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大気光化学モデルを用いた火星大気進化シナリオの解明と生命関連分子の生成量推定

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ0314
補助金の研究課題番号 22J22477 (2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2022)
応募区分国内
審査区分 小区分17010:宇宙惑星科学関連
研究機関東北大学

研究代表者

小山 俊吾  東北大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2024年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2023年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード火星 / 有機物 / ホルムアルデヒド / 炭素同位体 / 生命 / 大気進化 / 光化学 / 生命起源 / ハビタビリティ / リボース
研究開始時の研究の概要

現在の火星は、平均気温-70℃という寒く乾燥し、薄い大気(地球の約1%)に覆われている。約40億年前に遡ると、初期の火星には地球のような液体の海が存在する温暖な環境が存在したと考えられている。そのため、初期火星における生命存在可能性も盛んに議論されてきた。当時の火星大気組成は現在の火星に残されている地質的証拠から推測はされているものの、まだ詳細に解明されていない。そこで本研究では、初期火星における生命の存在可能性を探るべく、数値シミュレーションを用いて過去の火星大気組成を明らかにし、アミノ酸や糖の生成に重要となるホルムアルデヒドなどの生命関連分子の生成量を推定する。

研究実績の概要

本年度は、まず昨年度から進めてきた初期火星におけるホルムアルデヒドの生成量推定についてまとめ、国際学術誌Scientific Reports(Koyama+2024)に発表した。その後、この研究をさらに発展させ、生成されたホルムアルデヒド中の炭素同位体比を調べた。これまで開発してきた初期火星の1次元大気光学モデルに炭素同位体である13Cを追加し、二酸化炭素が紫外線によって光解離する際に起こる同位体分別効果も導入した。また、これまで大気の温度を固定していたものを大気の進化と共に温度も更新しながら火星の大気進化を計算できるように改良した。この改良によって、従来の研究では不明瞭であった初期火星における二酸化炭素と一酸化炭素の大気進化について、より詳細な描像を明らかにすることが可能となった。本モデルを用いて、約30-40億年前の火星大気進化過程におけるホルムアルデヒド中の炭素同位体比の変遷を推定した。結果として、大気中で生成されたホルムアルデヒドの炭素同位体比は進化の過程で幅広い値を取り、温暖な気候では重い炭素(13C)に枯渇した値を取ることを明らかにした。この結果はNASAの火星探査機キュリオシティーが観測した炭素同位体比の値と照らし合わせると、大気中で生成されたホルムアルデヒドが火星地表面で見つかっている有機物の起源である可能性を示唆している。本成果は、広島で開催された日本惑星科学会秋季講演会で発表された。

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

当初の計画通り、初期火星における炭素同位体比の進化を計算し、それをこれまでの火星探査のデータと照らし合わせて、火星表面に存在する有機物の起源について重要な示唆を与えることができたため。

今後の研究の推進方策

今後は、以下の2点を推進していく予定である。
1)本モデルとGCMを組み合わせることで全球におけるホルムアルデヒドの生成量を見積もり、生命関連分子の濃集する可能性の高い場所を推定する。
2)酸化剤の供給については、計画していた窒素酸化物ではなく、塩素を含む酸化物に焦点を当てて研究を進める。そのために、まず火星における塩素循環を明らかにすることを目標に塩素を含む光化学モデルの開発を進める。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] BIRA-IASB(ベルギー)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Atmospheric formaldehyde production on early Mars leading to a potential formation of bio-important molecules2024

    • 著者名/発表者名
      Koyama Shungo、Kamada Arihiro、Furukawa Yoshihiro、Terada Naoki、Nakamura Yuki、Yoshida Tatsuya、Kuroda Takeshi、Vandaele Ann Carine
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 14 号: 1 ページ: 2397-2397

    • DOI

      10.1038/s41598-024-52718-9

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Strong Depletion of 13C in CO Induced by Photolysis of CO2 in the Martian Atmosphere, Calculated by a Photochemical Model?2023

    • 著者名/発表者名
      Yoshida, T., Aoki, S., Ueno, Y., Terada, N., Nakamura, Y., Shiobara, K., Yoshida, N., Nakagawa, H., Sakai, S., & Koyama, S.
    • 雑誌名

      The Planetary Science Journal

      巻: 4 号: 3 ページ: 53-53

    • DOI

      10.3847/psj/acc030

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書 2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Photochemical and radiation transport model for extensive use (PROTEUS)2023

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Yuki、Terada Naoki、Koyama Shungo、Yoshida Tatsuya、Karyu Hiroki、Terada Kaori、Kuroda Takeshi、Kamada Arihiro、Murata Isao、Sakai Shotaro、Suzuki Yuhei、Kobayashi Mirai、Leblanc Francois
    • 雑誌名

      Earth, Planets and Space

      巻: 75 号: 1 ページ: 140-140

    • DOI

      10.1186/s40623-023-01881-w

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Stable carbon isotope evolution of formaldehyde on early Mars2024

    • 著者名/発表者名
      小山俊吾, 吉田辰哉, 寺田直樹, 古川善博, 中村勇貴, 鎌田有紘, 黒田剛史, Ann Carine Vandaele, 上野雄一郎
    • 学会等名
      第25回惑星圏研究会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Atmospheric production of formaldehyde and its carbon isotope evolution on early Mars2024

    • 著者名/発表者名
      小山俊吾, 吉田辰哉, 寺田直樹, 古川善博, 中村勇貴, 鎌田有紘, 黒田剛史, Ann Carine Vandaele, 上野雄一郎
    • 学会等名
      JPGU2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Stable carbon isotope evolution of formaldehyde and implications for the origin of early Martian organic matter2024

    • 著者名/発表者名
      小山俊吾, 吉田辰哉, 寺田直樹, 古川善博, 中村勇貴, 鎌田有紘, 黒田剛史, Ann Carine Vandaele, 上野雄一郎
    • 学会等名
      EGU2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] CO2光解離から推定された初期火星大気中ホルムアルデヒドの炭素同位体組成2023

    • 著者名/発表者名
      小山俊吾, 吉田辰哉, 寺田直樹, 古川善博, 中村勇貴, 鎌田有紘, 黒田剛史
    • 学会等名
      日本惑星科学会 2023年秋季講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Production of atmospheric formaldehyde on ancient Mars: implications for ribose formation2023

    • 著者名/発表者名
      Shungo Koyama, Arihiro Kamada, Yoshihiro Furukawa, Naoki Terada, Yuki Nakamura, Tatsuya Yoshida and Takeshi Kuroda
    • 学会等名
      AbGradEPEC 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Production of atmospheric formaldehyde on ancient Mars: implications for ribose formation2023

    • 著者名/発表者名
      Shungo Koyama, Arihiro Kamada, Yoshihiro Furukawa, Naoki Terada, Yuki Nakamura, Tatsuya Yoshida and Takeshi Kuroda
    • 学会等名
      BEACON
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Production of atmospheric formaldehyde on ancient Mars2023

    • 著者名/発表者名
      Shungo Koyama, Arihiro Kamada, Yoshihiro Furukawa, Naoki Terada, Yuki Nakamura, Tatsuya Yoshida, Takeshi Kuroda
    • 学会等名
      SPS2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Production of Formaldehyde in the Early Martian Atmosphere2022

    • 著者名/発表者名
      Shungo Koyama, Arihiro Kamada, Yoshihiro Furukawa, Naoki Terada, Yuki Nakamura, Tatsuya Yoshida, Takeshi Kuroda
    • 学会等名
      日本惑星科学会2022年秋季講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Photochemical Production of Formaldehyde in the Early Martian Atmosphere2022

    • 著者名/発表者名
      Shungo Koyama, Arihiro Kamada, Yoshihiro Furukawa, Naoki Terada, Yuki Nakamura, Tatsuya Yoshida, Takeshi Kuroda
    • 学会等名
      AGU 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2022-04-28   更新日: 2024-12-25  

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