2016 Fiscal Year Research-status Report
ガス銃衝突で発生する高温プルームと有機分子合成過程の研究
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15K05363
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
三重野 哲 静岡大学, 理学部, 教授 (50173993)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 小惑星衝突 / 高温ガスプルーム / 有機分子合成 / アミノ酸合成 / 軽ガス銃実験 / プラズマ発生 / 炭素微粒子発生 / タイタン衛星 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
タイタンなどの衛星／惑星に小惑星が衝突した時、どのようなプラズマが発生し、どのような高温ガス反応が起き、どのような有機物が合成されるかを研究するため、２段式軽ガス銃を用いた衝突実験を実施した。１気圧の窒素で満たされた与圧室に、速さ7km/sのポリカーボネート弾をターゲットに入射し、高温ガスプルームを発生させた。この高温ガスプルームを高速ビデオカメラと16ch多極ラングミュアプローブで観測した。この方法により、高温ガスプルームの挙動や寿命を記録することができた。また、発生するプラズマの電子温度、電子密度の時間変化を記録することができた。一方、与圧室の入り口部分に、平行板電極を置き、衝突後に噴出する微粒子の挙動（速さ、量、電荷）を測定した。これらの測定より、発生高温ガスプルームは、窒素ガスと激しく衝突しながら拡散し、そのプラズマは、約7000Kの電子温度と約10^14m^-3の電子密度と30μsの寿命を持つことが分かった。ガスプルームの冷却過程で発生する炭素ナノ粒子の一部は、与圧室からターゲット室に噴出する。その速さは約 1 km/sであった。また、それらは、正・負の電荷を持ち、平行板電極に衝突した。
合成された炭素すすの一部は、与圧室の内壁に置いたアルミシートに堆積する。このすすを注意深く回収し、一部を加水分解し、化学修飾してから高速液体クロマトグラフ法で分析した。その結果、グリシン、アラニンなど12種類のアミノ酸が合成されていることを見い出した。一方、合成すすを純水還流処理し、その水溶液を化学修飾し、２次元液体クロマトグラフ法で分析した。その結果、D型、L型光学異性体が合成されていることが分かった。アラニンの場合、D/L比は約0.4であった。非生物的にアミノ酸を合成する時に、D/L比~1になるはずで有るが、異なっていた。この不一致について、原因を調査している。
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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
計画通り、JAXA宇宙科学研究所にて、ガス銃実験を実施できた。期待される測定及び試料回収を行うことができた。
高温ガスプルーム発生においては、多極ラングミュアプローブによって、プラズマ電子の温度と密度の時間変化を測定することができた。また、与圧室入り口部に置かれた平行板電極を用いて、噴出する微粒子の流れや電流を測定することができた。
一方、合成炭素すすを化学処理し、液体クロマトグラフ分析することにより、12種類のアミノ酸の合成を確認した。また、光学異性体分析により、D体、L体の両方が、非生物的に合成されることが見い出された。これらは、期待される成果でり、予測の結果であった。しかし、D/L比の異常は予測外の結果であり、その原因を調査する必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究計画に沿って、研究を推進する。
高温ガスプルームについて、衝突後、飛翔体の運動エネルギーがどのようにガスプルーム発生に使われるか、検討する。また、ガスプルームの成長と減衰について、圧縮性流体の流体計算シミュレーションを行い、基礎となる過程を解明する。プラズマ生成について、約7000Kにおける電離過程について調べ、そのプラズマモデルを検討する。微粒子拡散について、個々の粒子の電荷量が決定されていないため、電場中の運動を観測し、電荷量を見積もる。
アミノ酸分析について。アミノ酸合成と共に、その前駆体分子も合成されているはずである。衝突後の残留ガスをその場質量分析し、どのような分子が発生しているかを解明していく。アミノ酸分析においては、光学異性体の分析を積極的に行い、D/L比の異常がどのように起きるかを調べる。アミノ酸の合成過程について、化学モデルを立て、実験を支持する合成過程を解明する。
このガス銃衝突実験について結果をまとめ、国際会議で発表し、論文としてまとめる。
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