2016 Fiscal Year Annual Research Report
太陽系始原物質の3次元構造から探る宇宙・太陽系における固体物質の生成・進化モデル
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15H05695
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
土山 明 京都大学, 理学研究科, 教授 (90180017)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上杉 健太郎 高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 研究員 (80344399)
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| Project Period (FY) |
2015 – 2019
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| Keywords | 太陽系始原物質 / 宇宙風化 / 慧星塵 / 炭素質コンドライト / マイクロ・ナノX線CT / TEM-CT / イオン照射 / 凝縮実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. 高周および原始太陽系円盤における凝縮プロセス(固体物質の生成)の研究
高周波誘導熱プラズマ(ITP)装置を用いMgO-SiO2系における非晶質微粒子の生成条件を明らかにした。彗星塵を模擬したSi-Mg-Fe-Na-Al-Ca-Ni-O系においてGEMS(彗星塵中の非晶質珪酸塩微粒子)類似粒子の再現に成功した。
2. 星間および太陽系天体表面における変成プロセス(固体物質の進化)の研究
新規作成した低エネルギーイオン照射装置を用いて、太陽風を模擬した1 keV H+ビームの輝石への照射実験をおこない、イトカワ粒子宇宙風化層生成が太陽風照射で起こることを実験的に初めて示した。WERCのイオン注入装置を用いた照射実験(40 keV H2+)により、同一の照射条件でもターゲット鉱物の違いにより多様な宇宙風化組織が生成されることがわかった。レゴリス粒子の宇宙風化について摩耗実験をおこない、イトカワと月粒子の摩耗プロセスの違いを明らかにした。
3. 太陽系始原物質(彗星塵と隕石)の3次元構造の研究
吸収-位相コントラストを用いた3色ナノCT法(分解能 : 100 nm)を開発し、化学組成(とくに鉄)と密度の情報をもつ微細組織の3次元構造の取得に成功した、これを、炭素質コンドライト隕石に応用し、これまで認識されていなかった多様な岩相の存在を明らかにした。これにより、水質変成のほとんどない始原的な炭素質コンドライトにおいて、彗星塵に類似した多孔質で非晶質珪酸塩粒子を含む岩相を発見した。また、水質変成を受けた試料では、特異な存在形態をもつ有機物を発見し、水質変成と有機物の関係についての新たな知見を得た。
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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
1. 星周および原始太陽系円盤における凝縮プロセス(固体物質の生成)の研究
ITP装置(H27年度末納入)は、出発物質の蒸発が不完全であるなどの問題が当初あったが、これをほぼ克服し、非晶質珪酸塩の凝縮が可能となるとともに、GEMS類似物質の生成にも成功した。
2. 星間および太陽系天体表面における変成プロセス(固体物質の進化)の研究
安部(連携研究者)と共同開発した低エネルギー照射装置を用いて、イトカワ粒子の宇宙風化層組織の再現に初めて成功した。摩耗実験を新たにおこない、2つの異なる摩耗のモードの存在と、摩耗がイトカワと月レゴリス粒子の3次元形状に重要な役割を果たすことを、示すことができた。
3. 太陽系始原物質(彗星塵と隕石)の3次元構造の研究
放射光CT(dual-energy CTとSIXM)を統合した吸収-位相3色CTを開発し、化学組成と密度情報をもつ3次元構造が100nmの分解能で取得できるようになった。FIBを用いた試料加工と、SEM/EDS、TEM/EDS、X線CT、TEM-CTを組み合わせたマルチスケール3次元構造観察手法を確立、始原的炭素質コンドライトに適用し、最も始原的なものからある程度水質変成が進んだ多様な岩相の存在を示すことができた。太陽系の始原水(水質流体包有物)を発見するには至らなかったが、非破壊で有機物の3次元観察が可能となり、特異な有機物を見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. 星周および原始太陽系円盤における凝縮プロセス(固体物質の生成)の研究
ITPを用いた凝縮実験を、硫黄も含めた天然を模擬した複雑系についておこなう。これにより、彗星塵中のGEMSだけでなく始原的炭素質コンドライト中の非晶質珪酸塩の再現をおこない、硫化鉄の挙動に着目して、両者の生成条件の違いの解明を目指す。MgO-FeO-SiO2系での酸化還元条件を系統的に変化させた実験をおこない、鉄を含むカンラン石の生成と、隕石中の始原的なカンラン石との比較をおこなう。A12O3-SiO2系での非晶質珪酸塩粒子の凝縮実験をおこない、Alに富むと考えらている星周塵観測と比較する。
2. 星間および太陽系天体表面における変成プロセス(固体物質の進化)の研究
低エネルギー照射装置を用いた1 keV H+照射実験を、条件を変えてさらに進める。また、4keV He+照射も可能にし、実際の太陽風照射で期待されるH+とHe+それぞれの効果を明らかにする。実験生成物とともにイトカワ粒子の宇宙風化層の3次元構造観察をおこない、両者の比較をおこなう。これまでの摩耗実験では試料準備が容易な石英粒子を用いておこなってきたが、今後はイトカワや月粒子に一般的に含まれるかんらん石粒子について実験をおこない、摩耗による表面微細構造をイトカワや月粒子と比較する。
3. 太陽系始原物質(彗星塵と隕石)の3次元構造の研究
3色CT撮影したサンプルのシリアルセクショニングSEM観察、TEM/EDS、TEM-CTを系統的におこない、マルチスケール3次元構造解析をさらに進める。また、重要なサンプルについては、酸素・炭素・水素・窒素などの同位体分析をnano-SIMSによりおこない、3次元構造と同位体的特徴の相関関係を明らかにする。同様の手法を、貴重な彗星塵サンプルについても適用し、始原的炭素質コンドライトと彗星塵との比較をおこなうことにより、太陽系固体原材料物質の物質科学的解明を目指す。また、凝縮実験生成物との3次元構造の比較もおこなう。高分解能分析型X線CT装置の性能評価をおこない(上杉 : 研究分担者)、マルチスケール3次元構造観察手法の一部に組み入れる。
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Research Products
(39 results)
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[Journal Article] Nanomorphology of Itokawa regolith particles : Application to space-weathering processes affecting the Itokawa asteroid.2016
Author(s)
T. Matsumoto, A. Tsuchiyama, K. Uesugi, T. Nakano, M. Uesugi, J. Matsuno, T. Nagano, A. Shimada, A. Takeuchi, Y. Suzuki, T. Nakamura, M. Nakamura, A. Gucsik, K. Nagaki, T. Sakaiya, T. Kondo
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Journal Title
Geochimica et Cosmochimica Acta
Volume: 187
Pages: 195-217
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] A NEW METHOD OF ABSORPTION-PHASE NANOTOMOGRAPHY FOR 3D OBSERVATION OF MINERAL-ORGANICS-WATER TEXTURES AND ITS APPLICATION TO PRISTINE CARBONACESOUS CHONDRITES.2017
Author(s)
A. Tsuchiyama, A. Nakato, J. Matsuno, M. Sugimoto, K. Uesugi, A. Takeuchi, T. Nakano, E. Vaccaro, S. Russel, K. Nakamura-Messenger, A. S. Burton, S. Messenger, A. Miyake, A. Takigawa, A. Takayama
Organizer
48th Lunar and Planetary Science Conference
Place of Presentation
The Woodlands Waterway Marriott Hotel, The Woodlands, TX, USA
Year and Date
2017-03-24
Int'l Joint Research
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[Presentation] IN-ORBIT OPERATION AND INITIAL SAMPLE ANALYSIS AND CURATION RESULTS FOR THE FIRST YEAR COLLECTION SAMPLES OF THE TANPOPO PROJECT.2017
Author(s)
H. Yano, S. Sasaki, J. Imani, D. Horikawa, K. Arai, K. Fujishima, H. Hashimoto, M. Higashide, E. Imai, Y. Ishibashi, Y. Kawaguchi, H. Kawai, Y. Kebukawa, K. Kobayashi, K. Kobunai, S. Kodaira, Y. Kurosu, H. Mita, Y. Oda, K. Okudaira, T. Ozawa, M. Tabata, N. Takizawa, M. Tomita, A. Tsuchiyama, Y. Uchihori, H. Yabuta, Y. Yaguchi, S. Yokobori, A. Yamagishi, and the Tanpopo Project Team
Organizer
48th Lunar and Planetary Science Conference
Place of Presentation
The Woodlands Waterway Marriott Hotel, The Woodlands, TX, USA
Year and Date
2017-03-21
Int'l Joint Research
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[Presentation] MATRIX INVESTIGATION OF PRIMITIVE METEORITE MIL 07687 : 2D-3D COMPARISON.2016
Author(s)
E. Vaccaro, A. Nakato, A. J. King, J. Najorka, K. Uesugi, A. Takeuchi, T. Nakano, J. Matsuno, A. Takayama, A. Tsuchiyama, S. Russel
Organizer
HAYABUSA 2016 4th Symposium of Solar System Materials
Place of Presentation
国立国語研究所(東京都立川市)
Year and Date
2016-11-30
Int'l Joint Research
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[Presentation] CURRENT STATUS OF THE CONSORTIUM STUDY FOR HAYABUSA-RETURNED SAMPLE : RB-QD04-0040 CONTAINNIG Fe-S-Ni PHASE.2016
Author(s)
A. Nakato, A. Tsuchiyama, T. Nakamura, M. Ucsugi, K. Ucsugi, A. Takeuchi, T. Nakano, T. Yada, M. Yoshitake, K. Kumagai, M. Nishimura T. Matsumoto, K. Sakamoto, N. Kawasaki, Y. Nakano, S. Matsui, T. Okada, M. Abe, and H. Yurimoto
Organizer
HAYABUSA 2016 4th Symposium of Solar System Materials
Place of Presentation
国立国語研究所(東京都立川市)
Year and Date
2016-11-29
Int'l Joint Research
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[Presentation] Current status of consortium study for silica-containing Hayabusa-returned particle.2016
Author(s)
M. Hashiguchi, T. Nakamura, A. Tsuchiyam3, N. Tomioka, M. Uesugi, J. Han, A. Nakato, T. Yada, M. Yoshitake, K. Kumagai, M. Nishimura, T. Matsumoto, K. Sakamoto, N. Kawasaki, Y. Nakano, S. Matsui, T. Okada, M. Abc, and H. Yurimoto
Organizer
HAYABUSA 2016 4th Symposium of Solar System Materials
Place of Presentation
国立国語研究所(東京都立川市)
Year and Date
2016-11-29
Int'l Joint Research
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[Presentation] MODIFICATION OF THE PHYSICO-CHEMICAL PROPERTIES OF INTERSTELLAR ANALOGUES BY UV-IRRADIATION.2016
Author(s)
L. Pianil, S. Tachibanal, T. Hama, I. Sugawara, Y. Oba, H. Tanaka, Y. Kimura, A. Miyake, J. Matsuno, A. Tsuchiyama, H. Yurimoto and A. Kouchi
Organizer
Workshop on Experimental Cosmochemisty 2016
Place of Presentation
パシフィコ横浜(神奈川県横浜市西区)
Year and Date
2016-06-26
Int'l Joint Research
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