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太陽系外惑星の内部構造モデル構築に向けたレーザー高圧物性実験からのアプローチ

公募研究

研究領域太陽系外惑星の新機軸:地球型惑星へ
研究課題/領域番号 24103507
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
研究機関大阪大学

研究代表者

佐野 孝好  大阪大学, レーザーエネルギー学研究センタ, 助教 (80362606)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2014-03-31
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
2013年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2012年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワードレーザー衝撃圧縮 / 惑星内部構造 / 高圧物性 / ダイナモ機構 / 系外惑星
研究概要

本研究は、国内で唯一の大型レーザーである激光XII号レーザーを用いて、巨大惑星内部の極限状態を実験室で直接再現し、その物理状態を解析することを目的としている。本研究では特に、天王星に代表される巨大氷惑星に着目する。太陽系外でも数多く発見されている巨大氷惑星の内部構造やダイナモ機構を、実験的に検証された状態方程式や電気伝導度を用いて正確に理解することで、太陽系内外の惑星誕生シナリオを統一的に解明していく。
太陽系内および太陽系外に多数の存在が観測されている巨大な惑星群のうち、一定の割合を占める比較的高い平均密度の惑星は、H2O、CH4、NH3を主要な成分とする、いわゆる巨大氷惑星だと考えられている。これらの分子性の物質は、水素結合を始めとする分子間相互作用に強く依存した物性を示す。惑星内部の高い圧力によって分子間距離が短縮されると、この分子間相互作用の性質が大きく変化する。
そこで本年度の実験では、太陽系内外の巨大で高密度な氷惑星の材料であるH2O-CH4-NH3混合液体に対して、衝撃圧縮下での状態方程式と反射率の同時計測を実施し、温度圧力条件と物性との関連を捉えることで、惑星内部の物質の状態を理解することを試みた。
その結果、混合液体の反射率は水に比べて有意に大きくなっていることが分かった。これは、混合液体では電子の非局在化が容易になることを意味している。したがって、巨大氷惑星内部のダイナモ機構には、陽子だけでなく電子による電気伝導度の寄与も重要となることが示唆される。
さらに、理論シミュレーションの面から、恒星や惑星内部の対流層における大局的な磁場構造の形成過程の模擬に成功した。今後は、太陽で見られるような周期的な磁場活動が、どのような物理で決定されているのかに迫っていきたい。

現在までの達成度 (区分)
理由

25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

25年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2014 2013 2012

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (11件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Magnetic coupling in the disks around young gas giant planets2014

    • 著者名/発表者名
      Neal J. Turner, Man Hoi Lee, and Takayoshi Sano
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal

      巻: 783 号: 1 ページ: 14-14

    • DOI

      10.1088/0004-637x/783/1/14

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Critical Magnetic Field Strength for Suppression of the Richtmyer-Meshkov Instability2013

    • 著者名/発表者名
      T. Sano, T. Inou, K. Nishihara
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 111 号: 20 ページ: 205001-205005

    • DOI

      10.1103/physrevlett.111.205001

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hugoniot and Mean Ionization of Laser-Shocked Ge-Doped Plastic2013

    • 著者名/発表者名
      G. Huser, N. Ozaki, T. Sano, Y. Sakawa, K. Miyanishi, G. Salin, Y. Asaumi, M. Kita, Y. Kondo, K. Nakatsuka, H. Uranishi, T. Yang, N. Yokoyama, D. Galmiche, and R. Kodama
    • 雑誌名

      Phys. Plasmas

      巻: Vol. 20, No. 12 号: 12

    • DOI

      10.1063/1.4840375

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ハイパワーレーザーを用いた高エネルギー密度物質研究とその展望2013

    • 著者名/発表者名
      尾崎典雅
    • 雑誌名

      レーザー学会誌 レーザー研究

      巻: vol 41 ページ: 25-32

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [雑誌論文] ハイパワーレーザーで探る高エネルギー密度物質状態2012

    • 著者名/発表者名
      尾崎典雅
    • 雑誌名

      レーザー学会第429回研究会報告: 大エネルギー高出力レーザーを利用した科学研究

      巻: RTM-12 ページ: 18-18

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [雑誌論文] レーザー衝撃波実験とその惑星科学応用2012

    • 著者名/発表者名
      佐野孝好
    • 雑誌名

      レーザー学会第429回研究会報告: 大エネルギー高出力レーザーを利用した科学研究

      巻: RTM-12 ページ: 19-19

    • NAID

      10031003758

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Magnetohydrodynamic evolutions of Richtmyer-Meshkov instability in plasmas2014

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Sano
    • 学会等名
      Japan-US Workshop on Laboratory Astrophysics -Collisionless shock experiment using high-power laser systems-
    • 発表場所
      Osaka, Japan
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] レーザー衝撃圧縮実験による惑星内部物質の高圧物性研究2013

    • 著者名/発表者名
      佐野孝好
    • 学会等名
      系外惑星大気ワークショップ2013
    • 発表場所
      本郷
    • 年月日
      2013-03-04
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] The growth of Richtmyer-Meshkov instability in magnetized plasma2013

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Sano, Katsunobu Nishihara, Chihiro Matsuoka, and Tsuyoshi Inoue
    • 学会等名
      The 55th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
    • 発表場所
      Denver, USA
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Hugoniot temperature measurements of Sapphire using laser-induced decaying shocks2013

    • 著者名/発表者名
      T. Sano, N. Ozaki, T. Kimura, K. Miyanishi, R. Kodama, T. Tsuchiya, T. Sakaiya, K. Shigemori, T. Kadono, Y. Hironaka, M. Ikoma, T. Okuchi, and T. Sekine
    • 学会等名
      The 7th International workshop on Warm Dense Matter
    • 発表場所
      Saint-Malo, France
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Hugoniot temperature measurements of Sapphire using laser-induced decaying shocks2013

    • 著者名/発表者名
      T. Sano, N. Ozaki, T. Kimura, K. Miyanishi, R. Kodama, T. Tsuchiya, T. Sakaiya, K. Shigemori, T. Kadono, Y. Hironaka, M. Ikoma, T. Okuchi, and T. Sekine
    • 学会等名
      The 2013 Joint APS-SCCM/AIRAPT Conference
    • 発表場所
      Seattle, USA
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Numerical studies on the magneto-hydrodynamical evolutions of Richtmyer-Meshkov instability2013

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Sano, Katsunobu Nishihara, Chihiro Matsuoka, Tsuyoshi Inoue, Youhei Masada, and Akira Kageyama
    • 学会等名
      The 12th Asia Pacific Physics Conference
    • 発表場所
      Chiba, Japan
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Numerical studies on the magneto-hydrodynamical evolutions of Richtmyer-Meshkov instability2013

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Sano, Katsunobu Nishihara, Chihiro Matsuoka, Tsuyoshi Inoue, Youhei Masada, and Akira Kageyama
    • 学会等名
      The 4th International Conference on High Energy Density Physics
    • 発表場所
      Saint-Malo, France
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Numerical studies on the nonlinear evolutions of Richtmyer-Meshkov instability in magnetized plasmas2013

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Sano, Katsunobu Nishihara, Chihiro Matsuoka, Tsuyoshi Inoue, Youhei Masada, and Akira Kageyama
    • 学会等名
      The 8th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
    • 発表場所
      Nara, Japan
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 惑星科学応用を目的とした液体水素のレーザー衝撃圧縮実験2013

    • 著者名/発表者名
      佐野孝好
    • 学会等名
      2013年度低温工学・超伝導学会関西支部第1回講演会
    • 発表場所
      吹田
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Laser shock compression of materials in planets2012

    • 著者名/発表者名
      佐野孝好
    • 学会等名
      The 14th International Conference on the Physics of Non-Ideal Plasmas
    • 発表場所
      Rostock, Germany
    • 年月日
      2012-09-09
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] レーザー衝撃波実験とその惑星科学応用2012

    • 著者名/発表者名
      佐野孝好
    • 学会等名
      レーザー学会第429回研究会: 大エネルギー高出力レーザーを利用した科学研究
    • 発表場所
      富士
    • 年月日
      2012-08-31
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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