• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2019 Fiscal Year Research-status Report

氷と非晶質ケイ酸塩の光化学反応による低温での含水ケイ酸塩生成

Research Project

Project/Area Number 19K21887
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

香内 晃  北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (60161866)

Project Period (FY) 2019-06-28 – 2022-03-31
Keywords非晶質ケイ酸塩 / 氷 / 紫外線照射 / 含水ケイ酸塩
Outline of Annual Research Achievements

低温の星間分子雲から原始太陽系外縁部には,非晶質(アモルファス)ケイ酸塩を核としそれを氷(H2Oが主成分で他に,CO, NH3等が不純物として含まれている)が覆っている微粒子が存在する.この氷には常に紫外線が照射されて分子の分解が起こっている.たとえば,H2O + UV → OH + H.このOHはラジカル(遊離基)であり,不対電子を持っているので非常に反応性が高い.光分解で生成されるOHラジカルは非常に大きなエネルギーを持っている(24 kJ/mol = 0.3 eV = 3,000 K).いっぽう,非晶質ケイ酸塩と水蒸気との反応の活性化エネルギーは,20 kJ/molと推定されている.したがって,OHラジカルは,10~150K程度の低温でも,非晶質ケイ酸塩と反応して含水ケイ酸塩を作る可能性がある.本研究計画では,これを実験的に調べ,宇宙での含水ケイ酸塩生成の描像を抜本的に見直す.これまで氷とケイ酸塩の相互作用の研究は全くなく(誰も低温で氷とケイ酸塩が反応するとは考えていなかった),非常に新規性の高い研究計画である.この結果は,地球型惑星の水の起源に関する議論に極めて大きな影響を与えるだろう.

まず,非晶質ケイ酸塩の超微粒子(Mg2SiO4およびMgSiO3)を熱プラズマ法で作製した.超高真空透過型電子顕微鏡の試料薄膜上に,非晶質ケイ酸塩超微粒子をのせ,それを10Kまたは80Kに冷却し,その上に氷を蒸着した.それに重水素ランプからの紫外線を照射し,非晶質ケイ酸塩超微粒子の構造変化を観察した.その結果,非晶質MgSiO3では何の変化も観察されなかった.一方,非晶質Mg2SiO4では,10Kではなんの変化も観察されなかったが,80Kでは,結晶化が起こりフォルステライトの生成を確認できた.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初の予定では,1年目は試料作製のみを計画していたが,試料作製のみならず,2年目に計画していた超高真空極低温透過型電子顕微鏡を用いた実験まで行うことができた.2種類の試料(Mg2SiO4,MgSiO3)および2つの温度(10K, 80K)で実験を行うことができた.従って,当初の計画以上に順調に研究が進行していると判断した.

Strategy for Future Research Activity

今年度は熱プラズマ法で作製した非晶質ケイ酸塩の超微粒子(Mg2SiO4およびMgSiO3)を用いて研究を行なった.来年度以降は,スパッタリング法でも試料を作製し,今年度と同様な方法で研究を推進する.また,金属基板上にスパッタリング法で薄膜試料を作製すると,赤外分光法の適用も可能になるので,新たな展開が開ける可能性がある.また,本年度見出した結晶化のメカニズムを探求すると同時に含水珪酸塩が生成されているのかどうかを調べる為に,透過型電子顕微鏡以外の分析方法の採用も検討する.

Causes of Carryover

当初は初年度にアモルファス珪酸塩を2種類の方法(プラズマ法による微粒子作製,スパッタリング法による薄膜作製)で作製する計画であった.プラズマ法による微粒子作製は当初の計画通り進んだが,スパッタリング法による薄膜作製は,装置のトラブルおよびターゲット基板の作製方法の検討に長時間を要したため,本年度中に行うことができなかった.そのための経費は未使用であり,翌年度に使用する.具体的には,ターゲット基板の作製費用,スパッタリング装置用の部品作製費用等に使用する予定である.

  • Research Products

    (21 results)

All 2020 2019

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 2 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Direct Measurements of Activation Energies for Surface Diffusion of CO and CO2 on Amorphous Solid Water Using In Situ Transmission Electron Microscopy2020

    • Author(s)
      A. Kouchi, K. Furuya , T. Hama , T. Chigai, T. Kozasa , and N. Watanabe
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal Letters

      Volume: 891 Pages: L22(7pp)

    • DOI

      https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab78a2

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] DESHIMA on ASTE: On-Sky Responsivity Calibration of the Integrated Superconducting Spectrometer2020

    • Author(s)
      T. Takekoshi, ..., A. Kouchi, ..., Pieter J. de Visser
    • Journal Title

      Journal of Low Temperature Physics

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/s10909-020-02338-0

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ultraviolet-photon exposure stimulates negative current conductivity in amorphous ice below 50 K2019

    • Author(s)
      N. Watanabe, W. M. C. Sameera, H. Hidaka, A. Miyazaki, A. Kouchi
    • Journal Title

      Chemical Physics Letters

      Volume: 737 Pages: 136820

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.cplett.2019.136820

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] First light demonstration of the integrated superconducting spectrometer2019

    • Author(s)
      A. Endo, ..., A. Kouchi, ... J. A. Baselmans
    • Journal Title

      Nature Astronomy

      Volume: 3 Pages: 989-996

    • DOI

      https://doi.org/10.1038/s41550-019-0850-8

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nucleobase synthesis in interstellar ices2019

    • Author(s)
      Y. Oba, Y. Takano, H. Naraoka, N. Watanabe and A. Kouchi
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 10 Pages: 4413

    • DOI

      https://doi.org/10.1038/s41467-019-12404-1

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Probing the Molecular Structure and Orientation of the Leaf Surface of Brassica oleracea L. by Polarization Modulation-Infrared Reflection-Absorption Spectroscopy2019

    • Author(s)
      T. Hama, K. Seki, A. Ishibashi, A. Miyazaki, A. Kouchi, N. Watanabe, T. Shimoaka, T. Hasegawa
    • Journal Title

      Plant Cell Physiology

      Volume: 60 Pages: 1567-1580

    • DOI

      https://doi.org/10.1093/pcp/pcz063

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Physico-chemical Behavior of Hydrogen Sulfide Induced by Reactions with H and D Atoms on Different Types of Ice Surfaces at Low Temperature2019

    • Author(s)
      Y. Oba, T. Tomaru, A. Kouchi, and N. Watanabe
    • Journal Title

      Astrophys. J.

      Volume: 874 Pages: 124(8pp)

    • DOI

      https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab0961

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 低温氷表面上に存在する微量ラジカルの非破壊検出装置の開発2020

    • Author(s)
      石橋篤季, 日高宏, 大場康弘, 羽馬哲也, 香内晃, 渡部直樹
    • Organizer
      日本物理学会第75回年次大会
  • [Presentation] Surface diffusion of OH radical on amorphous solid water2019

    • Author(s)
      Miyazaki, A. , Watanabe, N., Sameera, W.M.C, Hama, T. , Hidaka, H. , Kouchi, A.
    • Organizer
      IAU Symposium 350
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Liquid-like behavior of water ice induced by vacuum ultraviolet irradiation at low temperatures2019

    • Author(s)
      HAMA, Tetsuya; TACHIBANA, Shogo; KOUCHI, Akira; OBA, Yasuhiro; PIANI, Laurette; HIDAKA, Hiroshi; KIMURA, Yuki; MURATA, Ken-ichiro; YURIMOTO, Hisayoshi; WATANABE, Naoki
    • Organizer
      35th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Probing the molecular structure of the intact leaf cuticle by polarization modulation-infrared reflection-absorption spectroscopy2019

    • Author(s)
      T.HAMA,K.SEKI, A.ISHIBASHI,A. MIYAZAKI, A.KOUCHI,N.WATANABE, T.SHIMOAKA, T.HASEGAWA
    • Organizer
      35th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] H2 formation on a low-temperature diamondlike carbon surface2019

    • Author(s)
      TSUGE, Masashi; HAMA, Tetsuya; KIMURA, Yuki; KOUCHI, Akira; WATANABE, Naoki
    • Organizer
      35th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Synthesis of Nitrogen Heterocycles of Astrobiologial Interest in Interstellar Ice Analogs2019

    • Author(s)
      Y.Oba,Y.Takano,H.Naraoka,N.Watanabe,A.Kouchi
    • Organizer
      2019 Astrobiology Science Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Reactive desorption of methanol from amorphous solid water at 10K2019

    • Author(s)
      H.Hidaka, Y. Yarnall, A. Kouchi, N.Watanabe, The 12the meeting on cosmic dust
    • Organizer
      The 12the meeting on cosmic dust
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Detection of nucleobases dipeptides in organic residues formed by photochemical reactions in interstellar ice analogs2019

    • Author(s)
      Y.Oba, Y.Takano,H.Naraoka,N.Watanabe,A. Kouchi
    • Organizer
      Goldschmidt 2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Inversion of surface voltage on H2O films affection sublimation of CO underlayer2019

    • Author(s)
      A. Ishibashi, Y.Oba,T.Hama,A.kouchi,N.Watanabe
    • Organizer
      ACS National Meeting & Expo
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Activation energy of OH-radical diffusion on water ice surface2019

    • Author(s)
      A. Miyazaki, N.Watanabe, W. Sameera, T.Hama, H.Hidaka, A.Kouchi
    • Organizer
      ACS National Meeting & Expo
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] アモルファスMg2SiO4微粒子を覆った氷の光化学反応によるフォルステライト結晶の生成2019

    • Author(s)
      香内晃,木村勇気,場康弘,羽馬哲也,渡部直樹,橘省吾,土山明,延寿里美,大坪貴文
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2019年大会
  • [Presentation] 星間分子雲における化学進化:単純分子から核酸塩基生成へ2019

    • Author(s)
      大場康弘,高野淑識,奈良岡浩,渡部直樹,香内晃
    • Organizer
      第37回有機地球化学シンポジウム
  • [Presentation] 低温氷表面吸着物質の高感度非破壊質量分析装置の開発2019

    • Author(s)
      石橋篤季, 日高宏, 大場康弘, 羽馬哲也, 香内晃, 渡部直樹
    • Organizer
      原子衝突学会第 44 回年会
  • [Presentation] 模擬星間塵氷の光化学反応による核酸塩基生成2019

    • Author(s)
      大場 康弘,高野 淑識,奈良岡 浩,渡部 直樹 ,香内 晃
    • Organizer
      日本地球化学会第66回年会

URL: 

Published: 2021-01-27  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi