氷天体地下海の安定性と進化のモデルの構築

• 研究課題/領域番号: 17K05635
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 固体地球惑星物理学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 木村 淳 大阪大学, 理学研究科, 助教 (00536138)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2017年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 氷天体 / 内部構造 / 進化 / 生命 / アストロバイオロジー / 衛星 / 熱史 / 氷 / 惑星起源・進化 / 惑星探査 / 宇宙科学 / 地球・惑星内部構造

研究成果の概要

氷天体における地下海の長期進化を説明するための数値モデルを構築した．本モデルは，天体の岩石とH2Oの質量比に応じた内部層構造と，初期温度分布（H2O殻の固液状態）および岩石核中の長寿命放射性同位体の濃集度を与えることで，46億年間の温度変化と地下海の生成・消滅を含めた厚さの変化を追跡でき，高圧氷も含めた氷天体の多様な内部構造に適用可能である．冥王星を対象とした計算では，現在の冥王星が地下海を持つためには，氷の融点粘性率が1E15 Pas以上でなくてはならないことや，初期に1質量%のアンモニアが存在する場合は，地下海の存在期間が10億年以上延びることが分かった．

研究成果の学術的意義や社会的意義

海という大規模な液体水圏の有無とその進化の描像に迫ることは，「生命の起源」という究極の問題への直接的なアプローチのひとつである。特に氷天体という，地球外天体での生命発生環境の候補地としての科学的重要性は，日本惑星科学会が「太陽系における前生命環境の進化―生命圏の誕生・持続に至る条件の解明」として将来目標に掲げているなど，国内外で共通した認識にある。本課題は，太陽系の生命存在可能領域が地球近傍だけではないことを，理論的解析と実証的調査への示唆によって提示する。これは太陽系内天体における宇宙生命論のみならず，系外惑星観測も含めた宇宙の普遍的な生命居住可能性の理解に繋がり，波及効果は大きい。

研究成果

• [国際共同研究] ドイツ航空宇宙研究所(ドイツ)
• [国際共同研究] スウエーデン宇宙物理研究所(スウェーデン)
• [国際共同研究] パリ天文台(フランス)
• [国際共同研究] ドイツ航空宇宙センター(ドイツ)
• [国際共同研究] スウェーデン宇宙物理学研究所(スウェーデン)
• [国際共同研究] パリ天文台(フランス)
• [雑誌論文] Stability of the subsurface ocean of Pluto (2020)
  • 著者名/発表者名: J. Kimura and S. Kamata
  • 雑誌名: Planetary and Space Science 巻: 181 ページ: 104828-104828
  • DOI: 10.1016/j.pss.2019.104828
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Ganymede laser altimeter (GALA): key objectives, instrument design, and performance (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Hussmann, K. Lingenauber, R. Kallenbach, K. Enya, N. Thomas, L. M. Lara, C. Althaus, H. Araki, T. Behnke, J. M. Castro-Marin, H. Eisenmenger, T. Gerber, M. H. de la Revilla, C. Huttig, K. Ishibashi, J. Jimenez-Ortega, J. Kimura et al.
  • 雑誌名: CEAS Space Journal 巻: - 号: 4 ページ: 381-390
  • DOI: 10.1007/s12567-019-00282-8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hidden Concepts in the History and Philosophy of Origins-of-Life Studies: a Workshop Report. (2019)
  • 著者名/発表者名: Mariscal, C., Barahona, A., Aubert-Kato, N. Nakagawa, M., et al.
  • 雑誌名: Origins of Life and Evolution of Biospheres 巻: 49 号: 3 ページ: 111-145
  • DOI: 10.1007/s11084-019-09580-x
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Plutos ocean is capped and insulated by gas hydrates (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Kamata, F. Nimmo, Y. Sekine, K. Kuramoto, N. Noguchi, J. Kimura, A. Tani
  • 雑誌名: Nature Geosicence 巻: 12 号: 6 ページ: 407-410
  • DOI: 10.1038/s41561-019-0369-8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Active Surface and Interior of Europa as a Potential Deep Habitat (2019)
  • 著者名/発表者名: Jun Kimura
  • 雑誌名: in Astrobiology 巻: - ページ: 383-397
  • DOI: 10.1007/978-981-13-3639-3_24
  • ISBN: 9789811336386, 9789811336393
  • 査読あり
• [雑誌論文] The geomorphology, color, and thermal properties of Ryugu: Implications for parent-body processes (2019)
  • 著者名/発表者名: Seiji Sugita, R. Honda, T. Morota, S. Kameda, H. Sawada, E. Tatsumi, M. Yamada, C. Honda, Y. Yokota, T. Kouyama, N. Sakatani, K. Ogawa, H. Suzuki, T. Okada, N. Namiki, S. Tanaka, Y. Iijima, K. Yoshioka, M. Hayakawa, Y. Cho, M. Matsuoka, N. Hirata, N. Hirata, H. Miyamoto, Jun Kimura
  • 雑誌名: Science 巻: 17 号: 6437 ページ: 252-252
  • DOI: 10.1126/science.aaw0422
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Science Objectives of the Ganymede Laser Altimeter (GALA) for the JUICE mission (2018)
  • 著者名/発表者名: Jun Kimura, H. Hussmann, S. Kamata, K. Matsumoto, J. Oberst, G. Steinbrugge, A. Stark, K. Gwinner, S. Oshigami, N. Namiki, K. Lingenauber, K. Enya, K. Kuramoto, and S. Sasaki
  • 雑誌名: Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences 巻: 17 号: 2 ページ: 234-243
  • DOI: 10.2322/tastj.17.234
  • NAID: 130007607430
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Feasibility of the exploration of the subsurface structures of Jupiter's icy moons by interference of Jovian hectometric and decametric radiation (2018)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Kumamoto, Y. Kasaba, F. Tsuchiya, H. Misawa, H. Kita, W. Puccioy, J.-E. Wahlundy, J. Bergmany, B. Cecconi, Y. Gotox, Jun Kimura
  • 雑誌名: Planetary Radio Emissions VIII 巻: - ページ: 127-136
  • DOI: 10.1553/pre8s127
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Global classification of lunar reflectance spectra obtained by Kaguya (SELENE): Implication for hidden basaltic materials (2018)
  • 著者名/発表者名: Hareyama, M., Y. Ishihara, H. Demura, N. Hirata, C. Honda, S. Kamata, Y. Karouji, J. Kimura, T. Morota, H. Nagaoka, R. Nakamura, S. Yamamoto, Y. Yokota, M. Ohtake
  • 雑誌名: Icarus 巻: 321 ページ: 407-425
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2018.11.016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orbital evolution of Saturn's mid-sized moons and the tidal heating of Enceladus (2018)
  • 著者名/発表者名: Ayano Nakajima, S. Ida, Jun Kimura, and R. Brasser
  • 雑誌名: Icarus 巻: 317 ページ: 570-582
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2018.08.030
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Science Objectives of the Ganymede Laser Altimeter (GALA) for the JUICE mission (2018)
  • 著者名/発表者名: Jun Kimura et al.
  • 雑誌名: Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences 巻: -
  • NAID: 130007607430
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Feasibility of the exploration of the subsurface structures of Jupiter's icy moons by interference of Jovian hectometric and decametric radiation (2018)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Kumamoto, Jun Kimura et al.
  • 雑誌名: Planetary Radio Emissions VIII 巻: -
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 木星氷衛星に非H2O氷を探す (2020)
  • 著者名/発表者名: 木村淳，高木聖子，松尾太郎
  • 学会等名: 第7回衛星系研究会
• [学会発表] 太陽系天体の宇宙風化再現実験に向けた汎用プラズマ照射装置の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 木村 智樹, 木村 淳, 吉岡 和夫, 村上 豪, 寺田 直樹, 臼井 英之, 西野 真木, 横田 勝一郎, 三宅 洋平
  • 学会等名: 第7回衛星系研究会
• [学会発表] Tectonics on icy bodies: morphology and origin, Fracture and Geomorphology (2019)
  • 著者名/発表者名: Jun Kimura
  • 学会等名: Osaka workshop for nonequilibrium physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Explorations and current understandings for subsurface ocean of icy bodies (2019)
  • 著者名/発表者名: Jun Kimura
  • 学会等名: JpGU Meeting 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] An interior structure model of Pluto resolving its mysteries (2019)
  • 著者名/発表者名: Shunichi Kamata, Francis Nimmo, Yasuhito Sekine, Kiyoshi Kuramoto, Naoki Noguchi, Jun Kimura, Atsushi Tani
  • 学会等名: JpGU Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Inclusion of brine into icy shell of Enceladus (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryusuke Nishitani, Atsushi Tani, Sho Sasaki and Jun Kimura
  • 学会等名: JpGU Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Stability of the subsurface ocean of Pluto (2019)
  • 著者名/発表者名: Jun Kimura, and Shunichi Kamata
  • 学会等名: AOGS2019
  • 国際学会
• [学会発表] 土星衛星EnceladusとMimasにおけるメタンハイドレートの形成と熱進化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西谷隆介，木村淳，谷篤史，佐々木晶
  • 学会等名: 日本惑星科学会2019年秋季講演会
• [学会発表] 潮汐変形と位相の遅れを考慮したGanymedeの強制秤動 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小島晋一郎，木村淳，鎌田俊一
  • 学会等名: 日本惑星科学会2019年秋季講演会
• [学会発表] 冥王星の窒素氷の昇華と凝結による反射率分布の変化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松井弥志，木村淳
  • 学会等名: 日本惑星科学会2019年秋季講演会
• [学会発表] 太陽系天体の宇宙風化再現実験に向けた汎用プラズマ照射装置の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 木村 智樹, 木村 淳, 吉岡 和夫, 村上 豪, 寺田 直樹, 臼井 英之, 西野 真木, 横田 勝一郎, 三宅 洋平
  • 学会等名: 第146回 SGEPSS総会および講演会
• [学会発表] Science targets of the GAnymede Laser Altimeter (GALA) for the JUICE mission (2019)
  • 著者名/発表者名: 木村淳，並木則行，鎌田俊一，松本晃治，押上祥子，塩谷圭吾，倉本圭ほか
  • 学会等名: JpGU Meeting 2019
• [学会発表] Forced libration of Ganymede including the visco-elastic tidal deformation (2019)
  • 著者名/発表者名: 小島晋一郎, 木村淳，鎌田俊一
  • 学会等名: JpGU Meeting 2019
• [学会発表] Evolution of Pluto's surface albedo due to sublimation and condensation of ice (2019)
  • 著者名/発表者名: 松井弥志，木村淳
  • 学会等名: JpGU Meeting 2019
• [学会発表] Interior evolution of Galilean satellites (2019)
  • 著者名/発表者名: Shunichi Kamata and Jun Kimura
  • 学会等名: Symposium on Planetary Sciences 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Clues from above: Topographic signatures of icy surface dynamics using laser altimetry and implications for the Ganymede laser altimeter (GALA) (2019)
  • 著者名/発表者名: Catherine Walker, Jun Kimura, and Alex Gardner
  • 学会等名: 50th LPSC
  • 国際学会
• [学会発表] Thermal evolution and stability of subsurface ocean in Pluto Metallic core and thermal evolution of icy bodies (2018)
  • 著者名/発表者名: Jun Kimura
  • 学会等名: JpGU Meeting 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The Ganymede Laser Altimeter (GALA) for ESA’s Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) Mission (2018)
  • 著者名/発表者名: Hauke Hussmann, Kay Lingenauber, Reinald Kallenbach, Jurgen Oberst, Keigo Enya, Masanori Kobayashi, Noriyuki Namiki, Jun Kimura, N. Thomas, L. Lara, Gregor Steinbrugge, Alexander Stark, Fabian Luedicke, Thomas Behnke, Christian Althaus, Simone Del Togno, Belinda Borgs, Harald Michaelis, Judit Janchen
  • 学会等名: EPSC 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Evolution of Pluto’s subsurface ocean and constraint on its interior (2018)
  • 著者名/発表者名: Jun Kimura, and Shunichi Kamata
  • 学会等名: AOGS2018
  • 国際学会
• [学会発表] Volume Expansion of Ganymede due to Temperature Change and Phase Change of Ices (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoda Masahiro, Jun Kimura, Yashito Sekine, Kei Kurita
  • 学会等名: Cryovolcanism in the Solar System Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Evolution of subsurface ocean of Pluto and constraint on its interior (2018)
  • 著者名/発表者名: Jun Kimura and Shunichi Kamata
  • 学会等名: JpGU Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Inclusion of ammonium ion into clathrate hydrate in subsurface ocean of icy moon (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryusuke Nishitani, Jun Kimura, Atsushi Tani, Sho Sasaki
  • 学会等名: 14th International Conference on the Physics and Chemistry of Ice
  • 国際学会
• [学会発表] JUICE 搭載ガニメデレーザ高度計 (GALA)－ 概要および日本チーム開発状況 (2018)
  • 著者名/発表者名: 塩谷圭吾，並木則行，小林正規，木村淳
  • 学会等名: 日本惑星科学会2018年秋季講演会
• [学会発表] 冥王星表面の氷の昇華と凝結による反射率の変化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松井弥志，木村淳
  • 学会等名: 日本惑星科学会2018年秋季講演会
• [学会発表] 土星衛星エンセラダス熱進化におけるクラスレートハイドレートの役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西谷隆介，木村淳，谷篤史，佐々木晶
  • 学会等名: 日本惑星科学会2018年秋季講演会
• [学会発表] 冥王星地下海の安定性と進化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 木村淳，鎌田俊一
  • 学会等名: 日本惑星科学会2018年秋季講演会
• [学会発表] 木星圏探査機JUICE 搭載レーザ高度計（GALA）の科学目標 (2018)
  • 著者名/発表者名: 木村淳，並木則行，鎌田俊一，松本晃治，押上祥子，塩谷圭吾，倉本圭
  • 学会等名: 第144回 SGEPSS総会および講演会
• [学会発表] 氷天体熱進化に対するクラスレートハイドレートの影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西谷隆介，木村淳，谷篤史，佐々木晶
  • 学会等名: 第6回衛星系研究会
• [学会発表] 土星中型衛星の軌道進化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中島彩乃，木村淳，井田茂
  • 学会等名: 第6回衛星系研究会
• [学会発表] 衛星研究の現状と将来展望 (2018)
  • 著者名/発表者名: 木村淳
  • 学会等名: 第19回惑星圏研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Thermal history and stability of subsurface ocean in Pluto (2017)
  • 著者名/発表者名: Jun Kimura
  • 学会等名: AOGS 2017 Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Science Objectives of the Ganymede Laser Altimeter (GALA) for the JUICE mission (2017)
  • 著者名/発表者名: Jun Kimura
  • 学会等名: Joint Conference: 31st ISTS, 26th ISSFD and 8th NSAT
  • 国際学会
• [学会発表] Thermal evolution and stability of subsurface ocean in Pluto (2017)
  • 著者名/発表者名: Jun Kimura
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] JUICE 搭載ガニメデレーザ高度計(GALA) で目指すサイエンス (2017)
  • 著者名/発表者名: 木村淳
  • 学会等名: 日本惑星科学会2017年秋季講演会
• [学会発表] JUICE/GALA-J(2): JUICE搭載ガニメデレーザ高度計（GALA）が木星氷衛星で目指す科学 (2017)
  • 著者名/発表者名: 木村淳
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
• [図書] 氷天体，小天体，衛星，リング；ハビタブルゾーン；生命存在環境としての氷天体地下海 in 太陽・惑星系と地球 (2019)
  • 著者名/発表者名: 木村淳
  • 総ページ数: 400
  • 出版者: 共立出版
  • ISBN: 9784320047099