還元型系外惑星大気における有機物エアロゾルの実験的研究

• 研究課題/領域番号: 11J06087
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 気象・海洋物理・陸水学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 洪 鵬 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円); 2013年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 2012年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
• キーワード: 惑星大気 / 光化学 / タイタン / 原始地球 / 有機物エアロゾル / 系外惑星 / 放射伝達 / 遠紫外線 / 海底熱水 / メタン / アルゴン同位体比 / 脱ガス史

研究概要

有機物エアロゾルはメタンに富む還元的な惑星大気中で光化学反応によって生成されるが、その生成経路は実験的にあまり制約されていない。酸素濃度が増大する以前の原始地球においては、有機物エアロゾル層が反温室効果または間接的温室効果によって地表温度に大きな影響を与えていたことが推測されているが、エアロゾル生成経路の不定性のため、これまで見積もられてきたエアロゾルの生成率や光学的厚みには大きな不定性が内在しているのが現状であった。また近年、太陽系外惑星の大気観測によって、系外惑星においても有機物エアロゾルの存在が示唆されており、大きな注目を浴びている。そこで、(1)エアロゾル生成経路の制約、及び(2)様々な大気組成、UVフラックス入射を持つ惑星大気へ応用可能な実験データの取得、を目的として、室内実験および光化学計算を行った。実験結果から、エアロゾル生成率はUVフラックスの1次関数的に増加することがわかった。またエアロゾル生成率のCH4/CO2ガス比依存性を調べた結果、CH4/CO2比が1を下回ると生成率は急速に低下することがわかった。この実験結果を解釈するため、1ボックス光化学モデルを構築し、実験条件における反応経路を解析した。その結果、ベンゼンがエアロゾルの生成を律速していることがわかった。一方で、過去の光化学モデルでエアロゾル生成反応に寄与すると仮定されていたポリンの重合反応は、エアロゾル生成率とあまり相関が良くないことがわかった。原始地球でのエアロゾル生成率を見積もると、過去の研究による見積もりより2桁程度小さくなることがわかった。この理由は、先行研究ではエアロゾルの生成に直接関与しない分子も含めての生成率を計算していたため、遠紫外線によるエアロゾル生成量を過大評価していたことが原因である。これらの結果から、原始地球においては遠紫外線で生成されるエアロゾル層は光学的に薄く、反温室効果も間接的温室効果も聞かないことが推測される。一方でメタン・二酸化炭素・水・エタンなどの他の赤外活性気体による温室効果ガスが卓越していたことが示唆された。

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

研究成果

• [雑誌論文] A ground-based observation of the LCROSS impact events using the Subaru Telescope (2011)
  • 著者名/発表者名: Peng K.Hong, Seiji Sugita, Natsuko Okamura, Yasuhito Sekine, Hiroshi Terada, Naruhisa Takatoh, Yutaka Hayano, Tetsuharu Fuse, Tae-Soo Pyo, Hideyo Kawakita, Diane H.Wooden, Eliot F.Young, Paul G.Lucey, Kosuke Kurosawa, Hidenori Genda, Junichi Haruyama, Reiko Furusho, Toshihiko Kadono, Ryosuke Nakamura, Shunichi Kamata, Taiga Hamura, Tomohiko Sekiguchi, Mitsuru Soma, Hirotomo Noda, Jun-ichi Watanabe
  • 雑誌名: ICARUS 巻: 214 号: 1 ページ: 21-29
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2011.05.008
  • 査読あり
• [学会発表] Production Mechanism of Organic Aerosols in a CH4/CO2 Atmosphere by far UV Light (2014)
  • 著者名/発表者名: Peng K. Hong, Yasuhito Sekine, Seiji Sugita
  • 学会等名: Goldschmidt 2014
  • 発表場所: Sacramento Convention Center, California, USA(発表確定)
  • 年月日: 2014-06-08
• [学会発表] Organic aerosol experiments for CH4/CO2 atmospheres using a hydrogen/helium UV lamp (2014)
  • 著者名/発表者名: Peng K. Hong, Yasuhito Sekine, Seiji Sugita
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、神奈川(発表確定)
  • 年月日: 2014-04-28
• [学会発表] Reducing Atmospheres and Habitability of Deep-ocean Exoplanets (2013)
  • 著者名/発表者名: Peng K. Hong, Yasuhito Sekine, Seiji Sugita
  • 学会等名: The 5^<th> Subaru International Conference
  • 発表場所: Sheraton Kona Resort & Spa, Hawaii, USA
  • 年月日: 2013-12-09
• [学会発表] 大気中のアルゴン量と同位体比から制約するタイタン脱ガス史 (2012)
  • 著者名/発表者名: 洪 鵬、関根 康人, 長 勇一郎, 杉田 精司
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
  • 発表場所: 幕張メッセ(千葉県)
  • 年月日: 2012-05-25
• [学会発表] 大気中のアルゴン量と同位体比から制約するタイタン脱ガス史 (2012)
  • 著者名/発表者名: 洪鵬, 関根康人, 長勇一郎, 杉田精司
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
  • 発表場所: 幕張メッセ(発表確定)
  • 年月日: 2012-05-24
• [学会発表] 系外地球型惑星における大気組成と海水量の関係 (2012)
  • 著者名/発表者名: 拱 鵬, 関根 康人, 杉田 精司
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
  • 発表場所: 幕張メッセ(千葉県)
  • 年月日: 2012-05-22
• [学会発表] 系外地球型惑星における大気組成と海水量の関係 (2012)
  • 著者名/発表者名: 洪鵬, 関根康人, 杉田精司
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
  • 発表場所: 幕張メッセ(発表確定)
  • 年月日: 2012-05-22
• [学会発表] REDUCING ATMOSPHERES ON TERRESTRIAL EXOPLANETS WITH DEEP SURFACE OCEANS (2012)
  • 著者名/発表者名: Peng K, Hong, Yasuhito Sekine, Siji Sugita
  • 学会等名: Astrobiology Science Conference 2012
  • 発表場所: Georgia Tech Hotel & Conference Center (Atlanta, CA)
  • 年月日: 2012-04-19
• [学会発表] Reducing Atmospheres on Terrestrial Exoplanets with Deep Surface Oceans (2012)
  • 著者名/発表者名: Peng K.Hong, Yasuhito Sekine, Seiji Sugita
  • 学会等名: Astrobiology Science Conference 2012
  • 発表場所: ジョージア工科大学ジョージア州、米国(発表確定)
  • 年月日: 2012-04-19
• [学会発表] 光化学大気モデルの構築と地球型系外惑星への応用 (2011)
  • 著者名/発表者名: 洪鵬, 関根康人, 杉田精司
  • 学会等名: 日本惑星科学会2011秋季講演会
  • 発表場所: 相模女子大学
  • 年月日: 2011-10-25