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

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H05695
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 𡈽山 明 立命館大学, 総合科学技術研究機構, 教授
• Project Period (FY): 2015 – 2020
• Keywords: 太陽系始原物質 / 凝縮 / 彗星塵 / 炭素質コンドライト / ナノX線CT / はやぶさ2 / 水質変成 / 宇宙風化

Outline of Annual Research Achievements

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)
高周波誘導熱プラズマ(ITP)装置を用いた凝縮実験の手法を確立した。これにより、彗星塵中のGEMS (非晶質珪酸塩微粒子)は、原始太陽系円盤および特定のタイプの星周においてガス凝縮で形成されたことを明らかにし、これまでのGEMS成因論に終止符を打った。また、始原的炭素質コンドライト(CC)中のGEMS様物質やコンドリュールについての形成モデルを提唱した。
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)
低エネルギーイオン照射装置による太陽風照射を模擬したH+, He+ビームの照射実験手法を確立し、異なる鉱物種で多様な宇宙風化(ブリスター生成や非晶質化の有無など)が起こりうることを示した。CCへの照射実験により、小惑星リュウグウの赤外反射スペクトルとの比較を行った。月などの天体や星間空間において、宇宙線のH+照射により、水酸基が鉱物中に生成されることを示した。非晶質珪酸塩微粒子(ITPにより作成)を用いたその場水質変成実験により、CCの水質変成作用初期プロセスを解明し、始原的CCマトリクスは、初期太陽系で高温ガスから凝縮、母天体集積後水質変成を受けたことを示した。大気のない天体表面で期待される摩耗実験の手法を確立、レゴリス粒子の摩耗速度の定式化を行い、イトカワ粒子の摩耗は母天体上で起こったことを示した。
3. 太陽系始原物質(彗星塵と隕石)の3次元構造
ナノX線CT、SEM、FIB、TEM、SIMSなどを用いたマルチスケール3次元構造分析の手法を確立した。さらに、ナノX線CTについては、吸収CTと位相CTを組み合わせ(DET-SIXM法)、約100nmの空間分解能で鉱物や有機物の3次元分布を得る手法を確立した。これにより、始原的CC中の「氷の化石」としての超多孔質岩相や、水質変成を受けたCC中のCO2に富む流体包有物を世界で初めて見出した。その結果をもとにH2OやCO2雪線との位置関係から隕石母天体の形成領域を求め、最近のダイナミックな太陽系形成論の物質科学的な証拠を示した。また、多くの始原的CCに、超多孔質岩相やエンスタタイトウィスカー(彗星塵に特徴的な高温凝縮物)が普遍的に存在することを示した。
4. 太陽系始原物質進化のモデル化
以上より、太陽系始原物質の非晶質珪酸塩は、コンドリュールとともに局所的な加熱プロセスにより様々な領域で形成されたという、新しい太陽系始原物質進化モデルを提唱した。
5. はやぶさ2サンプル初期分析への応用
模擬サンプルを用いたリハーサル分析により、2020年6月開始予定の初期分析の準備が整った。

Research Products

• [Int'l Joint Research] NASAジョンソン宇宙センター(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: NASAジョンソン宇宙センター
• [Int'l Joint Research] 自然史博物館(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: 自然史博物館
• [Int'l Joint Research] トリノ大学(イタリア)
  • Country Name: ITALY
  • Counterpart Institution: トリノ大学
• [Int'l Joint Research] パリサクレ大学(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: パリサクレ大学
• [Int'l Joint Research] 広州地球化学研究所(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: 広州地球化学研究所
• [Int'l Joint Research]
  • # of Other Countries: 1
• [Journal Article] In-situ water-immersion experiments on amorphous silicates in the MgO-Si02 system : implications for the onset of aqueous alteration in primitive meteorites. (2021)
  • Author(s): Y. Igami, A. Tsuchiyama, T. Yamazaki, M. Matsumoto, Y Kimura
  • Journal Title: Geochimica et Cosmochimica Acta Volume: 293 Pages: 86-102
  • DOI: 10.1016/i.gca.2020.10.023
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The formation of HO and Si-OH by H irradiation in major minerals of carbonaceous chondrites. (2021)
  • Author(s): Y. Nakauchi, M Abe, M. Ohtake, T. Matsumoto, A. Tsuchiyama, K. Kitazato, K. Yasuda, K. Suzuki, Y. Nakata
  • Journal Title: Icarus Volume: 355 Pages: 114140-114159
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2020.114140
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Condensation of glass with multimetal nanoparticles : Implications to a formation process of GEMS grains. (2021)
  • Author(s): J. Matsuno, A. Tsuchiyama, T. Watanabe, M. Tanaka, A. Takigawa, S. Enju, C. Koike, H. Chihara, and A. Miyake
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 911 Pages: 47-62
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abe5a0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Discovery of primitive C02-bearing fluid in an aqueously-altered carbonaceous chondrite. (2021)
  • Author(s): A. Tsuchiyama, A. Miyake, S. Okuzumi, A. Kitayama, J. Kawano, K. Uesugi, A. Takeuchi, T. Nakano, M. Zolensky
  • Journal Title: Science Advances Volume: 7 Pages: eabg9707
  • DOI: 10.1126/sciadv.abg9707
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Combining IR and X-ray microtomography data sets : Application to Itokawa particles and to Paris meteorite. (2020)
  • Author(s): Z. Dionnet, R. Brunetto, A. A. -Toppani, S. Rubino, D. Baklouti, F. Borondics, A - C. Buellet, Z. Djouadi, A. King, T. Nakamura, A. Rotundi, C. Sandt, D. Troadec, and A. Tsuchiyama
  • Journal Title: Meteoritics & Planetary Science Volume: 55 Pages: 1645-1664
  • DOI: 10.1111/maps.13538
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Estimation of abrasion rates of regolith particles on Itokawa and the Moon based on abration experiments. (2020)
  • Author(s): 土山明、山口 裕貴、中村 昭子
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020大会
• [Presentation] 3D crystal size distributions of pyroxene nanolites based on nanoX-ray CT analyses. (2020)
  • Author(s): 奥村 翔太、無盡 真弓、土山明、三宅 亮
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020大会
• [Presentation] Deep-seated hydrothermal circulation beneath the rdige axis : a case study of crustal diopsidite from Oman ophiolite. (2020)
  • Author(s): 秋澤 紀克、三宅 亮、土山明、横山 祐典、阿瀬 貴博、浅沼 尚
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020大会
• [Presentation] Synchrotron radiation-based X-ray computed nanotomography of unheated and experimentally heated Murchison CM chondrite. (2020)
  • Author(s): 松本 恵、土山明、安武 正展、三宅 亮、上杉 健太朗、竹内 晃久、中野 司、中村 智樹
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020大会
• [Presentation] Condensation Experiments of Mg-Si-Fe-Ni-Al-Ca-O-S Silicates in ITP System. (2020)
  • Author(s): Takigawa A, Imura Y, Enju S, Tsuchiyama A
  • Organizer: Goldscmidt2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 桜島大正軽石における石基輝石の晶相および平行連晶組織 (2020)
  • Author(s): 奥村 翔太、土山明、三宅 亮
  • Organizer: 日本鉱物科学会2020年会
• [Presentation] 非加熱・実験加熱Murchison隕石の放射光X線CT (2020)
  • Author(s): 松本 恵、土山明、安武 正展、三宅 亮、上杉 健太朗、竹内 晃久、中野 司, 中村 智樹
  • Organizer: 日本鉱物科学会2020年会
• [Presentation] MgO-SiO2系非晶質ケイ酸微粒子の水質変成過程その場観察 (2020)
  • Author(s): 伊神 洋平、土山明、山崎 智也、木村 勇気、松本 恵
  • Organizer: 日本鉱物科学会2020年会
• [Presentation] Probing surface reactivity of amorphous and crystalline Mg2Si04 by CO, CO2, CD3CN and HCN adsorption. (2020)
  • Author(s): M. Signorile, L. Mino, F. Bonino, M. Pazzi, A. Tsuchiyama, G. Spoto, P. Ugliengo, and G. Martra
  • Organizer: Europlanet Science Congress 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Hyperspectral imaging of carbonaceous chondrites in view of the Hayabusa2 sample return. (2020)
  • Author(s): A. Aléon-Toppani, Z. Dionnet, S. Rubino, Y. Arribard, D. Baklouti, F. Borondics, Z. Djouadi, C. Lantz, M. Matsumoto, M. Matsuoka, T. Nakamura, K. Amano, M. Takahashi, D. Troadec, and A. Tsuchiyama
  • Organizer: Europlanet Science Congress 2020
  • Int'l Joint Research