気進化について、マグマオーシャンの固化とEUV放射による流体力学的水素大気散逸を考慮した理論を構築した。日射の強さに応じ、海洋が形成し半永続的に保持される場合と、高温高圧の水蒸気大気とマグマオーシャンが長期間存続し最終的にほとんどの水蒸気が散逸する場合の、2タイプに分類されることを明らかにした。本結果は、水蒸気大気の保温効果によりマグマオーシャンを有する系外惑星が多数存在することを示唆する。
[特徴推定] 高温の水蒸気大気を保持する地球型惑星を想定した放射スペクトル計算を進め、近赤外の弱吸収帯の放射強度から大気構造を制約する観測の可能性について検討を進めた。また、木星と同等ないしより低温のガス惑星の熱放射伝達計算の信頼性を向上させ、熱放射スペクトルの大気組成等への依存性を示すと同時に、対流強度や物質の鉛直輸送の推定に必要な湿潤対流圏の放射冷却率を求めることに成功しつつある。またエアロゾル生成とその放射特性を求める実験結果の解析を進め、生成反応の鍵分子種を推定し、光化学モデルの高度化を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
雇用したポスドク2名が中心となって継続している北海道大・岡山大・神戸大・東京大を結んだ週１回のテレビ会議に、博士課程の大学院生が新たに加わり、地球型惑星・木星型惑星を想定した大気放射伝達モデル構築とその応用が展開されている。若手らによるここでの成果は、観測可能量の予測や惑星大気中の熱・物質の推測に対して有益な知見を提供している。
2014年1月6日～7日に太陽系内惑星大気の研究者と合同で本計画班主催の研究WSを行った。2013年12月に本領域全体で行った国際研究集会での議論を踏まえ、系外ガス惑星大気について、循環シミュレーション、スペクトル計算、形成論、観測を繋ぐための密な知見交換を行った。また地球型系外惑星については、それらのハビタブルゾーンの内縁・外縁を規定する物理過程をテーマに、多様な観点とその理論的解析結果を交換した。循環シミュレーション、大気進化理論、特徴推定のそれぞれについて成果が挙がっており、その多くが他班との強い接点を持つことが確認できた。
年度を通じて成果発表が恒常的かつ活発に行われており、またモデリングの高度化に必要な基盤の構築が進展していることも併せて、本計画研究はおおむね順調に進展しているものと判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
[PD雇用] ２名のポスドクを引き続き雇用し、惑星大気放射モデリングと形成進化理論の構築解析を進める。特に、暴走温室状態にある惑星大気のスペクトル構造の推定を行って観測可能量を導くと同時に、多様な境界条件下・進化段階下での惑星大気の熱的・物質科学的構造の再現、系外惑星大気のスペクトル予測を行い、循環モデリングとの結合を進める。
[密な研究連携の促進] 週一度のペースで行っている北大・神戸大・岡山大・東大間のテレビ会議ミーティングを継続し、常時的に議論を重ねながら研究を進展させる。同期回転惑星モデルに見出される特徴的な循環パターンが、上層大気の循環や物質・熱収支に及ぼす影響について明らかにする。放射モデルを組み込んだガス惑星大気循環モデルの構築も並行して進め、系外惑星大気の循環構造を探索する。またエアロゾルの生成過程ならびに光学特性の実験的研究も併せて連携を図ることで、系外惑星大気に関する観測可能量についての予測を進める。また年一度のペースで計画班の全体WSを開催し、周辺分野の研究者も交えながら討論を行うことによって、研究の展開を図る。
[周辺分野との連携] 今後もミニWSなどの機会を設け、大気モデリングに密接に関係する周辺研究者との交流を進める。
[若手育成] 若手研究者や院生がおこなっている大学横断的な研究ミーティングや合同セミナーなどへの支援を継続する。内外の関連学会・会議・WS等への参画を促し、研究成果の発信のみならず、各々の研究の深化と展開、研究者ネットワークの形成を図る。
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[Journal Article] Return to Venus of the Japanese Venus Climate Orbiter AKATSUKI2014
Author(s)
Nakamura, M., Y. Kawakatsu, C. Hirose, T. Imamura, N. Ishii, T. Abe, A. Yamazaki, M. Yamada, K. Ogohara, K. Uemizu, T. Fukuhara, S. Ohtsuki, T. Satoh, M. Suzuki, M. Ueno, J. Nakatsuka, N. Iwagami, M. Taguchi, S. Watanabe, Y. Takahashi, G. L. Hashimoto, H. Yamamoto
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Journal Title
Acta Astronautica
Volume: 93
Pages: 384-389
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Viscoelastic deformation of lunar impact basins: Implications for heterogeneity in the deep crustal paleo-thermal state and radioactive element concentration2013
Author(s)
Kamata, S., S. Sugita, Y. Abe, Y. Ishihara, Y. Harada, T. Morota, N. Namiki, T. Iwata, H. Hanada, H. Araki, K. Matsumoto, and E. Tajika
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Journal Title
J. Geophys. Res. Planets
Volume: 118
Pages: 398-415
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] The variety of forced atmospheric structure in response to tropical SST amonaly in the Aqua-planet experiments2013
Author(s)
Nakajima, K., Yamada, Y., Takahashi Y. O., Ishiwatari, M., Ohfuchi, W., Hayashi, Y.-Y.
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Journal Title
Journal of the Meteorological Society of Japan. Ser II
Volume: 91A
Pages: 143-193
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] The Variety of Spontaneously Generated Tropical Precipitation Patterns Found in APE Results2013
Author(s)
Nakajima, K., Yamada, Y., Takahashi Y. O., Ishiwatari, M., Ohfuchi, W., Hayashi, Y.-Y.
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Journal Title
Journal of the Meteorological Society of Japan. Ser II
Volume: 91A
Pages: 91-141
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] The Aqua Planet Experiment (APE): CONTROL SST Simulation.2013
Author(s)
Blackburn, M., D. L. Williamson, K. Nakajima, W. Ohfuchi, Y. O. Takahashi, Y.-Y. Hayashi, H. Nakamura, M. Ishiwatari, J.L. McGregor, H. Borth, V. Wirth, H. Frank, P. Bechtold, N.P. Wedi, H. Tomita, M. Satoh, M. Zhao, I.M. Held, M.J. Suarez, M.-I. Lee, M. Watanabe, M. Kimoto, Y. Liu, Z. Wang, A. Molod et al.
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Journal Title
Journal of the Meteorological Society of Japan. Ser II
Volume: 91A
Pages: 17-56
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] The Aqua Planet Experiment (APE): Response to changed meridional SST profile.2013
Author(s)
Blackburn, M., D. L. Williamson, K. Nakajima, W. Ohfuchi, Y. O. Takahashi, Y.-Y. Hayashi, H. Nakamura, M. Ishiwatari, J.L. McGregor, H. Borth, V. Wirth, H. Frank, P. Bechtold, N.P. Wedi, H. Tomita, M. Satoh, M. Zhao, I.M. Held, M.J. Suarez, M.-I. Lee, M. Watanabe, M. Kimoto, Y. Liu, Z. Wang, A. Molod et al.
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Journal Title
Journal of the Meteorological Society of Japan. Ser II
Volume: 91A
Pages: 57-89
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Redox conditions in the atmosphere and shallow marine environments during the first Huronian deglaciation: Insights from Os isotopes and redox-sensitive elements2013
Author(s)
Goto, K. T., Y. Sekine, K. Suzuki, E. Tajika, R. Senda, T. Nozaki, R. Tada, K. Goto, S. Yamamoto, T. Maruoka, N. Ohkouchi, N. O. Ogawa
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Journal Title
Earth and Planetary Science Letters
Volume: 376
Pages: 145-154
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Hydrogen cyanide production due to mid-size impacts in a redox-neutral N2-rich atsmophere2013
Author(s)
Kurosawa, K., S. Sugita, K. Ishibashi, S. Hasegawa, Y. Sekine, N. O. Ogawa, T. Kadono, S. Ohno, N. Ohkouchi, Y. Nagaoka, T. Matsui
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Journal Title
Origins of Life and Evolution of Biospheres
Volume: 43
Pages: 221-245
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] 土星衛星エンセラダスのプリューム物質の化学・生命探査：サンプルリターンとその場質量分析の重要性
Author(s)
関根康人, 高野淑識, 矢野 創, 船瀬 龍, 高井 研, 石原盛男, 渋谷岳造, 橘省吾, 倉本 圭, 薮田ひかる, 木村 淳, 古川善博
Organizer
日本地球惑星科学連合大会2013
Place of Presentation
幕張メッセ (千葉県)
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[Presentation] Exploration of Enceladus' water-rich plumes toward understanding of chemistry and biology of the interior ocean
Author(s)
Sekine, Y., Y. Takano, H. Yano, R. Funase, K. Takai, M. Ishihara, T. Shibuya, S. Tachibana, K. Kuramoto, H. Yabuta, J. Kimura, Y. Furukawa
Organizer
29th ISTS meeting
Place of Presentation
名古屋国際会議場 (愛知県)
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[Presentation] 火星境界層乱流の LES 実験
Author(s)
西澤誠也, 八代尚, 宮本佳明, 小高正嗣, 高橋芳幸, 林祥介, 富田浩文, 竹広 真一, 石渡正樹, 中島健介, 佐藤陽祐, 杉山耕一朗, Team SCALE, 地球流体電 脳倶楽部
Organizer
第46回月・惑星シンポジウム
Place of Presentation
宇宙科学研究所 (神奈川県)
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[Presentation] Diversity of atmospheric circulations of sycronized rotating Jovian type planets
Author(s)
Takehiro, S., Sasaki, Y., Takahashi, Y. O., Nakajima, K., Hayashi, Y.-Y., Kuramoto, K.
Organizer
5th Subaru International Conference: Exoplanets and Disks: Their Formation and Diversity II
Place of Presentation
Sheraton Kona Resort & Spa Keauhou Bay (USA)
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[Presentation] Variety of water planets
Author(s)
Yutaka ABE, A. Nitta, Y. Takao and M. Wakida
Organizer
5th Subaru International Conference: Exoplanets and Disks: Their Formation and Diversity II
Place of Presentation
Sheraton Kona Resort & Spa Keauhou Bay (USA)
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