2018 Fiscal Year Annual Research Report
イトカワ粒子から探る太陽系小天体の硫黄の挙動と表面進化
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18J00579
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
松本 徹 九州大学, 基幹教育院, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | イトカワ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
S型小惑星の表面では、普通コンドライトに比べて硫黄の量が少ないことが観察されている。これは硫化鉄から硫黄が選択的に失われたことが原因であると推定されている。ひとつの原因は陽風を構成するHやHeイオンの照射であると考えられているが、硫化鉄はイオン照射に対して変質を受けにくいと予想されていた。本年度は、はやぶさが回収した小惑星イトカワの微粒子に含まれる硫化鉄を観察し、長期にわたり太陽風に暴露された硫化鉄の変化を分析した。そして硫黄の消失過程の有無やそのメカニズムを解明することを目的とした。透過型電子顕微鏡でイトカワの微粒子を観察した結果、硫化鉄の表面には金属鉄のひげ結晶が分布していた。ひげ結晶は最大で3マイクロメートル程度の長さで表面の広い範囲を覆っていた。ひげ結晶が成長している根元の硫化鉄表面は多数の穴が空いており、50nm程度の深さまで発達していた。この深さは太陽風のHeの貫入深さ程度であり、この空隙は太陽風に暴露されたことで形成したと推定した。金属のひげ結晶は鉄化合物や銀化合物表面に形成することが知られている。これらの金属化合物が水素ガスなどによって還元された際に、過剰となった金属イオンが固体中の電子と結びつき、金属のひげ結晶が析出すると考えられている。イトカワ表面の硫化鉄においては、太陽風による硫黄原子の選択的なスパッタリングや、硫化鉄内部 に溜まった太陽風由来の水素ガスが還元作用を引き起こし硫黄が気相に失われることに伴い、金属鉄のひげ結晶が成長すると推測した。
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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
イトカワ粒子の硫化鉄の表面に分布しているひげ結晶を対象に透過型電子顕微鏡を用いた観察を行なった。観察によって、ひげ結晶は金属鉄の多結晶で構成されることが明らかとなった。ひげ結晶の根元の硫化鉄の表面は泡が多数分布しており、その周囲の硫化鉄の結晶は歪んでいた。この硫化鉄の特徴は太陽風の貫入によって引き起こされたイオン照射損傷と考えることができる。こうした観察と先行研究との比較によって、ひげ結晶は太陽風の照射によって、硫化鉄から硫黄が失われたことで形成したと推定できた。本研究の主要な目標はひげ結晶の成長機構を調べることであり、本年度の研究でおおむね目標を達成できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで研究から、ひげ結晶の形成メカニズムをイトカワ粒子の観察から推定することができた。今後は、太陽風によるイオン照射を模擬した水素・ヘリウムイオンの照射実験を行なって、ひげ結晶の 成長を再現できるか否かを確かめることを計画している。予備実験を行なった結果、水素やヘリウムイオンの打ち込みだけではひげ結晶が形成しないことがわかった。これは実験期間において、室温の硫化鉄中での鉄原子の拡散が非常に遅いからであると考えている。そこで照射サンプルの加熱実験も加えることで、鉄の拡散を早めた状態でひげ結晶が成長するかどうかについて検討する。 また、イトカワ以外の天体のサンプルである月レゴリスやレゴリス角礫岩隕石に含まれる硫化鉄を観察して、どのような変成組織が存在するかを分析し、異なる天体間での違いについて比較することを計画している。
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