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探査機観測データ解析と搭載機器開発による火星の水環境進化の解明

公募研究

研究領域水惑星学の創成
研究課題/領域番号 18H04453
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
研究機関東北大学

研究代表者

中川 広務  東北大学, 理学研究科, 助教 (30463772)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード火星 / 水循環 / 搭載機器開発 / 探査機 / 観測 / 機器開発 / 水 / 進化 / 物質輸送 / 分光 / 大気波動 / エアロゾル
研究実績の概要

本研究では、火星水環境進化を明らかにすべく、最新の探査衛星による観測データ解析と長期的視野にたった搭載機器開発を推進し、以下を達成した。
[1] 下層から上層に水分子が輸送されるメカニズムの定量的理解:新たな放射コードの開発を行い、水分子とダスト・エアロゾルとの二次元高度分布をダスト嵐時・静穏時とにわけて解析を行った。また、下層大気現象に伴う発生・上方伝搬する大気重力波の特徴とその背景場・水輸送に与える影響を明らかにし、その成果を投稿・審議中である。加えて、TGO/NOMADデータ解析により、水蒸気・ダストのダスト嵐時の緯度分布を初めて捉えたことで、背景風速場との関連性を明らかにし、ハドレー循環が水輸送に大きな役割を担っていることを示唆し、その成果を出版した。
[2] 上層水分子が水散逸量に及ぼす影響の定量的理解:TGO衛星によって中層域のHDO/H2Oを掌握し、さらにMAVEN衛星によって均一圏界面高度の変動および上層の鉛直輸送が水散逸量に及ぼす影響を評価したことで、散逸量見積もりに重要なfractionation factorのばらつき・変動について明らかにした。均一圏界面高度の研究成果を論文に投稿・審議中である。
[3] 水分子の上方輸送の源となる下層大気現象・水循環の定量的理解:既存のMEX/OMEGAデータを整理し、ダスト嵐時に伴う大気の膨張・ダスト到達高度の上昇・水蒸気の高高度輸送の様子を捉えた。また、短時間スケールを明らかにする新たな手立てとしてMMX搭載MO装置開発を推進、観測に必要な広角視野光学系の導入、火星観測を可能にする運用検討を実施し、その成果を現在論文にまとめるべく執筆準備中である。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (32件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (7件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 7件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 1件) 図書 (2件)

  • [国際共同研究] ベルギー超高層大気研究所(ベルギー)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] コロラド大学/アリゾナ大学(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] フランス国立科学研究センター大気環境宇宙観測研究所/フランス宇宙天体物理学研究所(フランス)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] コロラド大学/アリゾナ大学/ハワイ大学(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] ベルギー王立宇宙科学研究所(ベルギー)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] ロシア宇宙科学研究所(ロシア連邦)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] フランス国立科学研究センター・大気環境宇宙観測研究所(フランス)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] A warm layer in the nightside mesosphere of Mars2020

    • 著者名/発表者名
      Nakagawa, H., S. K. Jain, N. M. Schneider, F. Montmessin, R. V. Yelle, F. Jiang, L. Verdier, T. Kuroda, N. Yoshida, H. Fujiwara, T. Imamura, N. Terada, K. Terada, K. Seki, H. Groller, and J. I. Deighan
    • 雑誌名

      Geophys. Res. Let.

      巻: - 号: 4 ページ: 47-57

    • DOI

      10.1029/2019gl085646

    • 関連する報告書
      2019 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] Water vapor profiles on Mars in dust storms observed by TGO/NOMAD2020

    • 著者名/発表者名
      S. Aoki et al. (Nakagawa as 68th author)
    • 雑誌名

      J. Geophys. Res.

      巻: - 号: 12 ページ: 3482-3497

    • DOI

      10.1029/2019je006109

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Martian dust storm impact on atmospheric H2O and D/H observed by ExoMars Trace Gas Orbiter2019

    • 著者名/発表者名
      A. C. Vandaele, O. Korablev, F. Daerden, S. Aoki, L. R. Thomas, F. Altieri, M. Lopez-Valverde, G. Villanueva, G. Luizzi, M. D. Smith, J. T. Erwin, L. Trompet, A. A. Fedorova, F. Montmessin, A. Trokhimovskiy, D. A. Belyaev, N. I. Ignatiev, M. Luginin, K. S. Olsen, L. Baggio, et al.
    • 雑誌名

      Nature

      巻: - 号: 7753 ページ: 521-525

    • DOI

      10.1038/s41586-019-1097-3

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] No detection of methane on Mars from early ExoMars Trace Gas Orbiter observations2019

    • 著者名/発表者名
      O. Korablev, A. C. Vandaele, F. Montmessin, A. A. Fedorova, A. Trokhimovskiy, F. Forget, F. Lefevre, F. Daerden, I. R. Thomas, L. Trompet, J. T. Erwin, S. Aoki, S. Robert, L. Neary, S. Viscardy, A. V. Grigoriev, N. I. Ignatiev, A. Shakun, A. Patrakeev, D. A. Belyaev, J.-L. Bertaux, et al.
    • 雑誌名

      Nature

      巻: - 号: 7753 ページ: 517-520

    • DOI

      10.1038/s41586-019-1096-4

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Loss of the Martian atmosphere to space: Present-day loss rates determined from MAVEN observations and integrated loss through time2018

    • 著者名/発表者名
      Jakosky B.M.、Brain D.、Chaffin M.、Curry S.、Deighan J.、Grebowsky J.、Halekas J.、Leblanc F.、Lillis R.、Luhmann J.G.、Kuroda T.、他
    • 雑誌名

      Icarus

      巻: 315 ページ: 146-157

    • DOI

      10.1016/j.icarus.2018.05.030

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Mesospheric CO2 ice clouds on Mars observed by Planetary Fourier Spectrometer onboard Mars Express2018

    • 著者名/発表者名
      Aoki S., Y. Sato, M. Giuranna, P. Wolkenberg, T. M. Sato, H. Nakagawa, and Y. Kasaba
    • 雑誌名

      Icarus

      巻: 302 ページ: 175-190

    • DOI

      10.1016/j.icarus.2017.10.047

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] NOMAD, an Integrated Suite of Three Spectrometers for the ExoMars Trace Gas Mission: Technical Description, Science Objectives and Expected Performance2018

    • 著者名/発表者名
      A. C. Vandaele, J.-J. Lopez-Moreno, M. R. Patel, G. Bellucci, F. Daerden, B. Ristic, S. Robert, I. R. Thomas, V. Wilquet, M. Allen, G. Alonso-Rodrigo, F. Altieri, S. Aoki, D. Bolsee, T. Clancy, E. Cloutis, C. Depiesse, R. Drummond, A. Fedorova, et al.
    • 雑誌名

      Space Sci. Rev.

      巻: 214 号: 5 ページ: 1-47

    • DOI

      10.1007/s11214-018-0517-2

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 太陽系ハビタブル惑星の成立を探る火星衛星探査計画MMX2018

    • 著者名/発表者名
      倉本圭, 川勝康弘, 藤本正樹, 源田英典, 平田成, 今村剛, 亀田真吾, 松本晃治, 宮本 英昭, 諸田 智克, 長岡 央, 中川 広務, 中村 智樹, 小川 和律, 大嶽 久志, 尾崎 正伸, 佐々木 晶, 千秋 博紀, 橘 省吾, 寺田 直樹, 臼井 寛裕, 和田 浩二, 渡邊 誠一郎, MMX study team
    • 雑誌名

      日本惑星科学会誌遊星人

      巻: 27 ページ: 207-215

    • NAID

      130007546969

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] 特集「火星圏のサイエンス」ExoMars TGOと火星衛星探査計画MMXによる火星大気観測2018

    • 著者名/発表者名
      青木翔平, 中川広務, 小郷原一智, 神山徹, 今村剛, 笠羽康正
    • 雑誌名

      日本惑星科学会誌遊星人

      巻: 27 ページ: 224-224

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] A warm layer in the summer night side mesosphere of Mars2019

    • 著者名/発表者名
      Hiromu Nakagawa
    • 学会等名
      American Geophysical Union
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Global characterization of wave perturbations in the middle atmosphere on Mars2019

    • 著者名/発表者名
      中川広務
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Water cycle and its evolution: Hihg-speed H2O transport to upper atmosphere on Mars2019

    • 著者名/発表者名
      中川広務
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Unexpected warmlayer in the nightside mesosphere of Mars2019

    • 著者名/発表者名
      中川広務
    • 学会等名
      SGEPSS
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Water cycle on Mars revealed by space-born and ground-based observations2018

    • 著者名/発表者名
      Nakagawa, H., S. Aoki, N. Yoshida, N. Terada, T. Imamura, K. Ogohara, Ando, Noguchi, A. Miyamoto, K. Takami, T. Kuroda, I. Murata, Y. Kasaba, MAVEN/IUVS team
    • 学会等名
      Symposium on Planetary Sciences
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Mars mesospheric zonal wind at global dust storm 20182018

    • 著者名/発表者名
      Nakagawa, H., A. Miyamoto, K. Takami, S. Aoki, H. Sagawa, T. Kuroda, N. Terada, Y. Kasaba, N. Yoshida, K. Toriumi
    • 学会等名
      Society of Geomagnetism and Earth, Planetary and Space Sciences
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Evolution of aerosol profile and convective instability resulting from superposition of atmospheric waves in the middle atmosphere on Mars2018

    • 著者名/発表者名
      Nakagawa, H., N. Terada, N. Yoshida, H. Fujiwara, K. Seki, IUVS team
    • 学会等名
      Society of Geomagnetism and Earth, Planetary and Space Sciences
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 火星超高層大気中における大気重力波の特性2018

    • 著者名/発表者名
      中川広務, 寺田直樹, 吉田奈央, 青木翔平, 笠羽康正
    • 学会等名
      日本気象学会2018年度秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] The effect of atmospheric gravity waves on the water transport and its escape on Mars2018

    • 著者名/発表者名
      Nakagawa, H., N. Terada, N. Yoshida, S. Aoki, T. Kuroda, Y. Kasaba
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Exploring the Atmosphere of Mars with remote observations: Activities in Japan for the Belgium-Japan partnership (AMAVERO)2018

    • 著者名/発表者名
      Kasaba, Y., H. Nakagawa, et al.
    • 学会等名
      European Planetary Science Congress (EPSC) 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Simulation of the coupled atmosphere and hydrosphere on early mars using a GCM2018

    • 著者名/発表者名
      T. Kuroda, A. Kamada, K. Toriumi, Y. Kasaba, N. Terada, H. Nakagawa
    • 学会等名
      European Planetary Science Congress (EPSC) 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Spectral inversion of OMEGA /MEx limb observations considering multiple scattering2018

    • 著者名/発表者名
      Mahieux, A., S. Aoki, M. Toyooka, H. Nakagawa et al.
    • 学会等名
      European Planetary Science Congress (EPSC) 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Four years of upper atmospheric exploration at Mars with MAVEN and IUVS2018

    • 著者名/発表者名
      Montmessin, F., N. M. Schneider, J. I. Deighan, S. K. Jain, J. S. Evans, M. Crismani, M. H. Stevens, D. Y. lo, J. T. Clarke, M. S. Chaggin, M. Mayyasi, F. Lefevre, A. Stiepen, E. Royer, Z. Milby, H. Groller, R. Yelle, H. Nakagawa
    • 学会等名
      European Planetary Science Congress (EPSC) 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Modification of the retrieval tool JACOSPAR for the Martian limb observation2018

    • 著者名/発表者名
      Toyooka, M., H. Iwabuchi, S. Aoki, A. Mahieux, H. Nakagawa, Y. Kasaba
    • 学会等名
      European Planetary Science Congress (EPSC) 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [図書] Astrobiology (Atmosphere of Mars)2019

    • 著者名/発表者名
      H. Nakagawa (Ed. by A. Yamagishi, T. Kakegawa, and T. Usui)
    • 総ページ数
      14
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      9789811336393
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [図書] Atmosphere of Mars, Astrobiology (From the Origins of Life to the Search for Extraterrestrial Intelligence)2019

    • 著者名/発表者名
      H. Nakagawa (Ed. by A. Yamagishi, T. Kakegawa, and T. Usui)
    • 総ページ数
      14
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      9789811336393
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-01-27  

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