高速度衝突天体物質と惑星大気間の化学反応による生命前駆物質生成に関する実験的研究

• Project/Area Number: 09J06885
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Solid earth and planetary physics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 黒澤 耕介 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000); Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2009: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
• Keywords: 生命起源 / 天体衝突 / シアノ化合物 / 高速度衝突実験 / 2段式軽ガス銃 / 開放系気相化学分析 / 炭素質隕石 / 空力加熱 / 高速発光分光解析 / 中性的大気 / 原始地球

Research Abstract

本研究では、天体衝突によって原始無生物地球上に生命前駆物質を供給する可能性について実験的に検証することを目的としている。先行研究から原始地球環境下では、天体衝突による生命前駆物質の合成効率は低く、生体関連分子までの化学進化を起こすのは難しいと考えられている。これは端的には、隕石中には窒素がほとんど含まれていないことが原因である。本研究では衝突天体物質に含まれる炭素と原始地球に豊富に存在したと考えられる窒素が効率よく反応する過程を提唱している。直径1km以下の天体が、低角度斜め衝突を起こした場合、衝突で粉砕された天体が下流側に飛び出し、周辺大気と激しく混合する。この過程は生命前駆物質として最重要物質であるシアノ化合物を効率よく生成できる可能性があるが、複雑な過程であるため、再現実験によるデータをもとにしたモデル化を行うことが求められている。今年度は、宇宙科学研究所の2段式軽ガス銃を利用し、再現実験を行う技術開発を行い、予備的な結果を取得した。従来加速銃を用いた実験では加速ガス、ガンデブリのために生成ガスの化学分析を行うことは困難であったが,これらの化学汚染を極力抑える手法を開発し、ガス分析を行う技術を確立することに成功した。弾丸,標的ともに酸素を含まないプラスチックを用いて、窒素中で衝突を起こした。最終的に生成された気体を簡易ガス検知管で分析したところ,およそ0.1%の蒸発炭素がシアノ化合物に変換されていることがわかった.シアノ化合物は生命起源に最も重要な役割を果たしたと考えられている。今後は実際の隕石試料を標的に用い、シアノ化合物の生成効率を計測する。またパラメータ依存性を調べることで現象のモデル化を行い、実際に原始地球表層環境での天体衝突によるシアノ化合物の合成量を推定していく。

Research Products

• [Journal Article] A pressure measurement method of high-temperature rock vapor plumes using atomic line broadening (2010)
  • Author(s): Kurosawa K., S.Sugita
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research Planets Volume: 115
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In-situ spectroscopic observations of silicate vaporization due to >10 km/s impacts using laser-driven projectiles (2010)
  • Author(s): Kuorsawa K., et al.
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 37
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Time-resolved spectroscopic observations of silicate vaporization/ionization due to>10 km/s impacts (2010)
  • Author(s): 黒澤耕介, ら
  • Journal Title: 日本惑星科学会誌遊星人 Volume: 19 Pages: 332-339
  • NAID: 110008007262
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Roles of shock-induced ionization due to >10km/s impacts on evolution of silicate vaporclouds (2010)
  • Author(s): Kurosawa, K., S.Sugita, T.Kadono, K.Shigemori, Y.Hironaka, N.Ozaki, A.Shiroshita, Y.Cho, T.Sakaiya, S.Fujioka, S.Tachibana, T.Vinci, R.Kodama, T.Matsui
  • Journal Title: Proceedings of Lunar and Planetary Science Confe rence XXXXI
• [Journal Article] Rotational-Temperature Measurements of Chemically Reacting CN using Band-Tail Spectra (2009)
  • Author(s): Kurosawa, K., S.Sugita, K.Fujita, K.Ishibashi, T.Kadono, S.Ohno, T.Matsui
  • Journal Title: Journal of Thermophysics and Heat Transfer 23 Pages: 463-472
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spectroscopic observations on CN radical production process due to oblique impacts : Thermodynamic states of impact- and laser-induced CN radicals (2009)
  • Author(s): Kurosawa, K., S.Sugita, S.Hasegawa, Y.Nagaoka, T.Matsui
  • Journal Title: Proceedings of 42th ISAS Lunar and Planetary Symposium (印刷中(掲載確定))
• [Presentation] Pressure measurements of self-luminous rock vapor plumes using atomic line broadening (2011)
  • Author(s): Kurosawa, K., S.Sugita
  • Organizer: Lunar and Planetary Science Conference
  • Place of Presentation: The Woodlands, Texas, U.S.
  • Year and Date: 2011-03-15
• [Presentation] 宇宙速度衝突による珪酸塩の熱力学進化 (2010)
  • Author(s): 黒澤耕介, ら
  • Organizer: 高圧討論会
  • Place of Presentation: 仙台市戦災復興記念館
  • Year and Date: 2010-10-22
• [Presentation] 衝突蒸気雲の膨張過程における電離の役割 (2010)
  • Author(s): 黒澤耕介, ら
  • Organizer: 日本惑星科学会秋期講演会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2010-10-08
• [Presentation] 宇宙速度衝突による珪酸塩の電離の役割 (2010)
  • Author(s): 黒澤耕介, ら
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2010年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ
  • Year and Date: 2010-05-27
• [Presentation] 発光分光法による高温岩石蒸気の圧力計測法 (2010)
  • Author(s): 黒澤耕介, 杉田精司
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2010年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ
  • Year and Date: 2010-05-25
• [Presentation] Roles of shock-induced ionization due to >10km/s impacts on evolution of silicate vaporclouds (2010)
  • Author(s): Kurosawa, K., S.Sugita, T.Kadono, K.Shigemori, T.Hironaka, N.Ozaki, A.Shiroshita, Y.Cho, T.Sakaiya, S.Fujioka, S.Tachibana, T.Cinci, R.Kodama, T.Matsui
  • Organizer: Lunar and Planetary Science Conference XXXXI
  • Place of Presentation: The Woodlands, Texas, U.S.A.
  • Year and Date: 2010-03-04
• [Presentation] 斜め衝突によるCNラジカル生成過程の発光分光観測 (2009)
  • Author(s): 黒澤耕介, 杉田精司, 長谷川直, 長岡洋一, 松井孝典
  • Organizer: 第42回月惑星シンポジウム
  • Place of Presentation: 相模原
  • Year and Date: 2009-08-08
• [Presentation] 宇宙速度衝突によるケイ酸塩蒸発のその場分光観測:衝撃加熱ケイ酸塩の相境界 (2009)
  • Author(s): 黒澤耕介, 杉田精司, 門野敏彦, 関根康人, 弘中陽一郎, 大谷一人, 佐野孝好, 境家達弘, 藤原隆史, 寳田圭司, 城下明之, 宮西宏併, 尾崎典雅, 藤岡慎介, 重森啓介, 大野宗祐, 橘省吾
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2009年大会
  • Place of Presentation: 幕張
  • Year and Date: 2009-05-08
• [Presentation] 鉄発光輝線を用いた模擬衝突蒸気雲の温度圧力同時計測 (2009)
  • Author(s): 黒澤耕介, 杉田精司
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2009年大会
  • Place of Presentation: 幕張
  • Year and Date: 2009-05-08