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2012 Fiscal Year Annual Research Report

衝突脱ガス水蒸気大気の分子組成と水素散逸効率の推定

Research Project

Project/Area Number 23340168
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

杉田 精司  東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (80313203)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 橘 省吾  北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (50361564)
関根 康人  東京大学, 新領域創成科学研究科, 講師 (60431897)
阿部 豊  東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (90192468)
Project Period (FY) 2011-04-01 – 2014-03-31
Keywords天体衝突 / 初期地球大気 / 触媒反応 / 衝突蒸気雲 / ユゴニオ曲線 / 高速衝突実験
Research Abstract

今年度は、衝突蒸気雲の断熱過程における化学反応を記載する基本的な理論モデルを作ることが来たことが最大の成果である。まず、その前提となるレーザー照射実験および2段式軽ガス銃の実験のデータを順調に取得できたことが重要である。このデータと前年度に導出した理論式を用いることにより、衝突速度の関数として様々な物質に対して衝撃エントロピー増率を正確に求められるようになった。計算の結果は、エントロピーが一定であれば、CHO系の比較的低分子量の化学反応システムにおいては、クエンチ温度に強く依存せずに分子組成がほぼ一定となることを示していた。その一方で、分子組成は、エントロピーに強く依存することが判明した。この結果は、衝突脱ガス大気の分子組成は、既存の大気圧に強く依存せず、衝突天体の速度によって制御されることを示している。したがって、惑星の質量および衝突天体の源との重力ポテンシャル差が、その惑星が持つ大気の分子組成を決めることとなる。具体的には、集積期の火星にはメタンに富む大気が生成されるのに対し、スーパーアースや後期重撃期中の地球にはH2+CO中心の大気が生成される。このような大きく異なる分子組成を持つ同元素組成大気は、有機物生成効率や温室効果などが大きく異なることが知られている。具体的にはメタンに富む大気は、有機物生成効率および温室効果の両方が高いのに対し、H2+CO中心の大気は有機物生成効率および温室効果が低い上に水素の宇宙空間への散逸効率が高く、比較的短期間で酸化的な大気組成に変質してしまう可能性がある。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

高速衝突実験および理論計算の両面で、本研究課題の中心テーマである衝突脱ガス大気の化学組成に関する本質的な理解の進展が得られており、順調な進展状況であると評価して良いと考えている。

Strategy for Future Research Activity

衝突脱ガス現象による大気生成は、複数ある地球型惑星大気の供給プロセスの中の1つでしかない。しかし、この近年のマグマオーシャンの理論計算およびマントル深部の高圧実験からは、地球のように大きな惑星のマントルは形成後の非常に早い時期において酸化的になってしまい、メタンのような還元ガスを発生させることができないことを示唆する結果が得られつつある。特にこの1,2年には、その傾向が顕著である。その結果としては、本研究計画が目指しているような衝突脱ガスによる還元ガスの生成過程に関する研究に競合相手が急速に参入してくる危険性が十分あると考えるべきである。そのような状況になる前に、成果を論文にまとめることが急務であると考えている。

  • Research Products

    (21 results)

All 2013 2012

All Journal Article (14 results) (of which Peer Reviewed: 14 results) Presentation (7 results)

  • [Journal Article] Oxidation of carbon compounds by silica-derived oxygen within impact-induced vapor plumes2013

    • Author(s)
      Ishibashi, K., S. Ohno, S. Sugita, T. Kadono, and T. Matsui
    • Journal Title

      Earth Planets Sp

      Volume: 65 Pages: 811-822

    • DOI

      10.5047/eps.2012.12.010

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Viscoelastic deformation of lunar impact basins: Implications for heterogeneity in the deep crustal paleo-thermal state and radioactive element concentration2013

    • Author(s)
      Kamata, S., S. Sugita, Y. Abe, Y. Ishihara, Y. Harada, T. Morota, N. Namiki, T. Iwata, H. Hanada, H. Araki, K. Matsumoto, E. Tajika
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research

      Volume: 118 Pages: 398–415

    • DOI

      doi:10.1002/jgre.20056

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Investigation of Martian Dust Sample Capture toward Mars Aero-flyby Sample Collection Mission2013

    • Author(s)
      Ozawa, T., T. Suzuki, K. Okudaira, T. Mikouchi, K. Kurosawa, H. Takayanagi, S. Sugita, and K. Fujita
    • Journal Title

      Transaction of Japanese Society of Aeronautical Space Sciences

      Volume: 10 Pages: 11-17

    • DOI

      doi.org/10.2322/tastj.10.Pk_11

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Laboratory experiments on crater scaling-law for sedimentary rocks in the strength regime2012

    • Author(s)
      Suzuki, A., S. Hakura, T. Hamura, M. Hattori, R. Hayama, T. Ikeda, H. Kusuno, H. Kuwahara, Y. Muto, K. Nagaki, R. Niimi, Y. Ogata, T. Okamoto, T. Sasamori, C. Sekigawa, T. Yoshihara, S. Hasegawa, K. Kurosawa, T. Kadono, A. M. Nakamura, S. Sugita, and M. Arakawa
    • Journal Title

      J. Geophys. Res

      Volume: 117 Pages: E08012

    • DOI

      10.1029/2012JE004064

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A new spectral calculation scheme for long-term deformation of Maxwellian planetary bodies2012

    • Author(s)
      Kamata, S., S. Sugita, and Y. Abe
    • Journal Title

      J. Geophys. Res.

      Volume: 117 Pages: 17

    • DOI

      10.1029/2011JE003945

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Bayesian Spectral Deconvolution with Exchange Monte Carlo Method2012

    • Author(s)
      Nagata, K., S. Sugita, M. Okada
    • Journal Title

      Neural Networks

      Volume: 28 Pages: 82-89

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Position-Dependent Behavior of Piezoelectric Lead–Zirconate–Titanate Cosmic Dust Detector,2012

    • Author(s)
      Hattori, M., M. Kobayashi, T. Miyachi, T. Takechi, O. Okudaira, T. Iwai, and S. Sugita
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 51 Pages: 1 - 4

    • DOI

      doi:110.1143/JJAP.51.098004

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The nature of shock-induced calcite (CaCO3) devolatilization in an open system investigated using a two-stage light gas gun2012

    • Author(s)
      Kurosawa, K., S. Ohno, S. Sugita, T. Mieno, T. Matsui, S. Hasegawa
    • Journal Title

      Earth Planetary Science Letters

      Volume: 337-338 Pages: 68-76

    • DOI

      doi:10.1016/j.epsl.2012.05.022

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Young mare volcanism in the Orientale region contemporary with the Procellarum KREEP Terrane (PKT) volcanism peak period ~2 billion years ago2012

    • Author(s)
      Cho, Y., T. Morota, J. Haruyama, M. Yasui, N. Hirata, S. Sugita
    • Journal Title

      Geophysical Research Letters

      Volume: 39 Pages: 1-5

    • DOI

      doi:10.1029/2012GL051838

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Shock-induced silicate vaporization: The role of electrons2012

    • Author(s)
      Kurosawa, K., T. Kadono, S. Sugita, K. Shigemori, T. Sakaiya, Y. Hironaka, N. Ozaki, A. Shiroshita, Y. Cho, S. Tachibana, T. Vinci, S. Ohno, R. Kodama, and T. Matsui
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research

      Volume: 117 Pages: 1-14

    • DOI

      doi:10.1029/2011JE004031

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Semi-Analytical On-Hugoniot EOS of Condensed Matter using a Up-Us relation2012

    • Author(s)
      Sugita, S., K. Kurosawa, and T. Kadono
    • Journal Title

      AIP Conference Proceedings

      Volume: 1426 Pages: 895-898

    • DOI

      doi: 10.1063/1.3686422

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Time-resolved spectroscopic observations of shock-induced silicate ionization2012

    • Author(s)
      Kurosawa, K., T. Kadono, S. Sugita, K. Shigemori, Y. Hironaka, N. Ozaki, T. Sakaiya, A. Shiroshita, Y. Cho, S. Fujioka, S. Tachibana, T. Vinci, S. Ohno, R. Kodama, T. Matsui
    • Journal Title

      AIP Conference Proceedings

      Volume: 1426 Pages: 855-858.

    • DOI

      doi: 10.1063/1.3686412

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Flyer acceleration by high-power laser and impact experiments at velocities higher than 10 km/s2012

    • Author(s)
      Kadono, T., T. Sakaiya, Y. Hironaka, T. Watari, K. Otani, T. Sano, T. Fujiwara, T. Mochiyama, M. Arakawa, S. Takasawa, A.M. Nakamura, K. Kurosawa, T. Hamura, S. Ohno, S. Sugita, et al.
    • Journal Title

      AIP Conference Proceedings

      Volume: 1426 Pages: 847-850

    • DOI

      doi: 10.1063/1.3686410

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Direct measurement of chemical composition of SOx in impact vapor using a laser gun2012

    • Author(s)
      Ohno, S. , T. Kadono, K. Kurosawa, T. Hamura, T. Sakaiya, S. Sugita, K. Shigemori, Y. Hironaka, T. Watari , and T. Matsui
    • Journal Title

      AIP Conference Proceedings

      Volume: 1426 Pages: 851-854

    • DOI

      doi: 10.1063/1.3686411

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Development of an in-situ K-Ar isochron dating method using LIBS-QMS configuration2013

    • Author(s)
      Cho, Y., Y. N. Miura, and S. Sugita
    • Organizer
      44th Lunar and Planetary Science Conference
    • Place of Presentation
      The Woodlands, Texas,USA
    • Year and Date
      20130318-20130322
  • [Presentation] Entropy gain for shock-heated forsterite: Implications for atmospheric blow-off on the early Earth and Venus2013

    • Author(s)
      Kurosawa K., T. Kadono, Y. Hironaka, K. Hamano, K. Shigemori, T. Sakaiya, T. Sano, S. Ohno, T. Sekine, N. Ozaki, R. Kodama, S. Tachibana, T. Matsui, and S. Sugita
    • Organizer
      44th Lunar and Planetary Science Conference
    • Place of Presentation
      The Woodlands, Texas,USA
    • Year and Date
      20130318-20130322
  • [Presentation] Direct gas analysis experiment of impact-vaporized carbonaceous chondrites2013

    • Author(s)
      Ohno, S., T. Sakaiya, T. Kadono, K. Kurosawa, H. Yabuta, K. Shigemori, Y. Hironaka, H. Kuwahara, S. Sugita, T. Kondo, T. Yamanaka, and T. Matsui
    • Organizer
      44th Lunar and Planetary Science Conference
    • Place of Presentation
      The Woodlands, Texas,USA
    • Year and Date
      20130318-20130322
  • [Presentation] Science observation strategy for HAYABUSA-2 optical navigation cameras (ONC)2013

    • Author(s)
      Sugita, S., T. Morota, S. Kameda, R. Honda, C. Honda, and Hayabusa-2 ONC Science Team
    • Organizer
      44th Lunar and Planetary Science Conference
    • Place of Presentation
      The Woodlands, Texas,USA
    • Year and Date
      20130318-20130322
  • [Presentation] Visible spectroscopic observation of asteroid 162173 (1999 JU3) with the GEMINI-S telescope2013

    • Author(s)
      Sugita, S., D. Kuroda, S. Kameda, S. Hasegawa, S. Kamata, T. Hiroi, M. Abe, M. Ishiguro, N. Takato, and M. Yoshikawa
    • Organizer
      44th Lunar and Planetary Science Conference
    • Place of Presentation
      The Woodlands, Texas,USA
    • Year and Date
      20130318-20130322
  • [Presentation] Methane-rich impact-induced atmospheres on Mars and Post-accretion Earth2013

    • Author(s)
      Kuwahara, H. and S. Sugita
    • Organizer
      44th Lunar and Planetary Science Conference
    • Place of Presentation
      The Woodlands, Texas,USA
    • Year and Date
      20130318-20130322
  • [Presentation] Highly degraded early pre-Nectarian impact basins: Implications for the timing of the magma ocean solidification2013

    • Author(s)
      Kamata, S., S. Sugita, Y. Abe, Y. Ishihara, Y. Harada, N. Namiki, T. Iwata, H. Hanada, H. Araki, K. Matsumoto, and E. Tajika
    • Organizer
      44th Lunar and Planetary Science Conference
    • Place of Presentation
      The Woodlands, Texas,USA
    • Year and Date
      20130318-20130322

URL: 

Published: 2014-07-24  

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