氷衛星内部におけるリンの存在状態の解明：生命を育む衛星の形成環境

• Project/Area Number: 22K14086
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 藤井 悠里 京都大学, 人間・環境学研究科, 助教 (40815164)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2025: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 氷衛星 / 内部海 / リン / ハビタビリティ

Outline of Research at the Start

氷衛星の内部海は、地球外生命生息地の有力候補の一つであると考えられている。内部海の環境は天体ごとに大きく異なる可能性が示唆されており、今後の生命探査ミッションの計画には、液体の水の存在以上の生命存在可能性の指標が必要である。本研究では、少なくとも地球生命には必須元素であるリンに着目し、氷衛星の内部海が生命に適した環境となり得るかどうかを研究する。高圧地球化学実験の分野で培われたノウハウを応用し、形成時の氷衛星が分化する際のリンの挙動を調べ、リンが内部海に溶出し生命に利用可能な形になるための条件を探る。そして、さらに、その条件が実現可能になるような衛星形成プロセスを理論的に解明する。

Outline of Annual Research Achievements

土星や木星の衛星の多くは表面が氷で覆われた氷衛星である。土星の衛星エンセラダスやタイタン、木星の衛星エウロパやガニメデなどの氷衛星は、氷で覆われた表面と岩石組成のマントル/コアの間に液体の海が存在すると考えられている。このような氷衛星の内部海は、地球外生命探査の有力候補地の一つとして、近年特に注目を集めている。
内部海の組成や環境は天体ごとに大きく異なる可能性があり、今後の生命探査ミッションの計画には、液体の水の存在以上の生命存在可能性の指標が必須である。我々は、少なくとも地球生命には必須元素であるリンに注目する。
内部海の底にある岩石マントルの鉱物組成を調べ、内部海にリンが溶出可能かどうかを調べるために、リンがどのような鉱物形態として存在するかを研究した。氷衛星が形成される際に、どのような組成の材料物質がどのように集積されたかは明らかにされておらず、理論・実験の両面から研究する必要がある。前年度までに引き続き、理論面ではガス惑星集積の最終段階における周惑星円盤の温度・密度構造の時間進化および、スノーラインの移動を計算した。また、含水コンドライト組成の試料を用いて氷衛星の内部環境を模擬した高圧相平衡実験では、非常に複雑な構造の試料が得られたため、研磨方法を工夫し、詳細な分析を行った。生成される鉱物の種類は温度などの実験条件によって変化することはもちろん、出発物質の組成を変えると、鉱物の構造が大きく変わることが明らかになった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

昨年度に引き続き、理論研究および実験生成物の分析を進めた。事情により新たな実験を行うことが出来なかったが、国際会議や学際研究会を複数開催し、有益な知見とネットワークを獲得することができた。

Strategy for Future Research Activity

共同研究者によるはやぶさ２の試料分析により、ナトリウムを含むリン酸塩が発見されたため、その形成条件を調べるための新たな実験を行いたい。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Tsung-Dao Lee Institute(中国)
• [Journal Article] Cosmic-Ray Ionization Rate in Protoplanetary Disks with Sheared Magnetic Fields (2022)
  • Author(s): Fujii Yuri I.、Kimura Shigeo S.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 937 Issue: 2 Pages: L37-L37
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ac86c2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] The role of magnetospheric cavity formation in the distinct configurations of satellite systems of Jupiter and Saturn (2025)
  • Author(s): Yuri I. Fujii, Masahiro Ogihara, and Yasunori Hori
  • Organizer: Circumplanetary Disks and Satellite Formation III
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Satellite Accretion (Jupiter vs Saturn) (2024)
  • Author(s): Yuri I. Fujii, Masahiro Ogihara, and Yasunori Hori
  • Organizer: Exploring the Jovian satellite system: from formation to habitability
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 宇宙線的ハビタビリティーの再定義に向けて (2024)
  • Author(s): 藤井悠里
  • Organizer: 宇宙線冬合宿
• [Presentation] 土星と木星の巨大衛星系の形成：惑星磁場強度と周惑星円盤の構造 (2024)
  • Author(s): 藤井悠里, 荻原正博, 堀安範
  • Organizer: 日本惑星科学会2024年秋季講演会
• [Presentation] 銀河(系)・原始惑星系円盤における 宇宙線的観点での「ハビタブルゾーン」の理解 (2024)
  • Author(s): 藤井悠里
  • Organizer: 「宇宙線学」の共創:宇宙線でつなぐ天体と生命の共進化の多角的研究
• [Presentation] 氷衛星の岩石マントルにおける リンの存在形態に ついて (2024)
  • Author(s): 藤井悠里, 武田真之介, 小木曽哲, 松本徹
  • Organizer: 第48回生命の起原および進化学会学術講演会
• [Presentation] 周惑星円盤における磁気圏降着と衛星系の構造 (2024)
  • Author(s): 藤井悠里, 荻原正博, 堀安範
  • Organizer: 惑星形成討論 会2024
• [Presentation] Formation of Satellite Systems around Jupiter and Saturn (2023)
  • Author(s): Yuri I. Fujii, Masahiro Ogihara, Yasunori Hori
  • Organizer: TDLI Mini Workshop on Planet Formation and Exoplanets
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Formation of Dynamically Distinct Satel- lite Systems of Jupiter and Saturn (2023)
  • Author(s): Yuri I. Fujii, Masahiro Ogihara, Yasunori Hori
  • Organizer: Core to Disk III
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Formation of Dynamically Distinct Satel- lite Systems of Jupiter and Saturn (2023)
  • Author(s): Yuri I. Fujii, Masahiro Ogihara, Yasunori Hori
  • Organizer: Protostars and Planets VII
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High-Pressure Experiments on Host Phases of Phosphorus in Icy-Moon Mantles (2023)
  • Author(s): 藤井悠里, 小木曽哲, 武田真之介, 篠崎綾子
  • Organizer: Workshop of Theoretical Astronomy 2023
• [Presentation] 氷衛星の岩石コアにおけるリンの存在状態につ いて (2023)
  • Author(s): 藤井悠里, 小木曽哲, 武田真之介, 篠崎彩子
  • Organizer: 第2回リンと生命の起源研究会
• [Presentation] 氷衛星の岩石コアにおけるリンのホスト相：コンドライトの含水高圧実験からの制約 (2023)
  • Author(s): 小木曽 哲、武田 真之介、藤井 悠里
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [Presentation] Formation of Dynamically Distinct Satellite Systems of Jupiter and Saturn (2023)
  • Author(s): Yuri I. Fujii, Masahiro Ogihara, Yasunori Hori
  • Organizer: 82th Fujihara Seminar
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Formation of Dynamically Distinct Satellite Systems of Jupiter and Saturn (2023)
  • Author(s): Yuri I. Fujii, Masahiro Ogihara, Yasunori Hori
  • Organizer: Protostars and Planets VII
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 原始惑星系円盤における磁場に沿った宇宙線の伝搬とガスの電離率分布 (2022)
  • Author(s): 藤井悠里、木村成生
  • Organizer: 宇宙線で繋ぐ文明・地球環境・太陽系・銀河 2022
• [Funded Workshop] Circumplanetary Disks and Satellite Formation III (2025)