月・火星隕石のアイソクロン分析による月惑星探査用その場年代計測法の実証

• 研究課題/領域番号: 19K14778
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分17010:宇宙惑星科学関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 長 勇一郎 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (00737687)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 年代測定 / レーザー誘起プラズマ発光分光法 / 質量分析 / 火星探査 / 月探査 / カリウムアルゴン年代 / その場年代計測 / LIBS / 火星 / 年代計測 / 火星隕石 / カリウム・アルゴン年代 / 年代その場計測 / 希ガス分析 / 惑星着陸探査 / 機器開発 / 惑星探査 / K-Ar年代

研究開始時の研究の概要

本計画では、申請者が開発してきたアイソクロン法によるK-Ar年代その場計測装置を発展させ、誤差2億年の年代計測技術を立証することを目指す。具体的には、①レーザープラズマ分光法によって100-1000 ppmのカリウムを定量する技術を開発し、②宇宙環境試験で小型堅牢なK定量システムを確立する。さらに、③月・火星隕石の年代計測実験を行い、探査機搭載に必要十分な性能を持った年代計測装置の原理実証を完了させることを目指す。

研究成果の概要

本研究では、月・火星探査において岩石のカリウム・アルゴン年代を現地で計測することを目指し、一連の原理実証実験を行った。まず、異なるレーザー径や年代を持つ火星の 岩石を計測したときに得られるK-Arアイソクロン(等時線)をモデル化した。その結果、40億年の年代をもつ火星の岩石に対して2億年の精度で年代を得るために必要な測定条件を見出した。 また、実際に火星隕石を真空容器に入れてパルスレーザを照射し、カリウム・アルゴン年代を計測し、既知の年代と誤差の範囲で一致する結果を得た。以上のことから、本研究で開発するレーザーアイソクロン法が火星の岩石についても適用できることを示唆する結果が得られた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、月・火星への着陸探査において岩石の形成年代を計測し、これらの天体の歴史を明らかにすることを目指して、レーザーを使った分析法を開発した。まずは、複数の火星隕石の鉱物マップを作成し、岩石に照射するレーザーの直径や分析精度などの条件を変えながら、火星岩石を計測した際に得られる年代データをモデル化した。その結果、40億年前に形成した火星の岩石に対して２億年の誤差で年代を測定するのに必要な条件を見出すことができた。さらに、実際に火星隕石を真空容器に入れて年代を計測したところ、本研究の新手法が既知の値を再現することがわかった。これらの結果から、本研究で開発した手法が火星で使えることが分かった。

研究成果

• [国際共同研究] German Aerospace Center(ドイツ)
• [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] スペイン国立航空宇宙技術研究所(スペイン)
• [雑誌論文] Dynamics of gas-driven eruption on Ceres as a probe to its interior (2023)
  • 著者名/発表者名: Yumoto Koki、Cho Yuichiro、Koyaguchi Takehiro、Sugita Seiji
  • 雑誌名: Icarus 巻: 400 ページ: 115533-115533
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2023.115533
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-situ measurement of hydrogen on airless planetary bodies using laser-induced breakdown spectroscopy (2023)
  • 著者名/発表者名: Yumoto Koki、Cho Yuichiro、Kameda Shingo、Kasahara Satoshi、Sugita Seiji
  • 雑誌名: Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy 巻: － ページ: 106696-106696
  • DOI: 10.1016/j.sab.2023.106696
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a multispectral stereo-camera system comparable to Hayabusa2 optical navigation camera (ONC-T) for observing samples returned from asteroid (162173) Ryugu (2022)
  • 著者名/発表者名: Cho Yuichiro、Yumoto Koki、Yabe Yuna、Mori Shoki、Ogura Jo A.、Yada Toru、Miyazaki Akiko、Yogata Kasumi、Hatakeda Kentaro、Nishimura Masahiro、Abe Masanao、Usui Tomohiro、Sugita Seiji
  • 雑誌名: Planetary and Space Science 巻: 221 ページ: 105549-105549
  • DOI: 10.1016/j.pss.2022.105549
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Preliminary analysis of the Hayabusa2 samples returned from C-type asteroid Ryugu (2021)
  • 著者名/発表者名: Yada Toru、Abe Masanao、et al.
  • 雑誌名: Nature Astronomy 巻: 6 号: 2 ページ: 214-220
  • DOI: 10.1038/s41550-021-01550-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] In situ science on Phobos with the Raman spectrometer for MMX (RAX): preliminary design and feasibility of Raman measurements (2021)
  • 著者名/発表者名: Cho Yuichiro、Boettger Ute、Rull Fernando、Huebers Heinz-Wilhelm、Belenguer Tom?s、B?rner Anko、Buder Maximilian、 et al.
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 73 号: 1 ページ: 232-242
  • DOI: 10.1186/s40623-021-01496-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Geologic History and Crater Morphology of Asteroid (162173) Ryugu (2021)
  • 著者名/発表者名: Cho Y.、Morota T.、Kanamaru M.、Takaki N.、Yumoto K.、Ernst C. M.、et al.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Planets 巻: 126 号: 8
  • DOI: 10.1029/2020je006572
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Improved method of hydrous mineral detection by latitudinal distribution of 0.7-μm surface reflectance absorption on the asteroid Ryugu (2021)
  • 著者名/発表者名: Kameda Shingo、Yokota Yasuhiro、Kouyama Toru、Tatsumi Eri、Ishida Marika、Morota Tomokatsu、Honda Rie、Sakatani Naoya、Yamada Manabu、Matsuoka Moe、Suzuki Hidehiko、Cho Yuichiro、Hayakawa Masahiko、Honda Chikatoshi、Sawada Hirotaka、Yoshioka Kazuo、Ogawa Kazunori、Sugita Seiji
  • 雑誌名: Icarus 巻: 360 ページ: 114348-114348
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2021.114348
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Thermally altered subsurface material of asteroid (162173) Ryugu (2021)
  • 著者名/発表者名: Kitazato K.、Milliken R. E.、Iwata T. .. Yabuta, H. ... et al. (101人中76番目)
  • 雑誌名: Nature Astronomy 巻: 5 号: 3 ページ: 246-250
  • DOI: 10.1038/s41550-020-01271-2
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] An artificial impact on the asteroid 162173 Ryugu formed a crater in the gravity-dominated regime (2020)
  • 著者名/発表者名: Arakawa, M., Saiki, T., Wada, K., Ogawa, K., Kadono, T., Shirai, K., Sawada, H., Ishibashi, K., Honda, R., Sakatani, N., Iijima, Y., Okamoto, C., Yano, H., Takagi, Y., Hayakawa, M., Michel, P., Jutzi, M., Shimaki, Y., Kimura, S., Mimasu, Y., Toda, T., Imamura, H., Nakazawa, S., Hayakawa, H., Sugita, S., et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 368 号: 6486 ページ: 67-71
  • DOI: 10.1126/science.aaz1701
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sample collection from asteroid (162173) Ryugu by Hayabusa2: Implications for surface evolution (2020)
  • 著者名/発表者名: Morota, T., Sugita, S., Cho, Y., Kanamaru, M., Tatsumi, E., Sakatani, N., Honda, R., Hirata, N. et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 368 号: 6491 ページ: 654-659
  • DOI: 10.1126/science.aaz6306
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ne-Ar separation using a permeable membrane to measure Ne isotopes for future planetary explorations (2020)
  • 著者名/発表者名: Miura Yayoi N.、Okuno Mamoru、Cho Yuichiro、Yoshioka Kazuo、Sugita Seiji
  • 雑誌名: Planetary and Space Science 巻: 193 ページ: 105046-105046
  • DOI: 10.1016/j.pss.2020.105046
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hayabusa2 Landing Site Selection: Surface Topography of Ryugu and Touchdown Safety (2020)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Shota、Watanabe Sei-ichiro、Saiki Takanao、Yabuta Hikaru et al. (53人中4番目)
  • 雑誌名: Space Science Reviews 巻: 216 号: 7 ページ: 116-116
  • DOI: 10.1007/s11214-020-00737-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Western Bulge of 162173 Ryugu Formed as a Result of a Rotationally Driven Deformation Process (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirabayashi M.、Tatsumi E.、Miyamoto H.、Komatsu G.、Sugita S.、Watanabe S.、Scheeres D. J.、Barnouin O. S.、Michel P.、Honda C.、Michikami T.、Cho Y.、Morota T.、Hirata N. et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 874 号: 1 ページ: L10-L10
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ab0e8b
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Boulder size and shape distributions on asteroid Ryugu (2019)
  • 著者名/発表者名: Michikami Tatsuhiro、Honda Chikatoshi、Miyamoto Hideaki、Hirabayashi Masatoshi、Hagermann Axel、Irie Terunori、Nomura Keita、Ernst Carolyn M.、et al.
  • 雑誌名: Icarus 巻: 331 ページ: 179-191
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2019.05.019
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The surface composition of asteroid 162173 Ryugu from Hayabusa2 near-infrared spectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Kitazato K. et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 364 号: 6437 ページ: 272-275
  • DOI: 10.1126/science.aav7432
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hayabusa2 arrives at the carbonaceous asteroid 162173 Ryugu?A spinning top?shaped rubble pile (2019)
  • 著者名/発表者名: Watanabe S.、Hirabayashi M.、Hirata N. et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 364 号: 6437 ページ: 268-272
  • DOI: 10.1126/science.aav8032
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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] Multivariable statistical analysis of spectrophotometry and spectra of (162173) Ryugu as observed by JAXA Hayabusa2 mission (2019)
  • 著者名/発表者名: Barucci M. A.、Hasselmann P. H.、Fulchignoni M.、Honda R.、Yokota Y.、Sugita S.、Kitazato K.、Deshapriya J. D. P.、Perna D.、Tatsumi E.、Domingue D.、Morota T.、Kameda S.、Iwata T.、Abe M. et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 629 ページ: A13-A13
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201935851
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Hayabusa2 lander MASCOT on the surface of asteroid (162173) Ryugu ? Stereo-photogrammetric analysis of MASCam image data (2019)
  • 著者名/発表者名: Scholten F.、Preusker F.、Elgner S.、Matz K.-D.、Jaumann R.、Hamm M.、Schr?der S. E.、Koncz A.、Schmitz N.、Trauthan F.、Grott M.、Biele J.、Ho T.-M.、Kameda S.、Sugita S.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 632 ページ: L5-L5
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201936760
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The MASCOT landing area on asteroid (162173) Ryugu: Stereo-photogrammetric analysis using images of the ONC onboard the Hayabusa2 spacecraft (2019)
  • 著者名/発表者名: Preusker F.、Scholten F.、Elgner S.、Matz K.-D.、Kameda S.、Roatsch T.、Jaumann R.、Sugita S.、Honda R.、Morota T.、Tatsumi E.、Cho Y.、Yoshioka K.、Sawada H.、Yokota Y.、Sakatani N.、Hayakawa M.、Matsuoka M.、Yamada M.、Kouyama T.、Suzuki H.、Honda C.、Ogawa K.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 632 ページ: L4-L4
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201936759
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 月面サンプルリターンのためのその場探査装置の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 長 勇一郎, 諸田智克, 長岡央, 杉田精司, 仲内悠祐ほか
  • 学会等名: 第23回宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] Laser-induced breakdown spectroscopy for space exploration (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Cho
  • 学会等名: Laser Solutions for Space and the Earth 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] レーザー局所分析法による火星隕石のK-Ar年代測定の装置改良と精度向上について (2022)
  • 著者名/発表者名: 日向 輝、長 勇一郎、三浦 弥生、田畑 陽久、湯本 航生、杉田 精司
  • 学会等名: 日本惑星科学会秋季講演会2022
• [学会発表] K-Ar dating of Martian meteorites using spot-by-spot laser ablation method (2022)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Hyuga, Yuichiro Cho, Yayoi N Miura, Haruhisa Tabata, Koki Yumoto, Seiji Sugita
  • 学会等名: JpGU 2022
  • 国際学会
• [学会発表] 惑星探査での LIBS の活用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 長 勇一郎
  • 学会等名: Symposium on Applications of Advanced Measurement Technologies
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] レーザ―局所分析法による火星隕石のK-Ar年代測定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 日向 輝
  • 学会等名: JpGU Meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Development of a method to separate Ne from Ar using a polyimide sheet for future planetary missions (2022)
  • 著者名/発表者名: 三浦 弥生
  • 学会等名: JpGU Meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] 小惑星着陸探査に向けた、レーザー誘起プラズマ分光法(LIBS)による隕石の元素分析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 富岡 蒼生
  • 学会等名: JpGU Meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] MMX ローバ搭載用ラマン分光計 RAX の エンジニアリングモデル開発状況 (2020)
  • 著者名/発表者名: 長 勇一郎 , 湯本航生, 小倉暁乃丞, 臼井寛裕, Ute Boettger, Conor Ryan, Maximilian Buder, Till Hagelschuer, Selene Routley, Enrico Dietz, Emanuel Kopp, Heinz-W. Huebers, Andoni Moral, Fernando Rull
  • 学会等名: 日本惑星科学会 秋季講演会
• [学会発表] 月極域探査に向けたLIBS装置の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 湯本 航生 、長 勇一郎 、亀田 真吾 、小倉 暁乃丞 、山本 直輝 、笠原 慧 、臼井 寛裕 、 杉田 精司
  • 学会等名: 第20回宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] MMXローバ用ラマン分光計(RAX)の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 長 勇一郎 、湯本 航生 、亀田 真吾 、臼井 寛裕 、小川 和律 、舘野 直樹 , Ryan Conor, Till Hagelschuer, Maximilian Buder, Rod Vance, Ute Boettger, Heinz-Whilhelm Huebers, Andoni Moral, Fernando Rull
  • 学会等名: 第20回宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] 火星衛星探査計画ローバに搭載するラマン分光装置(RAX)の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 長 勇一郎, 亀田真吾, 湯本航生, 臼井寛裕, Conor Ryan, Till Hagelschuer, Roderick Vance, Maximilian Buder, Ute Boettger, Heniz-Whilhelm Huebers, Andoni Moral, Fernando Rull,
  • 学会等名: 日本惑星科学会秋季講演会