2022 Fiscal Year Annual Research Report

氷惑星内部条件でのメタンとアンモニアの融解・分子解離挙動の解明と構造モデルの構築

Research Project

Project/Area Number	19K14815
Research Institution	Japan Synchrotron Radiation Research Institute
Principal Investigator	門林宏和公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, テニュアトラック研究員 (10836414)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords	高温高圧実験 / 天王星・海王星 / メタン / ダイヤモンド
Outline of Annual Research Achievements	天王星や海王星などの巨大氷惑星の氷マントルは、主に水・メタン・アンモニアから構成されている。従来の実験的研究では、これら氷マントル物質の高温高圧挙動を調べることにより、氷惑星の内部構造が検討されてきた。しかし、これまでの実験的研究は主に単一成分を扱うものであり、現実的な氷惑星のマントル条件を再現した多成分系での研究例は極めて少ないのが現状である。そこで本研究では、氷惑星マントル組成物質の高温高圧実験を行うことにより、この物質系の挙動を明らかにする。特に、メタンやアンモニアの融解や分子解離挙動に着目し、これに派生して生じるダイヤモンドや新規物質の生成とその条件を解明することを目的としている。 2022度は、本研究課題の実施により得られた実験結果の一部を査読付き国際誌へ投稿するなど、継続して成果の公表に取り組んだ。また、昨年度から引き続き、抵抗加熱式、及び外熱式ダイヤモンドアンビルセルの改良を行うとともに、本研究課題に関連したC-N-O-H系物質の氷天体内部条件下における挙動を調べることに注力した。その結果、C-N-O-H系におけるメタンの分子解離、及び重合によるダイヤモンドの生成が、従来のC-H系での研究で報告されている温度圧力条件よりもマイルド（低温・低圧）な条件においても起こることが明らかとなった。これら本研究課題の結果は、氷惑星のマントル内部条件を想定したC-N-O-H系においてもメタンの分子解離、及び重合によるダイヤモンドの生成が起こり得ることを示唆している。