Measurements of melting temperatures of ice and ammonia in the Mbar regime

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16K05612
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Petrology/Mineralogy/Economic geology
• Research Institution: Ehime University (2017-2018); Tohoku University (2016)
• Principal Investigator: Kimura Tomoaki 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 特別研究員 (50624540)
• Research Collaborator: Murakami Motohiko
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: アンモニア / 融解 / 超イオン / 天王星 / 海王星 / ブリュアン散乱分光計測

Outline of Final Research Achievements

We have developed Brillouin-Raman scattering spectroscopy combined with CO2 laser heating system and measured sound velocity and Raman spectra of ammonia under high pressure and temperature conditions corresponding to the planetary interiors. The melting temperatures of ammonia have been determined up to 60 GPa based on the observation of the Brillouin peaks derived from the sound velocity of the liquid phase. We found the superionic phase at 2000 K more than 40 GPa, which is ionized solid with the anomalously low sound velocity. The low sound velocity of the superionic ammonia, which is comparable to that of the liquid, suggested that the superionic components does not contribute on the suppression of the mantle convection.

Free Research Field

地球惑星科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

天王星と海王星の惑星磁場は多重極磁場であることが知られているがその磁場生成メカニズムは明らかになっていなかった。惑星深部の対流が抑制される内部構造が磁場生成に関与していることが提案されているが、そのような非対流層が形成される原因は未解明である。本研究でアンモニアの超イオン相の弾性波速度の実験計測に初めて成功した。計測した超イオン相の弾性波速度は液体と同等であることが明らかになり、惑星深部の非対流層を形成する要因として提案されていた超イオン物質は対流の抑制に寄与していないことがわかった。