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2014 Fiscal Year Annual Research Report

太陽系氷天体の熱水反応実験と物質進化モデル:太陽系形成過程とハビタビリティの解明

Research Project

Project/Area Number 26707024
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

関根 康人  東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (60431897)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords惑星科学 / 地球化学 / 宇宙化学 / 惑星探査
Outline of Annual Research Achievements

太陽系の氷天体は、原始太陽系円盤の温度分布や惑星移動の検証、生命につながる化学進化やハビタビリティの理解という、現在の惑星科学にとっての大問題に対して重要なヒントを与えうる天体である。しかし、その表面や内部の物質は現在までの熱進化によって変成を受けており、それらから材料物質を知ることは容易ではなく、内部海のpHや酸化還元状態、温度を推定することも不確定性が大きい。本課題では、氷天体内部の熱水反応のキネティクッスを室内実験により明らかにする。得られた実験結果を内部海物質進化モデルに組み込み、観測される表面や内部の物質から、天体の材料物質や熱進化、内部海の温度・組成を明らかにすることを目指す。当該年度では、太陽系氷天体内部を模擬した熱水反応実験を行い、温度、鉱物、溶存種といったパラメタを変化させて、内部海の化学的特性を決定する鍵となる素反応過程の特定を行った。特に、内部海物質を宇宙に放出していることが知られる土星の氷衛星エンセラダスに着目し、探査機カッシーニによる内部から噴出するプリュームの観測データを解釈した。具体的には、観測結果であるプリューム中のナノシリカの存在を説明するためには、内部海の海底に温度90℃以上の熱水環境が現存することを明らかにした。本成果は、エンセラダスに液体の水、有機物、エネルギーという、生命に必須の3大要素が、現在でも存在することを示すものである。この結果は、原始的な微生物を育みうる環境が、地球以外の太陽系天体に現在も存在することを初めて実証したものであり、地球外生命の発見に向けた大きな前進である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

当初予測していなかった探査機カッシーニからのデータ(エンセラダスからのプリュームにナノシリカが存在していること)に対して、独自の熱水反応実験によって世界に先駆けてこれを解釈し、地球以外で生命を育みうる環境が現存することが実証したことは極めて大きな成果である。このような環境が現存することが実証されたのはエンセラダスが初めてあり、今回の成果は“生きた地球外生命の発見”という自然科学における究極のゴールに迫る大きな飛躍である。成果は Nature 誌に掲載された他、各種マスコミにも大々的に報道された。

Strategy for Future Research Activity

氷衛星エンセラダスについては、温度環境だけでなく、内部の岩石組成や溶存種の制約を行うため、引き続き熱水実験を継続する。さらに、他の太陽系氷天体へと知見や実験技術を拡張し、ドーン探査機による準惑星セレスの観測結果の解釈を行っていく。

Causes of Carryover

平成26年10月、熱水予備実験の結果、当初の熱力学平衡計算の結果に反して、反応の圧力依存性が極めて大きいことが分かった。本研究の遂行上、特に衛星内部環境を特定する上で、圧力依存性に特化することが本質的に重要になることから、実験装置であるオートクレーブの圧力性能を向上させる必要が生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

平成27年度3月を目途として、圧力性能を向上させたオートクレーブを作成し、実験を実施する。このための改良型オートクレーブの購入資金として、繰越金を使用する。

  • Research Products

    (12 results)

All 2015 2014 Other

All Int'l Joint Research (4 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] ハイデルベルグ大学/シュトゥッツガルト大学(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      ハイデルベルグ大学/シュトゥッツガルト大学
  • [Int'l Joint Research] コロラド大学(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      コロラド大学
  • [Int'l Joint Research] 素粒子核物理研究所(ハンガリー)

    • Country Name
      HUNGARY
    • Counterpart Institution
      素粒子核物理研究所
  • [Int'l Joint Research] 欧州宇宙機関(ESA)(スペイン)

    • Country Name
      SPAIN
    • Counterpart Institution
      欧州宇宙機関(ESA)
  • [Journal Article] Ongoing hydrothermal activities with Enceladus2015

    • Author(s)
      Hsu, H.-W., F. Postberg, Y. Sekine, T. Shibuya, S. Kempf, M. Horanyi, A. Juhasz, N. Altobelli, K. Suzuki, Y. Masaki, T. Kuwatani, S. Tachibana, S. Sirono, G. Moragas-Klostermeyer, R. Srama
    • Journal Title

      Nature

      Volume: 519 Pages: 207-210

    • DOI

      10.1038/nature14262

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Rotational pixel swapping method for detection of circular features in binary images2015

    • Author(s)
      Yamamoto, S., T. Matsunaga, R. Nakamura, Y. Sekine,, N. Hirata, Y. Yamaguchi
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing

      Volume: 53 Pages: 710-723

    • DOI

      10.1109/TGRS.2014.2327121

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Impact chemistry of methanol: Implications for volatile evolution on icy satellites and dwarf planets, and cometary delivery to the Moon2014

    • Author(s)
      Sekine, Y., H. Genda, Y. Muto, S. Sugita, T. Kadono, T. Matsui
    • Journal Title

      Icarus

      Volume: 243 Pages: 39-47

    • DOI

      10.1016/j.icarus.2014.08.034

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Exploration of Enceladus' water-rich plumes toward understanding of chemistry and biology of the interior ocean2014

    • Author(s)
      Sekine, Y., Y. Takano, H. Yano, R. Funase, K. Takai, M. Ishihara, T. Shibuya, S. Tachibana, K. Kuramoto, H. Yabuta, J. Kimura, Y. Furukawa
    • Journal Title

      Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan

      Volume: 12 Pages: 7-11

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Formation and geomorphologic history of the Lonar impact crater deduced from in situ cosmogenic 10Be and 26Al2014

    • Author(s)
      Nakamura, A., Y. Yokoyama, Y. Sekine, K. Goto, G. Komatsu, P. S. Kumar, H. Matsuzaki, I. Kaneoka, T. Matsui
    • Journal Title

      Geochemistry, Geophysics, Geosystems

      Volume: 15 Pages: 3190-3197

    • DOI

      10.1002/2014GC005376

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Enceladus' ongoing hydrothermal activity and issures for future explorations2015

    • Author(s)
      Sekine, Y.
    • Organizer
      MISASA V International symposium
    • Place of Presentation
      ブランナール三朝(鳥取県東伯郡三朝町)
    • Year and Date
      2015-03-06 – 2015-03-08
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ongoing hydrothermal activity in the chondritic core of Enceladus inferred from nano-silica particles and laboratory experiments2014

    • Author(s)
      Sekine, Y., F. Postberg, H.-W. Hsu, T. Shibuya, K. Suzuki, Y. Masaki, T. Kuwatani, S. Tachibana, S. Sirono
    • Organizer
      American Geophysical Union (AGU) fall meeting
    • Place of Presentation
      Moscone Center, USA
    • Year and Date
      2014-12-15 – 2014-12-19
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Observations and science of Galilean satellites by JUICE-SWI (Submillimeter Wave Instrument)2014

    • Author(s)
      Sekine, Y., Y. Kasai, H. Sagawa, T. Kuroda, K. Kodama, Y. Hori, M. Ikoma, K. Kuramoto, H. Yurimoto
    • Organizer
      JpGU Annual meeting 2014
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2014-04-28 – 2014-05-02

URL: 

Published: 2017-01-06   Modified: 2022-01-27  

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