Construction of an unifying model of formation and evolution of primordial material in the solar system

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H00205
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 土山 明 立命館大学, 総合科学技術研究機構, 教授 (90180017)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三宅 亮 京都大学, 理学研究科, 准教授 (10324609) ; 松本 恵 東北大学, 理学研究科, 助教 (50725455) ; 奥住 聡 東京工業大学, 理学院, 准教授 (60704533)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 炭素質コンドライト / 彗星塵 / 氷 / グランドタック / はやぶさ２ / ナノX線CT

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は「太陽系始原物質は共通した局所加熱イベントにより生成、氷や有機物とともに母天体として集積、隕石母天体は散乱により内側の小惑星帯へと移動した」という作業仮説を検証するために、高温物質の再現実験、再現物の水質変成実験、太陽系始原物質の分析、理論的考察により作業仮説を行い、太陽系始原物質形成・進化の統一モデルを構築することである。研究実施計画のうち、当該年度で到達された主な成果は以下の通りである。
コンドリュール、マトリクスの同時生成プロセスの解明：彗星塵に含まれる非晶質ケイ酸塩微粒子の再現実験の論文（Kim et al. 2021）、彗星塵に含まれる非晶質ケイ酸塩微粒子の３次元構造観察によりその太陽系起源を明らかにした論文（Matsuno et al. 2021）を発表した。
炭素質コンドライト母天体の生成領域の特定：はやぶさ２サンプルの初期分析により試料中にCO2に富む流体を見出し、CM隕石だけでなくこのCI隕石に対応する物質も木星軌道の外側の領域で生成されたことを明らかにし（学会発表：Zelensky et al., 2022）、新しく発見された始原的炭素質コンドライトの３次元構造からその起源を議論する論文（Noguchi et al. 2021）、宇宙線の打ち込みよる水の生成が酸化鉱物で起こっていることを指摘した論文（Igami et al. 2021）を発表した。
はやぶさ２サンプル分析への応用：はやぶさ２探査機の試料採取の詳細について報告し、試料が小惑星リュウグウの物質を代表していることを明らかにした（Tachibana et al. 2022）。はやぶさ２サンプル分析のリハーサル分析を進めるとともに、実際のサンプル初期分析を行い、C型小惑星リュウグウ物質が地球上での変質のないCI隕石に対応することを明らかにした（学会発表、論文投稿中）。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当該年度は前年度に引き続き、新型コロナパンデミックのため、予定していたいくつかの実験（とくに高温物質の再現実験、再現物の水質変成実験）が行えなかった。これにより一部の研究、とくに誘導高温プラズマ装置を用いた、太陽系始原物質（炭素質コンドライトや彗星塵）の主要構成物である高温物質（コンドリュールやGEMS/GEMS様非晶質珪酸塩および珪酸塩微結晶からなるマトリクス）の同時再現実験や、これらの再現実験生成物を用いた水質変成実験は行うことができなかった。一方で、昨年度に引き続きこれまでの実験結果を用いた論文発表を行うことにより、研究目的達成を進めることができた。
一方、ナノX線CTを用いた一連の手法を用いた研究については、太陽系始原物質（彗星塵、隕石）やはやぶさ２模擬サンプルの分析だけでなく、はやぶさ２サンプルの初期分析を成功裏に行うことができた。これにより、C型小惑星リュウグウの物質がCI隕石に対応するものであることを明らかにし、従来知られているCI隕石が地球上での変質を大きく受けていることを明らかにするとともに、探査機によるリモートセンシング観測結果との対比も可能となった。また、はやぶさ２探査機による小惑星リュウグウからのサンプル採取の詳細についても、明らかにすることができた。

Strategy for Future Research Activity

昨年度、当該年度ともに、新型コロナパンデミックのため行えなかった実験（とくに高温物質の再現実験、再現物の水質変成実験）を行ない、当初予定していた研究実施計画を進めるとともに、理論的な研究も進める。
はやぶさ２サンプル（リュウグウ物質）は複雑な組織をもち、その構成物も多様性に富んでいる。これらを解明するために、系統的な分析をさらに進めるとともに、比較のためにCIなどの隕石も同様の手法で分析を進め、リュウグウ物質と地球上変質前のCI隕石との差異を解明する。これにより、太陽系始原物質として最も重要なものの一つであるCIグループおよびその関連物質の位置付けを明らかにする。また、CI, CM以外の炭素質コンドライト隕石からも流体の発見を目指し、これらの隕石の生成領域を明らかにする。

Remarks

立命館大学研究活動報 RADIANT http://www.ritsumei.ac.jp/research/radiant/space/story1.html/
立命館大学コミュニケーション活動 shiRUto https://shiruto.jp/global/2908/
内閣府/総合科学技術・イノベーション会議 e-CSTI https://www.sekaiwokaeyo.com/ni036/

Research Products

• [Int'l Joint Research] NASAジョンソン 宇宙センター(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: NASAジョンソン 宇宙センター
• [Int'l Joint Research] パリサクレ大学(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: パリサクレ大学
• [Int'l Joint Research] 広州地球化学研究所(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: 広州地球化学研究所
• [Int'l Joint Research] 済州国立大学校(韓国)
  • Country Name: KOREA (REP. OF KOREA)
  • Counterpart Institution: 済州国立大学校
• [Int'l Joint Research] 自然史博物館(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: 自然史博物館
• [Journal Article] Pebbles and sand on asteroid (162173) Ryugu: In situ observation and particles returned to Earth (2022)
  • Author(s): Tachibana S.、Sawada H.、Okazaki R.、Takano Y.、Sakamoto K.、Miura Y. N.、Okamoto C.、Yano H.、Yamanouchi S.、Michel P.、Zhang Y.、Schwartz S.、Thuillet F.、Yurimoto H.、Nakamura T.、Noguchi T.、Yabuta H.、Naraoka H.、Tsuchiyama A. and 81 authors
  • Journal Title: Science Volume: 375 Pages: 1011～1016
  • DOI: 10.1126/science.abj8624
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Three-dimensional observation of GEMS grains: Their high-temperature condensation origin (2022)
  • Author(s): Matsuno Junya、Tsuchiyama Akira、Miyake Akira、Nakamura-Messenger Keiko、Messenger Scott
  • Journal Title: Geochimica et Cosmochimica Acta Volume: 320 Pages: 207～222
  • DOI: 10.1016/j.gca.2021.12.031
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mineralogy of fine-grained matrix, fine-grained rim, chondrule rim, and altered mesostasis of a chondrule in Asuka 12169, one of the least altered CM chondrites (2021)
  • Author(s): Noguchi Takaaki、Yasutake Masahiro、Tsuchiyama Akira、Miyake Akira、Kimura Makoto、Yamaguchi Akira、Imae Naoya、Uesugi Kentaro、Takeuchi Akihisa
  • Journal Title: Polar Science Volume: 29 Pages: 100727～100727
  • DOI: 10.1016/j.polar.2021.100727
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Condensation of cometary silicate dust using an induction thermal plasma system (2021)
  • Author(s): Kim T. H.、Takigawa A.、Tsuchiyama A.、Matsuno J.、Enju S.、Kawano H.、Komaki H.
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 656 Pages: A42～A42
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202141216
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structural and chemical modifications of oxides and OH generation by space weathering: Electron microscopic/spectroscopic study of hydrogen-ion-irradiated Al2O3 (2021)
  • Author(s): Igami Yohei、Muto Shunsuke、Takigawa Aki、Ohtsuka Masahiro、Miyake Akira、Suzuki Kohtaku、Yasuda Keisuke、Tsuchiyama Akira
  • Journal Title: Geochimica et Cosmochimica Acta Volume: 315 Pages: 61～72
  • DOI: 10.1016/j.gca.2021.09.031
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transmission Electron Microscopy Study of the Morphology of Ices Composed of H2, CO2, and CO on Refractory Grains (2021)
  • Author(s): Kouchi Akira、Tsuge Masashi、Hama Tetsuya、Oba Yasuhiro、Okuzumi Satoshi、Sirono Sin-iti、Momose Munetake、Nakatani Naoki、Furuya Kenji、Shimonishi Takashi、Yamazaki Tomoya、Hidaka Hiroshi、Kimura Yuki、Murata Ken-ichiro、Fujita Kazuyuki、Nakatsubo Shunichi、Tachibana Shogo、Watanabe Naoki
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 918 Pages: 45～45
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac0ae6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evolution of the Water Snow Line in Magnetically Accreting Protoplanetary Disks (2021)
  • Author(s): Mori Shoji、Okuzumi Satoshi、Kunitomo Masanobu、Bai Xue-Ning
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 916 Pages: 72～72
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac06a9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Formation of chiral CO polyhedral crystals on icy interstellar grains (2021)
  • Author(s): Kouchi Akira、Tsuge Masashi、Hama Tetsuya、Niinomi Hiromasa、Nakatani Naoki、Shimonishi Takashi、Oba Yasuhiro、Kimura Yuki、Sirono Sin-iti、Okuzumi Satoshi、Momose Munetake、Furuya Kenji、Watanabe Naoki
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 505 Pages: 1530～1542
  • DOI: 10.1093/mnras/stab1173
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] DIRECT MEASUREMENT OF THE COMPOSITION OF AQUEOUS FLUIDS FROM THE PARENT BODY OF ASTEROID 162173 RYUGU (2022)
  • Author(s): M. Zolensky, A. Dolocan, R. Bodnar, I. Gearba, J. Martinez, J. Han, T. Nakamura, A. Tsuchiyama, J. Matsuno, M. Sun, M. Matsumoto, Y. Fujioka, Y. Enokido, K. Uesugi, A. Takeuchi, M. Yasutake, A. Miyake, and others
  • Organizer: 53nd Lunar and Planetary Science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] MINERALOGY AND SPACE WEATHERING OF FINE FRACTION RECOVERED FROM ASTEROID (162173) RYUGU (2022)
  • Author(s): T. Noguchi, T. Matsumoto, A. Miyake, Y. Igami, M. Haruta, H. Saito, S. Hata, Y. Seto, M. Miyahara, N. Tomioka, H. A. Ishii, J. P. Bradley, K. Ohtaki, E. Dobrică, H. Leroux, C. Le Guillou, D. Jacob, ..., A. Tsuchiyama, ..., M. Matsumoto, and others
  • Organizer: 53nd Lunar and Planetary Science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] EARLY HISTORY OF RYUGU’S PARENT ASTEROID: EVIDENCE FROM RETURN SAMPLE (2022)
  • Author(s): T. Nakamura, M. Matsumoto, K. Amano, Y. Enokido, M. E. Zolensky, T. Mikouchi, H. Genda, S. Tanaka, M. Y. Zolotov, K. Kurosawa, S. Wakita, R. Hyodo, H. Nagano, D. Nakashima, Y. Takahashi, Y. Fujioka, M. Kikuiri, E. Kagawa, M. Matsuoka, A. J. Brearley, A. Tsuchiyama, and others
  • Organizer: 53nd Lunar and Planetary Science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] THE OXYGEN ISOTOPIC COMPOSITION OF HAYABUSA2 PARTICLES: TESTING THE RELATIONSHIP WITH CI AND CY CHONDRITES (2022)
  • Author(s): R. C. Greenwood, R. Findlay, I. A. Franchi, J. A. Mal- ley, M. Ito, A. Yamaguchi, M. Kimura, N. Tomioka, M. Uesugi, N. Imae, N. Shirai, T. Ohigashi, M-C. Liu, K. Uesugi, A. Nakato, K. Yogata, H. Yuzawa, Y. Kodama, A. Tsuchiyama, and others
  • Organizer: 53nd Lunar and Planetary Science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] OXYGEN ISOTOPES OF CARBONATE AND MAGNETITE RECORD FLUID EVOLUTION ON THE RYUGU ASTEROID (2022)
  • Author(s): K.A. McCain, N. Matsuda, M-C. Liu, K.D. McKeegan, A. Yamaguchi, M. Kimura, N. Tomioka, M. Ito, M. Uesugi, N. Imae, N. Shirai, T. Ohigashi, R. C. Greenwood, K. Uesugi, A. Nakato, K. Yogata, H. Yuzawa, Y. Kodama, A. Tsuchiyama,and others
  • Organizer: 53nd Lunar and Planetary Science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] HAYABUSA2 RETURNED SAMPLES: UNIQUE AND PRISTINE RECORD OF SOLAR SYSTEM MATERIALS FROM ASTEROID RYUGU (2022)
  • Author(s): M. Ito, N. Tomioka, M. Uesugi, A. Yamaguchi, N. Imae, N. Shirai, T. Ohigashi, M. Kimura, M-C, Liu, R.C. Greenwood, K. Uesugi, A. Nakato, K. Yogata, H. Yuzawa, Y. Kodama, A. Tsuchiyama, and others
  • Organizer: 53nd Lunar and Planetary Science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] MINERALOGICAL ANALYSIS OF VARIOUS LITHOLOGIES IN COARSE RYUGU SAMPLES USING TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY (2022)
  • Author(s): M. Matsumoto, J. Matsuno, A. Tsuchiyama, T. Nakamura, Y. Enokido, A. Miyake, and others
  • Organizer: 53nd Lunar and Planetary Science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Physical properties of the returned sample of Ryugu by Hayabusa2 mission (2022)
  • Author(s): S.Tanaka, H.Nagano, T.Yagi, Y.Ino, T.Tsuji, M.Sato, K.Kurosawa , Y.Nagaashi, D.Nakashima, T.Ishizaki, T.Kawahara, N.Sakatani, R.Endo, M.Susa, Y.Yamashita, T.Nishi, H.Ohta, ..., A.Tsuchiyama, and others
  • Organizer: 53nd Lunar and Planetary Science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] SMALL RYUGU FRAGMENTS ANALYZED BY IR MICRO-SPECTROSCOPY AND TOMOGRAPHY: A DESCRIPTION OF THE 3D HETEROGENEITY AT THE MICROMETRIC SCALE (2022)
  • Author(s): Z. Dionnet, A. Ale_on-Toppani, R. Brunetto, S. Rubino, T. Nakamura, D. Baklouti, Z. Djouadi, C. Lantz, O. Mivumbi, F. Borondics, E. He_ripre_, D. Troadec, A. Tsuchiyama-, J. Matsuno, M. Matsumoto, and others
  • Organizer: 53nd Lunar and Planetary Science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY OF HAYABUSA2 PARTICLES: HOW SHOCKED IS ASTEROID RYUGU? (2022)
  • Author(s): N. Tomioka, M. Ito, M. Uesugi, A. Yamaguchi, N. Imae, N. Shirai, T. Ohigashi, M. Kimura, M-C. Liu, R. C. Greenwood, K. Uesugi, A. Nakato, K. Yogata, H. Yuzawa, Y. Kodama†, A. Tsuchiyama, and others
  • Organizer: 53nd Lunar and Planetary Science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] PETROLOGY OF ASTEROID RYUGU PARTICLES ALLOCATED TO THE PHASE2 CURATION KOCHI TEAM (2022)
  • Author(s): A. Yamaguchi, M. Kimura, M. Ito, N. Tomioka, M. Uesugi, N. Imae, N. Shirai, T. Ohigashi, M-C. Liu, R. C. Greenwood, K. Uesugi, A. Nakato, K. Yogata, H. Yuzawa, Y. Kodama, A. Tsuchiyama, and others
  • Organizer: 53nd Lunar and Planetary Science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] MINERALOGICAL, PETROLOGICAL AND PHYSICAL PROPERTIES OF RYUGU SAMPLES USING X-RAY NANOTOMOGRAPHY (2022)
  • Author(s): A. Tsuchiyama, M. Matsumoto, J. Matsuno, T. Nakamura, T. Noguchi, K. Uesugi, A. Takeuchi, M. Yasutake, A. Miyake, and others
  • Organizer: 53nd Lunar and Planetary Science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] IN-SITU OXYGEN ISOTOPE STUDY OF ANHYDROUS MINERALS IN A RYUGU PARTICLE: IMPLICATIONS FOR THE PRECURSORS TO CI-CHONDRITE PARENT BODIES (2022)
  • Author(s): M.-C. Liu, K. A. McCain, N. Matsuda, A. Yamaguchi, M. Kimura, N. Tomioka, M. Ito, M. Uesugi, N. Imae, N. Shirai, T. Ohigashi, R. C. Greenwood, K. Uesugi, A. Nakato, K. Yogata, H. Yuzawa, Y. Kodama†, A. Tsuchiyama, and others
  • Organizer: 53nd Lunar and Planetary Science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 水質変成を受けた炭素質コンドライトから見出 された CO2 に富む流体包有物とその惑星科学的 意義:統一的な太陽系始原物質形成と進化のモデルを目指して (2021)
  • Author(s): 土`山 明(立命館大)・松野 淳也
  • Organizer: 日本地球化学会第68回年会
  • Invited
• [Presentation] Assessing the irradiation effects by a synchrotron X-ray micro-computed tomography on the organic materials in carbonaceous chondrite: Examination at SPring-8 facility (2021)
  • Author(s): 菅原 春菜、高野 淑識、吉村 寿紘、小川 奈々子、大河内 直彦、上椙 真之、土`山 明、はやぶさ2 プロジェクトチーム
  • Organizer: JpGU Meeting 2021
• [Presentation] 3D crystal size distributions of pyroxene nanolites plotted against short-axis length reflect magma ascent dynamics (2021)
  • Author(s): 奥村 翔太、無盡 真弓、土`山 明、三宅 亮
  • Organizer: JpGU Meeting 2021
• [Presentation] X-ray nanotomography of CM and CI chondrites and their heated samples: as a rehearsal of Hayabusa2 sample analysis (2021)
  • Author(s): M. Sun、A. Tsuchiyama、M. Matsumoto、Y. Fujioka、T. Nakamura、J. Matsuno、A. Miyake、S. Okumura、N. Tomioka、M. Ito、Y. Kodama、S. Rubino、N. Nakano、K. Uesugi、A. Takeuchi、M. Yasutake
  • Organizer: JpGU Meeting 2021
• [Presentation] Combined XRD-XCT-FIB-TEM analysis of experimentally heated Murchison CM chondrite (2021)
  • Author(s): 松本 恵、松野 淳也、土`山 明、藤岡 悠理、中村 智樹、三宅 亮、安武 正展、奥村 翔太、上杉 健太朗、竹内 晃久
  • Organizer: JpGU Meeting 2021
• [Presentation] リュウグウ試料リハーサル分析としてのCM, CI隕石とその加熱試料の高空間分解能三色CT (2021)
  • Author(s): 松野 淳也、土`山 明、松本 恵、藤岡 悠理、中村 智樹、上杉 健太朗、竹内 晃久、安武 正展、中野 司、中野 直人、Stefano Rubino、奥村 翔太、三宅 亮
  • Organizer: JpGU Meeting 2021
• [Presentation] Three‐dimensional analysis of Ryugu sample particles using X‐ray nanotomography (2021)
  • Author(s): A. Tsuchiyama
  • Organizer: Hayabusa 2021 Symposium (8th ISAS Symposium of the Solar System Materials)
  • Int'l Joint Research
• [Book] Sample Return Missions, The Last Frontier of Solar Exploration (Chapter 6) (2021)
  • Author(s): M. Yoshikawa, J. Kawaguchi, A. Fujiwara, A. Tsuchiyama
  • Total Pages: 382
  • Publisher: Elsevier
  • ISBN: 978-0-12-818330-4