火星の海および表層氷の進化史：火星隕石の地球化学的解析からの制約（国際共同研究強化）

• 研究課題/領域番号: 15KK0153
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 岩石・鉱物・鉱床学
• 研究機関: 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 (2018-2019); 東京工業大学 (2015-2017)
• 研究代表者: 臼井 寛裕 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (60636471)
• 研究期間 (年度): 2016 – 2019
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 14,300千円 (直接経費: 11,000千円、間接経費: 3,300千円)
• キーワード: 火星 / 火星隕石 / 水 / 水素同位体

研究成果の概要

本研究では、米航空宇宙局（NASA）ジョンソン宇宙センターおよびカーネギー研究所との国際共同プロジェクトにより、二次イオン質量分析計を用いた低汚染での水素同位体分析法を開発、火星隕石の衝撃ガラスに含まれる微量な火星表層水成分の高精度水素同位体分析に成功した。水素同位体分析に基づき、火星地下に新たな水素の貯蔵層が存在することを発見した。水素貯蔵量は過去に火星表面に存在した海水量に匹敵し、現在は地下に凍土あるいは含水化した地殻として存在していることを突き止めた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

惑星表層環境は，その惑星近傍だけではなく，太陽系全体のダイナミクスの結果を反映しているため，異なる惑星間での表層環境の違いを理解することが，地球表層環境を理解する上でも非常に重要となってくる。地球以外で過去に液体の水を保持していた太陽系天体は火星のみであり，火星は地球との比較対象として，惑星表層環境の解明に適した天体と言える。本研究により，火星の水の散逸史および表層環境進化が明らかとなるだけでなく，異なるサイズ・太陽距離を持つ地球表層環境の理解が飛躍的に進むと期待される。

研究成果

• [国際共同研究] NASA(米国) (2017)
  • 年月日: 2017-03-17
• [国際共同研究] カーネギー研究所(米国) (2016)
• [雑誌論文] Climate Simulations of Early Mars With Estimated Precipitation, Runoff, and Erosion Rates (2020)
  • 著者名/発表者名: Ramirez Ramses M.、Craddock Robert A.、Usui Tomohiro
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Planets 巻: 125 号: 3
  • DOI: 10.1029/2019je006160
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Geochemically heterogeneous Martian mantle inferred from Pb isotope systematics of depleted shergottites (2020)
  • 著者名/発表者名: Moriwaki Ryota、Usui Tomohiro、Tobita Minato、Yokoyama Tetsuya
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 274 ページ: 157-171
  • DOI: 10.1016/j.gca.2020.01.014
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Transport of impact ejecta from Mars to its moons as a means to reveal Martian history (2019)
  • 著者名/発表者名: Hyodo Ryuki、Kurosawa Kosuke、Genda Hidenori、Usui Tomohiro、Fujita Kazuhisa
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 19833-19833
  • DOI: 10.1038/s41598-019-56139-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Measuring the Elemental Composition of Phobos: The Mars-moon Exploration with GAmma rays and NEutrons (MEGANE) Investigation for the Martian Moons eXploration (MMX) Mission (2019)
  • 著者名/発表者名: Lawrence, D. J., Peplowski, P. N., Beck, A. W., Burks, M. T., Chabot, N. L., Cully, M. J., Elphic, R. C., Ernst, C. M., Fix, S., Goldsten, J. O., Hoffer, E. M., Kusano, H., Murchie, S. L., Schratz, B. C., Usui, T., Yokley, Z. W.
  • 雑誌名: Earth and Space Science 巻: 6 号: 12 ページ: 2605-2623
  • DOI: 10.1029/2019ea000811
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] What Geology and Mineralogy Tell Us About Water on Mars (2019)
  • 著者名/発表者名: Usui Tomohiro
  • 雑誌名: Astrobiology 巻: - ページ: 345-352
  • DOI: 10.1007/978-981-13-3639-3_21
  • ISBN: 9789811336386, 9789811336393
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The potential science and engineering value of samples delivered to Earth by Mars sample return (2019)
  • 著者名/発表者名: Beaty D. W., Usui, T. et al.
  • 雑誌名: Meteoritics & Planetary Science 巻: 54 号: S1
  • DOI: 10.1111/maps.13242
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hydrogen Reservoirs in Mars as Revealed by Martian Meteorites (2019)
  • 著者名/発表者名: Usui Tomohiro
  • 雑誌名: Volatiles in the Martian Crust 巻: - ページ: 71-88
  • DOI: 10.1016/b978-0-12-804191-8.00004-0
  • ISBN: 9780128041918
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 火星地下圏探査の科学的意義および戦略 (2018)
  • 著者名/発表者名: 臼井 寛裕
  • 雑誌名: 日本惑星科学会誌遊星人 巻: 27 号: 4 ページ: 296-301
  • DOI: 10.14909/yuseijin.27.4_296
  • NAID: 130007635082
  • ISSN: 0918-273X, 2423-897X
  • 年月日: 2018-12-25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 火星生命探査のための生命探査顕微鏡の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉村 義隆、長沼 毅、三田 肇、藤田 和央、臼井 寛裕、山岸 明彦、佐藤 毅彦、宮川 厚夫、今井 栄一、佐々木 聰、小林 憲正、癸生川 陽子、薮田 ひかる
  • 雑誌名: 日本惑星科学会誌遊星人 巻: 27 号: 3 ページ: 147-151
  • DOI: 10.14909/yuseijin.27.3_147
  • NAID: 130007546881
  • ISSN: 0918-273X, 2423-897X
  • 年月日: 2018-09-25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 太陽系ハビタブル惑星の成立を探る火星衛星探査計画MMX (2018)
  • 著者名/発表者名: 倉本 圭、諸田 智克、長岡 央、中川 広務、中村 智樹、小川 和律、大嶽 久志、尾崎 正伸、佐々木 晶、千秋 博紀、橘 省吾、川勝 康弘、寺田 直樹、臼井 寛裕、和田 浩二、渡邊 誠一郎、MMX study team、藤本 正樹、玄田 英典、平田 成、今村 剛、亀田 真吾、松本 晃治、宮本 英昭
  • 雑誌名: 日本惑星科学会誌遊星人 巻: 27 号: 3 ページ: 207-215
  • DOI: 10.14909/yuseijin.27.3_207
  • NAID: 130007546969
  • ISSN: 0918-273X, 2423-897X
  • 年月日: 2018-09-25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 火星研究における「火星隕石」の役割：これまでの貢献と将来の展望 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小池 みずほ、森脇 涼太、臼井 寛裕
  • 雑誌名: 日本惑星科学会誌遊星人 巻: 27 号: 3 ページ: 180-189
  • DOI: 10.14909/yuseijin.27.3_180
  • NAID: 130007546893
  • ISSN: 0918-273X, 2423-897X
  • 年月日: 2018-09-25
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Water and Volatile Inventories of Mercury, Venus, the Moon, and Mars (2018)
  • 著者名/発表者名: Greenwood James P.、Karato Shun-ichiro、Vander Kaaden Kathleen E.、Pahlevan Kaveh、Usui Tomohiro
  • 雑誌名: Space Science Reviews 巻: 214 号: 5 ページ: 1-39
  • DOI: 10.1007/s11214-018-0526-1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A lower limit of atmospheric pressure on early Mars inferred from nitrogen and argon isotopic compositions (2018)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa Hiroyuki、Kurosawa Kosuke、Usui Tomohiro
  • 雑誌名: Icarus 巻: 299 ページ: 443-459
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2017.08.020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Re-Os isotope systematics and fractionation of siderophile elements in metal phases from CBa chondrites (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakanishi Nao、Yokoyama Tetsuya、Okabayashi Satoki、Usui Tomohiro、Iwamori Hikaru
  • 雑誌名: Meteoritics & Planetary Science 巻: 53 号: 5 ページ: 1051-1065
  • DOI: 10.1111/maps.13050
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] LDM (Life Detection Microscope): In Situ Imaging of Living Cells on Surface of Mars (2018)
  • 著者名/発表者名: Akihiko YAMAGISHI, Takehiko SATOH, Atsuo MIYAKAWA, Yoshitaka YOSHIMURA, Satoshi SASAKI, Kensei KOBAYASHI, Yoko KEBUKAWA, Hikaru YABUTA, Hajime MITA, Eiichi IMAI, Takeshi NAGANUMA, Kazuhisa FUJITA, Tomohiro USUI
  • 雑誌名: TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN 巻: 16 号: 3 ページ: 299-305
  • DOI: 10.2322/tastj.16.299
  • NAID: 130006731648
  • ISSN: 1884-0485
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Glycine polymerization on oxide minerals (2017)
  • 著者名/発表者名: Kitadai, N., Oonishi H., Umemoto K., Usui T., Fukushi K. and Nakashima S.
  • 雑誌名: Origins of Life and Evolution of Biospheres 巻: 印刷中 号: 2 ページ: 123-143
  • DOI: 10.1007/s11084-016-9516-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Coupled Pb isotopic and trace element systematics of the Tissint meteorite: Geochemical signatures of the depleted shergottite source mantle (2017)
  • 著者名/発表者名: Moriwaki Ryota、Usui Tomohiro、Simon Justin I.、Jones John H.、Yokoyama Tetsuya、Tobita Minato
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 474 ページ: 180-189
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2017.06.044
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Martian water stored underground (2017)
  • 著者名/発表者名: Usui Tomohiro
  • 雑誌名: Nature 巻: 552 号: 7685 ページ: 339-340
  • DOI: 10.1038/d41586-017-08670-y
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] New constraints on shergottite petrogenesis from analysis of Pb isotopic compositional space: Implications for mantle heterogeneity and crustal assimilation on Mars (2017)
  • 著者名/発表者名: Tobita, M., Usui, T., and Yokoyama, T.
  • 雑誌名: ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＪＯＵＲＮＡＬ 巻: 51 号: 1 ページ: 81-94
  • DOI: 10.2343/geochemj.2.0446
  • NAID: 130005317104
  • ISSN: 0016-7002, 1880-5973
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Precise isotope analysis for sub-nanogram lead by total evaporation thermal ionization mass spectrometry (TE-TIMS) coupled with 204Pb-207Pb double spike method. (2017)
  • 著者名/発表者名: Fukami, Y., Tobita, M., Yokoyama, T., Moriwaki, R., Usui, T.
  • 雑誌名: Journal of Analytical Atomic Spectrometry 巻: 32 号: 4 ページ: 848-857
  • DOI: 10.1039/c6ja00455e
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hydrogen reservoirs in Mars as revealed by Martian meteorites (2017)
  • 著者名/発表者名: Usui, T.
  • 雑誌名: Volatiles In The Martian Crust 巻: 印刷中
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The sustainability of habitability on terrestrial planets: insights, questions, and needed measurements from Mars for understanding the evolution of Earth-like worlds (2016)
  • 著者名/発表者名: Ehlmann, B. L. et al. (incl. Usui, T.)
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research-Planets 巻: 121 号: 10 ページ: 1927-1961
  • DOI: 10.1002/2016je005134
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Interactive evolution of multiple water-ice reservoirs on Mars: Insights from hydrogen isotope compositions (2016)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa, H., Usui, T., and Sato, M.
  • 雑誌名: ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＪＯＵＲＮＡＬ 巻: 50 号: 1 ページ: 67-79
  • DOI: 10.2343/geochemj.2.0407
  • NAID: 130005124702
  • ISSN: 0016-7002, 1880-5973
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 今後の惑星探査における地球化学の役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 臼井寛裕
  • 学会等名: 日本地球化学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 将来惑星探査が次世代分析技術に期待すること (2018)
  • 著者名/発表者名: 臼井寛裕
  • 学会等名: 量子ビームを用いた次世代非破壊分析技術とその応用
  • 招待講演
• [学会発表] 火星の水と表層環境の進化史 (2018)
  • 著者名/発表者名: 臼井寛裕
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合 高校生のための冬休み講座2018
  • 招待講演
• [学会発表] MMXのサンプルサイエンス検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 臼井寛裕, 岡崎隆司, 高野淑識, 橘省吾, 藤谷渉, 三浦弥生, 澤田弘崇
  • 学会等名: 第18回 宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] 着陸機による火星環境探査リサーチグループの成果報告 (2018)
  • 著者名/発表者名: 臼井寛裕, 佐藤毅彦, 亀田真吾, 宮本英昭, 山岸明彦, 藤田和央, 石上玄也, 火星着陸 RG
  • 学会等名: 第18回 宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] 火星表層と世界の生命探査計画 (2018)
  • 著者名/発表者名: 臼井寛裕
  • 学会等名: アストロバイオロジーセンターシンポジウム 2018
  • 招待講演
• [学会発表] The Importance of Phobos Sample Return for Understanding the Mars-moon system (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Usui
  • 学会等名: Europlanet & International Space Science Institute Workshop "Role of Sample Return in Addressing Major Outstanding Questions in Planetary Sciences"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 火星の水の歴史と分布 (2018)
  • 著者名/発表者名: 臼井寛裕
  • 学会等名: 第19回惑星圏研究会
• [学会発表] Japanese Exploration of the Mars-Moon System (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Usui
  • 学会等名: Circumplanetary Disks and Satellite Formation
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hydrogen Isotopic Constraints on the Evolution of Surface and Subsurface Water on Mars (2017)
  • 著者名/発表者名: Usui, T., Kurokawa, H., Alexander C. M.O'D., Wang J., Simon
  • 学会等名: 48th Lunar and Planetary Science Conference
  • 発表場所: Woodlands, TX. USA
  • 年月日: 2017-03-21
  • 国際学会
• [学会発表] Tracing the Origin and Evolution of Volatiles on Mars: Constraints from Elemental and Isotopic Compositions of Nitrogen and Noble Gases (2017)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa, H., Kurosawa, K., Usui, T.
  • 学会等名: 48th Lunar and Planetary Science Conference
  • 発表場所: Woodlands, TX. USA
  • 年月日: 2017-03-21
  • 国際学会
• [学会発表] Hydrogen reservoirs in Mars as revealed by SNC meteorites (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Usui
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2017年大会
• [学会発表] 着陸機による火星環境探査リサーチグループの成果報告 (2017)
  • 著者名/発表者名: 臼井寛裕, 佐藤毅彦, 亀田真吾, 宮本英昭, 山岸明彦, 藤田和央, 石上玄也, 火星着陸 RG
  • 学会等名: 第50回 月・惑星シンポジウムプログラム
• [学会発表] 揮発性物質探査の意義と無人・有人探査のメリット (2017)
  • 著者名/発表者名: 臼井寛裕
  • 学会等名: 第50回 月・惑星シンポジウムプログラム
  • 招待講演
• [学会発表] 火星―衛星圏への日本の将来探査計画 (2017)
  • 著者名/発表者名: 臼井寛裕
  • 学会等名: 日本地球化学会第64回年会
• [学会発表] 着陸機による火星環境探査計画の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 臼井寛裕, 佐藤毅彦, 亀田真吾, 宮本英昭, 山岸明彦, 藤田和央, 石上玄也, 火星着陸 RG
  • 学会等名: 2017 日本惑星科学会 秋季講演会
• [学会発表] Future Japanese Exploration of the Mars-Moon System (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Usui
  • 学会等名: ELSI/EON International Workshop on Life Detection Technology: For Mars, Enceladus and Beyond
  • 国際学会
• [学会発表] The Evolution of Water in the Martian Atmosphere, Hydrosphere, and Cryosphere: Insights from Hydrogen Isotopes (2016)
  • 著者名/発表者名: Usui, T., Kurokawa, H., Alexander C. M.O'D., Wang J., Simon
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 発表場所: San Francisco, CA. USA
  • 年月日: 2016-12-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] Volatiles in the Martian Crust (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Usui
  • 総ページ数: 432
  • 出版者: Elsevier
  • ISBN: 9780128041918
• [備考] Usui Research Group
  • URL: https://planetb.sci.isas.jaxa.jp/aqua/
• [備考] Usui Research Group
  • URL: https://planetb.sci.isas.jaxa.jp/aqua/index.html
• [備考] Mars Science Team of Tokyo Tech
  • URL: https://sites.google.com/site/marssciencet3/