小惑星の表面更新機構の解明

• 研究課題/領域番号: 21K03647
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分17010:宇宙惑星科学関連
• 研究機関: 会津大学
• 研究代表者: 北里 宏平 会津大学, コンピュータ理工学部, 准教授 (50550597)
• 研究分担者: 平田 成 会津大学, コンピュータ理工学部, 上級准教授 (80372655)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 小惑星 / 表面更新 / 熱疲労 / 熱衝撃 / 惑星遭遇 / 宇宙風化 / イトカワ / はやぶさ / 熱風化

研究開始時の研究の概要

本研究では，地球近傍小惑星の物理的進化の一つである表面更新の問題について，現在最も有力視されている熱疲労のシナリオを検証する．熱疲労による表面更新については岩石破壊の引き金となる最初の亀裂の発生要因や実際の天体上での影響の現れ方などがわかっておらず，それらの課題を解決するため，我々はN体計算コードを用いた小惑星の軌道計算とイトカワの精密な形状モデルを用いた熱疲労の解析を行う．これらの調査研究によって地球近傍小惑星の物理的進化に関する理解が一層深まると期待される．

研究実績の概要

本研究では，地球近傍小惑星に見られる表面更新のメカニズムを解明することを目指し，小惑星表面上の周期的な温度変化（熱疲労）と急速な温度変化（熱衝撃）による岩石破壊がその主要なメカニズムになり得るかということについて調査した．

令和5年度は，主に (1) 地球近傍小惑星が過去に惑星の影を通過した頻度を軌道計算によって調べることと，(2) 惑星の影を通過する際の小惑星表面の温度変化を熱計算によって調べることに取り組んだ．軌道計算では，N体計算コードREBOUNDを用いて小惑星の軌道を過去に遡る計算を行った．地球近傍小惑星の軌道はカオス的な振る舞いをするため，各小惑星につき100個の軌道クローンを作成し，小惑星の長期的な軌道進化を統計的に評価した．その結果，潮汐力が働くような惑星近接遭遇よりも高い頻度で影通過が起こることがわかった．また，熱計算では，惑星の本影だけでなく半影の効果も考慮した熱物理モデルを構築し，様々な影通過の条件で小惑星表面の温度を計算した．惑星の影を通過すると，地球，金星，火星のいずれの場合でも，岩石の破壊臨界値を超える急速な温度変化が生じることがわかった．さらに，地球近傍小惑星が惑星の影を通過した確率とそれらの宇宙風化の度合いの間には負の相関が見られることがわかった．以上のことから，惑星の影を通過する際に生じる熱衝撃は熱疲労の引き金となる初期亀裂を生み出す可能性があり，地球近傍小惑星の表面更新に寄与していると考えられる．

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

軌道計算に追加の検証が必要となり時間を要したため，一年の延長を申請した．

今後の研究の推進方策

延長期間となる令和6年度は，本研究で得られた成果をまとめ，論文や学会にて発表する．

研究成果

• [雑誌論文] Evidence of global space weathering by solar wind on asteroid 162173 Ryugu (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroi, T.; Milliken, R. E.; Robertson, K. M. and 31 more (Yabuta, H.は11番目)
  • 雑誌名: Icarus 巻: 406 ページ: 115755-115755
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2023.115755
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Heliocentric Distance Dependence of Zodiacal Light Observed by Hayabusa2# (2023)
  • 著者名/発表者名: Tsumura Kohji、Matsuura Shuji、Sano Kei、Iwata Takahiro、Yano Hajime、Kitazato Kohei、Takimoto Kohji、Yamada Manabu、Morota Tomokatsu、...、Sugita Seiji
  • 雑誌名: Earth、 Planets and Space 巻: 75 号: 1 ページ: 78-121
  • DOI: 10.1186/s40623-023-01856-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] MASCOT’s in situ analysis of asteroid Ryugu in the context of regolith samples and remote sensing data returned by Hayabusa2 (2023)
  • 著者名/発表者名: Otto Katharina, ... Koji Wada et al.
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 75 号: 1 ページ: 51-51
  • DOI: 10.1186/s40623-023-01805-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Homogeneity and heterogeneity in near-infrared FTIR spectra of Ryugu returned samples (2023)
  • 著者名/発表者名: Hatakeda Kentaro、Yada Toru、Abe Masanao、Okada Tatsuaki、Nakato Aiko、Yogata Kasumi、Miyazaki Akiko、Kumagai Kazuya、Nishimura Masahiro、Hitomi Yuya、Soejima Hiromichi、Nagashima Kana、Yoshitake Miwa、Iwamae Ayako、Furuya Shizuho、Usui Tomohiro、Kitazato Kohei
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 75 号: 1
  • DOI: 10.1186/s40623-023-01784-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Space weathering acts strongly on the uppermost surface of Ryugu (2023)
  • 著者名/発表者名: Matsuoka M., Kagawa E., Amano K., Nakamura T., Tatsumi E., ...Tachibana S., et al
  • 雑誌名: Communications Earth and Environment 巻: 4 号: 1
  • DOI: 10.1038/s43247-023-00991-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Overview of the search for signs of space weathering on the low-albedo asteroid (101955) Bennu (2023)
  • 著者名/発表者名: Clark B.E.、Sen A.、Zou X.-D.、DellaGiustina D.N.、Sugita S. et al.
  • 雑誌名: Icarus 巻: 400 ページ: 115563-115563
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2023.115563
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Soluble organic molecules in samples of the carbonaceous asteroid (162173) Ryugu (2023)
  • 著者名/発表者名: Naraoka Hiroshi、Takano Yoshinori、Dworkin Jason P.、Oba Yasuhiro、Hamase Kenji、Furusho Aogu、Ogawa Nanako O.、Hashiguchi Minako、Fukushima Kazuhiko、Aoki Dan ... Yabuta Hikaru ... et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 379 号: 6634 ページ: 9033-9033
  • DOI: 10.1126/science.abn9033
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Formation and evolution of carbonaceous asteroid Ryugu: Direct evidence from returned samples (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakamura T.、Matsumoto M.、Amano K.、Enokido Y.、Zolensky M. E.、Mikouchi T.、Genda H.、Tanaka S.、Zolotov M. Y.、Kurosawa K. .. Yabuta H. ... et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 379 号: 6634 ページ: 8671-8671
  • DOI: 10.1126/science.abn8671
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Samples returned from the asteroid Ryugu are similar to Ivuna-type carbonaceous meteorites (2023)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama Tetsuya、Nagashima Kazuhide、Nakai Izumi、Young Edward D.、Abe Yoshinari、Aleon Jerome、Alexander Conel M. O’D.、Amari Sachiko、Amelin Yuri、Bajo Ken-ichi ... Yabuta Hikaru ... et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 379 号: 6634 ページ: 7850-7850
  • DOI: 10.1126/science.abn7850
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Noble gases and nitrogen in samples of asteroid Ryugu record its volatile sources and recent surface evolution (2023)
  • 著者名/発表者名: Okazaki Ryuji、Marty Bernard、Busemann Henner、Hashizume Ko、Gilmour Jamie D.、Meshik Alex、Yada Toru、Kitajima Fumio、Broadley Michael W.、Byrne David ... Yabuta Hikaru ... et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 379 号: 6634 ページ: 431-431
  • DOI: 10.1126/science.abo0431
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Macromolecular organic matter in samples of the asteroid (162173) Ryugu (2023)
  • 著者名/発表者名: Yabuta Hikaru、Cody George D.、Engrand Cecile、Kebukawa Yoko、De Gregorio Bradley、Bonal Lydie、Remusat Laurent、Stroud Rhonda、Quirico Eric、Nittler Larry、Hashiguchi Minako、Komatsu Mutsumi et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 379 号: 6634 ページ: 9057-9057
  • DOI: 10.1126/science.abn9057
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A dehydrated space-weathered skin cloaking the hydrated interior of Ryugu (2022)
  • 著者名/発表者名: Noguchi Takaaki、Matsumoto Toru、Miyake Akira、Igami Yohei、Haruta Mitsutaka、Saito Hikaru、Hata Satoshi、Seto Yusuke、Miyahara Masaaki、Tomioka Naotaka ... Yabuta Hikaru ... et al.
  • 雑誌名: Nature Astronomy 巻: 7 ページ: 170-170
  • DOI: 10.1038/s41550-022-01841-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] First asteroid gas sample delivered by the Hayabusa2 mission: A treasure box from Ryugu (2022)
  • 著者名/発表者名: Okazaki Ryuji、Miura Yayoi N.、Takano Yoshinori、Sawada Hirotaka、Sakamoto Kanako、Yada Toru、Yamada Keita、Kawagucci Shinsuke、Matsui Yohei、Hashizume Ko ... Yabuta Hikaru ... et al.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 8 号: 46 ページ: 2375-2548
  • DOI: 10.1126/sciadv.abo7239
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Derivation of 1.064 µm normal albedos on the C-type asteroid Ryugu from laser pulse intensity measurement of the Hayabusa2 LIDAR (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamada, R. et al. (including Hirata, N.)
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 74 号: 1
  • DOI: 10.1186/s40623-022-01717-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Martian moons exploration MMX: sample return mission to Phobos elucidating formation processes of habitable planets (2022)
  • 著者名/発表者名: Kuramoto Kiyoshi et al.
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 74 号: 1 ページ: 12-12
  • DOI: 10.1186/s40623-021-01545-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Photometric behavior of Ryugu’s NIR spectral parameters (2022)
  • 著者名/発表者名: Longobardo, A. et al. (including Kitazato, K. & Hirata, N.)
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 666 ページ: A185-A185
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202244097
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Characterization of the MASCOT landing area by Hayabusa2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Schroder Stefan、Sakatani Naoya、Honda Rie、Tatsumi Eri、Yokota Yasuhiro、Domingue Deborah、Cho Yuichiro、Kameda Shingo、Kitazato Kohei、Kouyama Toru ... Yabuta Hikaru ... et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 666 ページ: A164-A164
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202244059
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Clustering analysis of high spatial resolution spectra of asteroid (162173) Ryugu from Hayabusa2/NIRS3 (2022)
  • 著者名/発表者名: Bott, N, Perna, D., Deshapriya, J. D. P., Hasselmann, P. H., Barucci, M. A., Domingue, D. L., Dotto, E., Kitazato, K., Matsuoka, M., Palomba, E., Usui, T. and Fulchignoni, M.
  • 雑誌名: Planetary and Space Science 巻: 219 ページ: 105530-105530
  • DOI: 10.1016/j.pss.2022.105530
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Site selection for the Hayabusa2 artificial cratering and subsurface material sampling on Ryugu (2022)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Shota、Watanabe Sei-ichiro、Wada Koji、Saiki Takanao、Yabuta Hikaru、Sugita Seiji、Abe Masanao、Arakawa Masahiko、Cho Yuichiro、Hayakawa Masahiko et al.
  • 雑誌名: Planetary and Space Science 巻: 219 ページ: 105519-105519
  • DOI: 10.1016/j.pss.2022.105519
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A pristine record of outer Solar System materials from asteroid Ryugu’s returned sample (2022)
  • 著者名/発表者名: Ito M.Tomioka N.Uesugi M.Yamaguchi A.Shirai N.Ohigashi T.Liu M.-C.Greenwood R. C.Kimura et al.
  • 雑誌名: Nature Astronomy 巻: 6 号: 10 ページ: 1163-1171
  • DOI: 10.1038/s41550-022-01745-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] NIRS3 spectral analysis of the artificial Omusubi-Kororin crater on Ryugu (2022)
  • 著者名/発表者名: Galiano, A. et al. (including Kitazato, K.)
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 514 号: 4 ページ: 6173-6182
  • DOI: 10.1093/mnras/stac1547
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Three-axial shape distributions of pebbles, cobbles and boulders smaller than a few meters on asteroid Ryugu (2022)
  • 著者名/発表者名: Michikami Tatsuhiro、Hagermann Axel、Morota Tomokatsu、et al.
  • 雑誌名: Icarus 巻: 381 ページ: 115007-115007
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2022.115007
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Pebbles and sand on asteroid (162173) Ryugu: In situ observation and particles returned to Earth (2022)
  • 著者名/発表者名: Tachibana S.、Abe M. et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 375 号: 6584 ページ: 1011-1016
  • DOI: 10.1126/science.abj8624
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] First compositional analysis of Ryugu samples by the MicrOmega hyperspectral microscope (2021)
  • 著者名/発表者名: Pilorget C.、Okada T.、Hamm V.、Brunetto R.、Yada T.、Loizeau D.、Riu L.、Usui T.、Moussi-Soffys A.、Hatakeda K.、Nakato A.、Yogata K.、Abe M. et al.
  • 雑誌名: Nature Astronomy 巻: 6 号: 2 ページ: 221-225
  • DOI: 10.1038/s41550-021-01549-z
  • 査読あり / 国際共著
• [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] Spectrophotometric Properties of 162173 Ryugu’s Surface from the NIRS3 Opposition Observations (2021)
  • 著者名/発表者名: Domingue Deborah、Kitazato Kohei、Matsuoka Moe、Yokota Yasuhiro、Tatsumi Eri、Iwata Takahiro、Abe Masanao、Ohtake Makiko、Matsuura Shuji、Schr?der Stefan、Vilas Faith、Barucci Antonella、Brunetto Rosario、Takir Driss、Le Corre Lucille、Moskovitz Nicholas
  • 雑誌名: The Planetary Science Journal 巻: 2 号: 5 ページ: 178-178
  • DOI: 10.3847/psj/ac14bb
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Spectrally blue hydrated parent body of asteroid (162173) Ryugu (2021)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi Eri、Sakatani Naoya、Riu Lucie、Matsuoka Moe、et al.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1 ページ: 5837-5837
  • DOI: 10.1038/s41467-021-26071-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hayabusa2 pinpoint touchdown near the artificial crater on Ryugu: Trajectory design and guidance performance (2021)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Shota, Saiki Takanao, Takei Yuto, Terui Fuyuto, Ogawa Naoko, et al.
  • 雑誌名: Advances in Space Research 巻: 68 号: 8 ページ: 3093-3140
  • DOI: 10.1016/j.asr.2021.07.031
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hayabusa2 extended mission: New voyage to rendezvous with a small asteroid rotating with a short period (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirabayashi M.、Tsumura K.、et al.
  • 雑誌名: Advances in Space Research 巻: 68 号: 3 ページ: 1533-1555
  • DOI: 10.1016/j.asr.2021.03.030
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Anomalously porous boulders on (162173) Ryugu as primordial materials from its parent body (2021)
  • 著者名/発表者名: N. Sakatani, S. Tanaka, T. Okada, et al.
  • 雑誌名: Nature Astronomy 巻: － 号: 8 ページ: 766-774
  • DOI: 10.1038/s41550-021-01371-7
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hydrogen abundance estimation model and application to (162173) Ryugu (2021)
  • 著者名/発表者名: Praet A., Barucci M. A., Hasselmann P. H., Kitazato K., Iwata T., Matsuoka M., Domingue D., Clark B. E.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 649 ページ: L16-L16
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202140900
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] AiGIS2/PyAiGIS, a Python-based interactive analysis and visualization tool for asteroid exploration data (2024)
  • 著者名/発表者名: Hirata, N. and Nagayoshi, T.
  • 学会等名: 55th Lunar and Planetary Science Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Recalibration of Hayabusa2 near-infrared spectrometer spectra using Ryugu sample spectra (2023)
  • 著者名/発表者名: Kitazato, K., Abe, M., Hatakeda, K., Yada, T. and Iwata, T.
  • 学会等名: AAS Division of Planetary Science meeting #55
  • 国際学会
• [学会発表] Planetary shadow induced thermal shock for near-Earth asteroids (2023)
  • 著者名/発表者名: Kitazato, K. and Sakurai, S.
  • 学会等名: Asteroids, Comets, Meteors Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Hayabusa2 extended mission: characterizations of asteroids 1998 KY26 and 2001 CC21 (2023)
  • 著者名/発表者名: Hirabayashi, M. et al. (including Kitazato, K.)
  • 学会等名: Asteroids, Comets, Meteors Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Development of undiscovered asteroids detection application "COIAS" (2023)
  • 著者名/発表者名: Urakawa, S. et al. (including Kitazato, K.)
  • 学会等名: Asteroids, Comets, Meteors Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of disk-resolved photometric properties of local regions on asteroid 25143 Itokawa with a pixel-oriented image DB system (2022)
  • 著者名/発表者名: Hirata, N., Kitazato, K., Tatsumi, E., Sato, H. and Kikuchi, H.
  • 学会等名: American Geoscience Union fall meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Simulator for formation of rubble-pile asteroids using open-source physics simulation (2022)
  • 著者名/発表者名: Tsunoda, T. and Hirata, N.
  • 学会等名: American Geoscience Union fall meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] AiGIS2, a Jupyter Notebook-based interactive analysis and visualization tool for asteroid exploration data (2022)
  • 著者名/発表者名: Nagayoshi, T. and Hirata, N.
  • 学会等名: American Geoscience Union fall meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Photometric correction of Hayabusa2’s NIRS3 spectra of asteroid 162173 Ryugu using empirical photometric models (2022)
  • 著者名/発表者名: Williamson, L., Takir, D., Le Corre, K., Emery, J. and Kitazato, K.
  • 学会等名: AAS Division of Planetary Science meeting #54
  • 国際学会
• [学会発表] Disk-resolved photometric properties of local regions on asteroid 25143 Itokawa (2021)
  • 著者名/発表者名: Naru Hirata, Kohei Kitazato, Eri Tatsumi, Shota Katahira, Takuma Furudate, Hiroshi Kikuchi, Hiroyuki Sato
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2021
  • 国際学会
• [学会発表] 小惑星25143 Itokawaの地域的な測光学的特性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 平田成，北里宏平，巽瑛理，菊地紘，佐藤広幸
  • 学会等名: 日本惑星科学会2021年秋季講演会