| 研究課題/領域番号 |
21K03637
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分17010:宇宙惑星科学関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
鎌田 俊一 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (40723474)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 熱力学 / 水星 / コアマントル境界 / 潮汐加熱 / 硫化物容量 / 準格子モデル / 元素分配 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
近年の惑星探査による多種多様・大量の観測データの解析や物質分析技術の向上により、内側太陽系の惑星材料物質に対する理解が深まってきた。その結果、これまで例外視されてきた水星が、実は地球を含む内惑星物質を探る上で重要な天体であることが判明した。本研究では、主要な元素であり、かつ岩石（地殻・マントル）と金属鉄（核）の両相に分配される硫黄に注目する。硫黄の挙動を熱力学の観点でモデル化することで、水星全体の化学組成の制約し、内惑星形成の描像に迫る。
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| 研究実績の概要 |
前年度に引き続き、当該年度も大きく分けて２点の研究を行った。１点目は熱力学平衡計算に向けた熱力学モデルの構築、２点目は温度推定のための半解析的研究である。
熱力学平衡計算については、硫黄と炭素に着目した研究を進めた。当面の大きな目標はマグマー液体金属間での硫黄の分配係数に関わる「硫化物濃度」の指標作成であるが、これはケイ酸塩（マグマ）組成と硫黄濃度だけでなく炭素濃度にも関わる。そのため、本年度は炭素含有系におけるデータ収集、並びに最適化を行った。それと平衡して、硫化物濃度に関する先行研究の計算プログラムの解読を進めた。ただしこれらについては先行研究の再現や解読にとどまっているため、成果の発表などは行っていない。
熱力学平衡計算では、「与えられた温度と圧力での元素の分配」が議論される。そのため、温度を別の枠組みで計算し、それを与える必要がある。本研究ではコアーマントル境界での元素分配を検討しているため、その場所における発熱率の定量化が必須である。近年の水星研究で、マントルが非常に柔らかいことが明らかとなり、最下端（つまりコアーマントル境界）で部分溶融している可能性が指摘されている。そのような「固液共存層」における摩擦熱量を定量化できる手法を開発した。昨年度後半に投稿した論文の修正を行い、出版した。またプログラムの大幅な拡張を行い、発熱率の3次元地図を作成可能にした。加えて、水星における大きな離心率へ対応させるためにも大幅改修を行った。これらの結果は、部分的に国際学会・国際研究会で発表した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
熱力学モデルの構築は多数のデータとの比較や、他者の作った計算プログラムの解読などは、非常に時間のかかる作業であるとともに、対外的に発表できる科学的成果は少ない。他方、温度推定に関する研究が大きく前進し、論文を出版し、さらにその後の大幅なアップデートを国際学会で発表できた。これらのことより、着実に進めていると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
まず、昨年度から始めた先行研究のプログラムのソースコードの解読を進める。論文に大まかな計算の流れが書かれているものの、実際はより複雑な計算を行っているため、その中身を理解する。これにより、本モデルとの比較がより正確に行えるようになるとともに、本モデルで追加考慮すべき要素がないか検討する。
加えて、ポリマーモデルを組み込んだ熱力学モデルの構築を進める。昨年度、本年度と同様に、様々な組成における熱力学データを集めつつ、パラメータ（混合エネルギー）の決定を行う。そして、多重変数の非線形回帰分析によって、重合度を示すフリーパラメータについての簡単な経験則の導出を目指す。
発熱マップや変形マップが得られるようになったので、将来ミッションでの観測と比較するためのデータ準備と整理を行う。
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