2021 Fiscal Year Annual Research 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
| Project/Area Number |
19K21887
|
|---|
| Research Institution | Hokkaido 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 = 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から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，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．
本年度は，昨年度に作製した彗星塵に含まれるGEMs類似組成の非晶質ケイ酸塩の超微粒子を非晶質Si薄膜上にのせ，それを10Kもしくは80Kに冷却し，その上に非晶質氷を蒸着した．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透過型電子顕微鏡で観察した．10Kおよび80Kの双方で，GEMs類似組成の非晶質ケイ酸塩の構造変化は観察されなかった．さらに，Al基板上にスパッタリング法で作製した非晶質ケイ酸塩薄膜試料（Mg2SiO4に近い組成）上に非晶質氷を蒸着し，それに重水素ランプからの紫外線を照射し，赤外線吸収スペクトルの変化を観察する実験を10Kでおこなった．この実験でも，非晶質ケイ酸塩の赤外線スペクトルの変化は観察されなかった．
|
