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冥王代の天体重爆撃による生命誕生場への電気化学的擾乱

公募研究

研究領域冥王代生命学の創成
研究課題/領域番号 15H01067
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関千葉工業大学

研究代表者

黒澤 耕介  千葉工業大学, 惑星探査研究センター, 研究員 (80616433)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
2016年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2015年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
キーワード生命誕生場 / 天体重爆撃 / 地球 / 金星 / 火星 / 高速度天体衝突 / 電気化学勾配 / 数値衝突計算 / 天体衝突 / 冥王代地球 / 表層初期進化 / 冥王代 / 酸化還元電位勾配 / 高強度レーザー / 珪酸塩鉱物 / 衝撃圧縮 / モンテカルロ法
研究実績の概要

本研究は原始地球における生命誕生時期が天体衝突が頻発していた「天体重爆撃期」に重なっていることに着目した. 研究目的は天体衝突が生命誕生場に与える擾乱を定量的に明らかにすることである. 単発の天体衝突で引き起こされる物理化学過程を検討し, 初期数億年間に地球質量のおよそ1%におよぶ天体群が金星・地球・火星に衝突した場合に何が起こるか?を明らかにするために研究を遂行した. 得られた主要な成果を以下に述べる. (1)数値衝突計算コードであるiSALE shock physics codeを計算出力を後処理し, 衝突後の衝突天体が辿る熱力学経路を計算する後解析コードを作成した. マルチコア計算機を導入し, 数値衝突計算と後述の100万回に及ぶ天体衝突を扱う確率論的重爆撃モデル計算を幅広いパラメータ空間を効率よく埋めるための計算環境を構築した. (2)天体衝突時に衝突天体が蒸発することで発生する気相化学種を衝突速度の関数として明らかにした. 特に酸素分子の生成効率が衝突速度に強く依存していることから, 天体衝突による非生物的酸素生成が生命誕生場への新たな自由エネルギー源となり得ることを提唱した. また原始地球や火星に過渡的に酸素を含んだ大気が発生した場合に特殊な地質試料が残される可能性があることから仮説の実証に向けた新たな研究を開始した. (3)天体重爆撃期に頻発した天体衝突の重畳された情報を紐解くため, モンテカルロ法を用いた確率論的重爆撃モデルを構築した. (4)確率論的重爆撃モデルを用いて原始金星の表層変動を解いた. 天体衝突によって発生する大量の細粒岩石と高温の初期金星大気の間の化学反応を検討し, 天体重爆撃が初期金星を極度に乾燥した状態に導いたとする新説を提唱した. 本モデルは火星の大気進化を扱う計算にも流用され, 初期火星の大気全圧下限を制約するという成果を挙げている.

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2017 2016 2015

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 1件、 査読あり 9件、 謝辞記載あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 12件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] 天体衝突による物質放出過程2017

    • 著者名/発表者名
      黒澤耕介
    • 雑誌名

      天文月報

      巻: 110 ページ: 105-110

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 「2015年度最優秀研究者賞受賞記念論文」 衝撃蒸発・脱ガス実験から探る初期太陽系天体表層環境2016

    • 著者名/発表者名
      黒澤耕介
    • 雑誌名

      日本惑星科学会誌遊星人

      巻: 25 号: 4 ページ: 136-148

    • DOI

      10.14909/yuseijin.25.4_136

    • NAID

      130005313140

    • ISSN
      0918-273X, 2423-897X
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 衝突誘起化学反応:冥王代地球表層環境の理解に向けた実験的取り組み2016

    • 著者名/発表者名
      黒澤耕介
    • 雑誌名

      地球化学

      巻: 50 号: 3 ページ: 135-154

    • DOI

      10.14934/chikyukagaku.50.135

    • NAID

      130005267110

    • ISSN
      0386-4073, 2188-5923
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Recovery of shocked samples from ~100 GPa to Hugoniot elastic limit2016

    • 著者名/発表者名
      Nagaki, K., T. Kadono, T. Sakaiya, T. Kondo, K. Kurosawa, Y. Hironaka, K. Shigemori, and M. Arakawa
    • 雑誌名

      Meteoritics and Planetary Science

      巻: 印刷中 号: 6 ページ: 1153-1162

    • DOI

      10.1111/maps.12654

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Impact-induced chemical reactions: Toward understanding the surface environment on the Hadean Earth by using an experimental approach (In Japanese)2016

    • 著者名/発表者名
      黒澤耕介
    • 雑誌名

      地球化学

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Impact-driven planetary desiccation: The origin of the dry Venus2015

    • 著者名/発表者名
      Kurosawa, K.
    • 雑誌名

      Earth and Planetary Science Letters

      巻: 429 ページ: 181-190

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Planetary and meteoritic Mg/Si and d30Si variations inherited from nebula chemistry2015

    • 著者名/発表者名
      Dauphas, N., F. Poitrasson, C. Burkhardt, H. Kobayashi, and K. Kurosawa
    • 雑誌名

      Earth and Planetary Science Letters

      巻: 427 ページ: 236-248

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Dynamics of hypervelocity jetting during oblique impacts of spherical projectiles investigated via ultrafast imaging2015

    • 著者名/発表者名
      Kurosawa, K., Nagaoka, Y., Senshu, H., Wada, K., Hasegawa, S., Sugita, S., and Matsui, T.
    • 雑誌名

      J. Geophys. Res.

      巻: 120 号: 7 ページ: 1-15

    • DOI

      10.1002/2014je004730

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultra-high-speed photography and optical flash measurement of nylon sphere impact phenomena2015

    • 著者名/発表者名
      Yanagisawa, M., K. Kurosawa, and S. Hasegawa
    • 雑誌名

      Procedia Engineering

      巻: 103 ページ: 657-662

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Possibility of Production of amino acids by impact reaction using a light gas gun as a simulation of asteroid impacts2015

    • 著者名/発表者名
      Okochi, K., T. Mieno, K. Kondo, S. Hasegawa, and K. Kurosawa
    • 雑誌名

      Origins of Life and Evolution of Biospheres

      巻: ORIGINS14 号: 1-2 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1007/s11084-015-9419-4

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Hydrocode modeling of the material ejection by spallation2017

    • 著者名/発表者名
      Kurosawa, K., T. Okamoto, and H. Genda
    • 学会等名
      48th Lunar and Planetary Science Conference
    • 発表場所
      The Woodlands, TX, USA
    • 年月日
      2017-03-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Generation of reduced carbon compounds by “low” velocity impacts2017

    • 著者名/発表者名
      Ishibashi, K., K. Kurosawa, T. Okamoto, and T. Matsui
    • 学会等名
      48th Lunar and Planetary Science Conference
    • 発表場所
      The Woodlands, TX, USA
    • 年月日
      2017-03-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dust sensor with a large detection area using polyimide film for martian moons exploration2017

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi, M., O. Okudaira, K. Kurosawa, T. Okamoto, H. Senshu, K. Wada, S. Sasaki, H. Kimura, and M. Nakamura
    • 学会等名
      48th Lunar and Planetary Science Conference
    • 発表場所
      The Woodlands, TX, USA
    • 年月日
      2017-03-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The Hellas basin on Mars: Further exploration of its anomalous shape2017

    • 著者名/発表者名
      Komatsu, G., T. Ruj, H. Miyamoto, J. M. Dohm, J. Ormo, and K. Kurosawa
    • 学会等名
      48th Lunar and Planetary Science Conference
    • 発表場所
      The Woodlands, TX, USA
    • 年月日
      2017-03-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Detection of lunar lava tubes by lunar radar sounder onboard SELENE(Kaguya)2017

    • 著者名/発表者名
      Haruyama, J., T. Kaku, R. Shinoda, W. Miyake, A. Kumamoto, K. Ishiyama, T. Nishibori, K. Yamamoto, K. Kurosawa, A. I. Suzuki, S. T. Crites, T. Michikami, Y. Yokota, R. Sood, H. J. Melosh, L. Chappaz, and K. C. Howell
    • 学会等名
      48th Lunar and Planetary Science Conference
    • 発表場所
      The Woodlands, TX, USA
    • 年月日
      2017-03-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Tracing the origin and evolution of volatiles on Mars: Constraints from elemental and isotopic compositions of nitrogen and noble gases2017

    • 著者名/発表者名
      Kurokawa, H., K. Kurosawa, and T. Usui
    • 学会等名
      48th Lunar and Planetary Science Conference
    • 発表場所
      The Woodlands, TX, USA
    • 年月日
      2017-03-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Impact-driven water removal on steam-covered Venus-like planets2016

    • 著者名/発表者名
      Kurosawa, K.
    • 学会等名
      47th Lunar and Planetary Science Conference
    • 発表場所
      The Woodlands, Texas, USA
    • 年月日
      2016-03-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Shock vaporization of water ice in an open system investigated using a two-stage light-gas gun2016

    • 著者名/発表者名
      Kurosawa, K., T. Okamoto, H. Yabuta, G. Komatsu, and T. Matsui
    • 学会等名
      47th Lunar and Planetary Science Conference
    • 発表場所
      The Woodlands, Texas, USA
    • 年月日
      2016-03-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Laboratory simulation of shooting stars by using a two-stage light-gas gun2016

    • 著者名/発表者名
      H. Senshu, K. Kurosawa, Okamoto, T., and T. Matsui
    • 学会等名
      47th Lunar and Planetary Science Conference
    • 発表場所
      The Woodlands, Texas, USA
    • 年月日
      2016-03-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ultra-high-speed imaging of the impact ejecta: Comparison with a SPH simulations2016

    • 著者名/発表者名
      Okamoto, T., K. Kurosawa, H. Genda, and T. Matsui
    • 学会等名
      47th Lunar and Planetary Science Conference
    • 発表場所
      The Woodlands, Texas, USA
    • 年月日
      2016-03-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A lower limit of atmospheric pressure on early Mars inferred from nitrogen and argon isotopes2016

    • 著者名/発表者名
      Kurokawa, H., K. Kurosawa, and T. Usui
    • 学会等名
      47th Lunar and Planetary Science Conference
    • 発表場所
      The Woodlands, Texas, USA
    • 年月日
      2016-03-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] An atmospheric response against from impact bombardments on Earth and Venus: The role of impact ejecta2016

    • 著者名/発表者名
      Kurosawa, K.
    • 学会等名
      The 4th ELSI International Symposium
    • 発表場所
      東京工業大学地球生命研究所(東京都目黒区)
    • 年月日
      2016-01-12
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2018-03-28  

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