太陽系天体における水・物質循環のモデリング

2018 年度 実績報告書

• 研究領域: 水惑星学の創成
• 研究課題/領域番号: 17H06457
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 玄田 英典 東京工業大学, 地球生命研究所, 准教授 (90456260)
• 研究分担者: 倉本 圭 北海道大学, 理学研究院, 教授 (50311519) ; 鎌田 俊一 北海道大学, 創成研究機構, 特任助教 (40723474) ; 高橋 芳幸 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (00372657) ; 市川 浩樹 東京工業大学, 地球生命研究所, 研究員 (50570503) [辞退] ; 黒川 宏之 東京工業大学, 地球生命研究所, 研究員 (80713643)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• キーワード: 惑星起源・進化 / 水循環 / 計算物理 / 固体地球物理学 / 惑星探査

研究実績の概要

本研究では、太陽系天体における水・物質循環に関する実証可能な物理モデルを構築し、多様な水環境を有する太陽系天体が、いかにして作られたのかを明らかにする。最終的には、実験班により定量化された化学過程を、各天体の物理モデルに組み込み、探査・分析データを実証として、太陽系天体の水・物質循環の歴史を紐解くことを目的とする。
多様な小天体の水・揮発性元素量解明を目的とし、小天体内部の水岩石反応から予想される鉱物組み合わせに対して理論スペクトル計算を行い、近赤外リモセンデータから母天体組成を制約する理論的枠組みを構築した。また、衝突計算を行い、リュウグウを形成した母天体の破壊的な衝突によって一部の含水鉱物が脱水するが、一部は生き残ることを明らかにした。はやぶさ２に続くミッションである火星衛星探査計画も推進している。
氷天体の内部海の維持に関しては、特に冥王星を対象にした研究を進めた。ガスハイドレートの薄い層が内部海の凍結を防ぐことがわかった。同時に、巨大盆地の安定性や、窒素に富む表層などといった冥王星の謎も解明できることを明らかにした。
金星の大気大循環モデル実験および、古火星大気を想定した大気放射モデルの構築を行った。金星大気実験からは、金星探査機あかつきが発見した惑星規模筋状構造の成因を明らかにした。火星に関しては、酸化的大気組成下での太古の流水活動を示す火星探査データを受け、過酸化水素による温暖化機構を提唱した。
地球型惑星の大気と水の起源解明を目的とし、揮発性元素供給・分配・散逸の理論モデル構築を行った。その成果として、原始惑星円盤内のダスト進化・小天体組成に応じた初期惑星の水量・大気組成の予想が可能となった。また、集積期の火星大気形成と進化を、脱ガス成分と原始太陽系星雲ガス成分の成層性を考慮し、含水素大気の長寿命化の可能性を示した。

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

各天体の物理モデルの構築も順調に進んでおり、すでに実験班の結果を用いた共同研究や、探査班のデータを用いた共同研究なども行われ始めていることから、「おおむね順調に進展している」といえる。

今後の研究の推進方策

当初の計画通りに研究を推進する。

研究成果

• [国際共同研究] Institut de Physique du Globe/Universite Paris Diderot(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: Institut de Physique du Globe/Universite Paris Diderot
• [国際共同研究] Jet Propulsion Laboratory/University of Colorado(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Jet Propulsion Laboratory/University of Colorado
• [雑誌論文] Gas flow around a planet embedded in a protoplanetary disc (2019)
  • 著者名/発表者名: Kuwahara Ayumu、Kurokawa Hiroyuki、Ida Shigeru
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 623 ページ: A179～A179
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201833997
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact degassing and atmospheric erosion on Venus, Earth, and Mars during the late accretion (2019)
  • 著者名/発表者名: Sakuraba Haruka、Kurokawa Hiroyuki、Genda Hidenori
  • 雑誌名: Icarus 巻: 317 ページ: 48～58
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2018.05.035
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evolution of Early Atmosphere (2019)
  • 著者名/発表者名: Genda Hidenori
  • 雑誌名: Astrobiology 巻: 1 ページ: 197～207
  • DOI: 10.1007/978-981-13-3639-3_14
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diagnosing the Clumpy Protoplanetary Disk of the UXor Type Young Star GM Cephei (2019)
  • 著者名/発表者名: Huang P. C.、Chen W. P.、Mugrauer M.、et al. (Kuramoto, K. 33名中15番目)
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 871 ページ: 183(12pp)
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aaf793
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Global classification of lunar reflectance spectra obtained by Kaguya (SELENE): Implication for hidden basaltic materials (2019)
  • 著者名/発表者名: Hareyama Makoto、Ishihara Yoshiaki、Demura Hirohide、Hirata Naru、Honda Chikatoshi、Kamata Shunichi、Karouji Yuzuru、Kimura Jun、Morota Tomokatsu、Nagaoka Hiroshi、Nakamura Ryousuke、Yamamoto Satoru、Yokota Yasuhiro、Ohtake Makiko
  • 雑誌名: Icarus 巻: 321 ページ: 407～425
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2018.11.016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Science Objectives of the Ganymede Laser Altimeter (GALA) for the JUICE Mission (2019)
  • 著者名/発表者名: KIMURA Jun、HUSSMANN Hauke、KAMATA Shunichi、MATSUMOTO Koji、OBERST Jurgen、STEINBR?GGE Gregor、STARK Alexander、GWINNER Klaus、OSHIGAMI Shoko、NAMIKI Noriyuki、LINGENAUBER Kay、ENYA Keigo、KURAMOTO Kiyoshi、SASAKI Sho
  • 雑誌名: TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN 巻: 17 ページ: 234～243
  • DOI: 10.2322/tastj.17.234
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Enceladus: Evidence and Unsolved Questions for an Ice-Covered Habitable World (2019)
  • 著者名/発表者名: Sekine Yasuhito、Shibuya Takazo、Kamata Shunichi
  • 雑誌名: Astrobiology 巻: 1 ページ: 399～407
  • DOI: 10.1007/978-981-13-3639-3_25
  • 査読あり
• [雑誌論文] Planetary-scale streak structure reproduced in high-resolution simulations of the Venus atmosphere with a low-stability layer (2019)
  • 著者名/発表者名: Kashimura Hiroki、Sugimoto Norihiko、Takagi Masahiro、Matsuda Yoshihisa、Ohfuchi Wataru、Enomoto Takeshi、Nakajima Kensuke、Ishiwatari Masaki、Sato Takao M.、Hashimoto George L.、Satoh Takehiko、Takahashi Yoshiyuki O.、Hayashi Yoshi-Yuki
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 ページ: 23
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07919-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Collisional disruption of planetesimals in the gravity regime with iSALE code: Comparison with SPH code for purely hydrodynamic bodies (2018)
  • 著者名/発表者名: Suetsugu Ryo、Tanaka Hidekazu、Kobayashi Hiroshi、Genda Hidenori
  • 雑誌名: Icarus 巻: 314 ページ: 121～132
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2018.05.027
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] On the Impact Origin of Phobos and Deimos. IV. Volatile Depletion (2018)
  • 著者名/発表者名: Hyodo Ryuki、Genda Hidenori、Charnoz Sebastien、Pignatale Francesco C. F.、Rosenblatt Pascal
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 860 ページ: 150(10pp)
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aac024
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Implantation of Martian Materials in the Inner Solar System by a Mega Impact on Mars (2018)
  • 著者名/発表者名: Hyodo Ryuki、Genda Hidenori
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 856 ページ: L36(6pp)
  • DOI: 10.3847/2041-8213/aab7f0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 火星隕石の放出過程 (2018)
  • 著者名/発表者名: 黒澤 耕介、玄田 英典、岡本 尚也、松井 孝典
  • 雑誌名: 日本惑星科学会誌遊星人 巻: 27 ページ: 197～206
  • DOI: 10.14909/yuseijin.27.3_197
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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MMX (2018)
  • 著者名/発表者名: 倉本 圭、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、川勝 康弘、寺田 直樹、臼井 寛裕、和田 浩二、渡邊 誠一郎、MMX study team、藤本 正樹、玄田 英典、平田 成、今村 剛、亀田 真吾、松本 晃治、宮本 英昭
  • 雑誌名: 日本惑星科学会誌遊星人 巻: 27 ページ: 207～215
  • DOI: 10.14909/yuseijin.27.3_207
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 火星衛星フォボスとディモスの起源・進化の現状理解 (2018)
  • 著者名/発表者名: 兵藤 龍樹、玄田 英典
  • 雑誌名: 日本惑星科学会誌遊星人 巻: 27 ページ: 216～223
  • DOI: 10.14909/yuseijin.27.3_216
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Extremely strong polarization of an active asteroid (3200) Phaethon (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito Takashi、Ishiguro Masateru、Arai Tomoko、Imai Masataka、Sekiguchi Tomohiko、Bach Yoonsoo P.、Kwon Yuna G.、Kobayashi Masanori、Ishimaru Ryo、Naito Hiroyuki、Watanabe Makoto、Kuramoto Kiyoshi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 ページ: 2486
  • DOI: 10.1038/s41467-018-04727-2
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Breaking the Habit: The Peculiar 2016 Eruption of the Unique Recurrent Nova M31N 2008-12a (2018)
  • 著者名/発表者名: Henze M.、Darnley M. J.、Williams S. C.、et al. (Kuramoto, K. 73名中29番目)
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 857 ページ: 68(29pp)
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aab6a6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ocean tidal heating in icy satellites with solid shells (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsuyama Isamu、Beuthe Mikael、Hay Hamish C.F.C.、Nimmo Francis、Kamata Shunichi
  • 雑誌名: Icarus 巻: 312 ページ: 208～230
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2018.04.013
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Lunar impact history constrained by GRAIL-derived basin relaxation measurements (2018)
  • 著者名/発表者名: Conrad Jack W.、Nimmo Francis、Fassett Caleb I.、Kamata Shunichi
  • 雑誌名: Icarus 巻: 314 ページ: 50～63
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2018.05.029
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 「2017年度最優秀研究者賞受賞記念論文」固体惑星物理学における諸問題 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鎌田 俊一
  • 雑誌名: 日本惑星科学会誌遊星人 巻: 27 ページ: 286～295
  • DOI: 10.14909/yuseijin.27.4_286
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 火星大気と表層水の起源と進化：理論モデルと同位体組成からの制約 (2018)
  • 著者名/発表者名: 黒川 宏之、櫻庭 遥
  • 雑誌名: 日本惑星科学会誌遊星人 巻: 27 ページ: 127～137
  • DOI: 10.14909/yuseijin.27.3_127
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Subduction and atmospheric escape of Earth's seawater constrained by hydrogen isotopes (2018)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa Hiroyuki、Foriel Julien、Laneuville Matthieu、Houser Christine、Usui Tomohiro
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 497 ページ: 149～160
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2018.06.016
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Suppression of atmospheric recycling of planets embedded in a protoplanetary disc by buoyancy barrier (2018)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa Hiroyuki、Tanigawa Takayuki
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 479 ページ: 635～648
  • DOI: 10.1093/mnras/sty1498
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 原始惑星内部のD/H比 (2018)
  • 著者名/発表者名: 齊藤 大晶、倉本 圭
  • 雑誌名: 日本惑星科学会誌遊星人 巻: 27 ページ: 229～234
  • DOI: 10.14909/yuseijin.27.3_229
• [雑誌論文] Seismological Evidence for Laterally Heterogeneous Lowermost Outer Core of the Earth (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohtaki Toshiki、Kaneshima Satoshi、Ichikawa Hiroki、Tsuchiya Taku
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Solid Earth 巻: 123 ページ: 10,903～10,917
  • DOI: 10.1029/2018JB015857
• [学会発表] Martian Moons Exploration: The Importance of Phobos Sample Return for Understanding the Mars-Moon System (2019)
  • 著者名/発表者名: Usui, T., Fujiya, W., Koike, M., Miura, Y. N., Tachibana, S., Takano, Y., Kato, H., Sawada, H., Sato, Y., Kawakatsu, Y., Kuramoto, K., Otake, H.
  • 学会等名: 50th Lunar and Planetary Science Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Thermal evolution of ocean worlds (2019)
  • 著者名/発表者名: Kamata, S.
  • 学会等名: The 1st International Workshop for Aquaplanetology
  • 国際学会
• [学会発表] Early inner Solar System inferred from unique surface chemistry of Mercury (2019)
  • 著者名/発表者名: Kamata, S. and K. Kuramoto
  • 学会等名: Symposium on Planetary Sciences 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Interior evolution of Galilean satellites (2019)
  • 著者名/発表者名: Kamata, S. and J. Kimura
  • 学会等名: Symposium on Planetary Sciences 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A forward modeling of infrared reflectance spectra of asteroids: the implications for Ryugu’s parent body (2019)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa, H., Shibuya, T., Sekine, Y., Ehlmann, B. L.
  • 学会等名: 50th Lunar and Planetary Science Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Can icy pebble accretion form habitable planets? (2019)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa, H.
  • 学会等名: The 1st International Workshop for Aquaplanetology
  • 国際学会
• [学会発表] The climate and redox state of early Mars: insights from volatile isotopic compositions (2019)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa, H.
  • 学会等名: The 20th Symposium on Planetary Sciences
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Collisions during planet and satellite formation (2018)
  • 著者名/発表者名: Genda, H.
  • 学会等名: The Eighth East Asian Numerical Astrophysics Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 天体衝突による火星物質の放出過程について (2018)
  • 著者名/発表者名: 玄田英典、黒澤耕介、岡本尚也
  • 学会等名: 日本惑星科学会 2018年秋季講演会
• [学会発表] Martian Moons eXploration (MMX): Japanese Phobos Sample Return Mission (2018)
  • 著者名/発表者名: Usui, T., Kuramoto, K., Kawakatsu, Y.
  • 学会等名: 42nd COSPAR Scientific Assembly
  • 国際学会
• [学会発表] Martian Moons eXploration (MMX) : an overview of its science (2018)
  • 著者名/発表者名: Kuramoto, K., Kawakatsu, Y., Fujimoto, M.
  • 学会等名: European Planetary Science Congress 2018
  • 国際学会
• [学会発表] 惑星大気の放射伝達計算 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高橋 芳幸、大西 将徳、はしもと じょーじ、倉本 圭、石渡 正樹、高橋 康人、林 祥介
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合
• [学会発表] Development of a radiative transfer model for planetary atmospheres: Application for Venus atmosphere (2018)
  • 著者名/発表者名: 高橋 芳幸、大西 将徳、はしもと じょーじ、倉本 圭、石渡 正樹、高橋 康人、林 祥介
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合
• [学会発表] ハビタブル惑星の形成を探る火星衛星探査計画MMX (2018)
  • 著者名/発表者名: 倉本 圭、川勝 康弘、藤本 正樹、玄田 英典、今村 剛、亀田 真吾、松本 晃治、宮本 英昭、諸田 智克、長岡 央、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
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合
• [学会発表] 火星衛星探査計画 MMX とそのサイエンス 2018 (2018)
  • 著者名/発表者名: 倉本 圭，川勝 康弘，藤本 正樹，玄田 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
  • 学会等名: 日本惑星科学会秋季講演会
• [学会発表] 古火星における温室効果気体リサーチ： 過酸化水素の影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 祐一、倉本 圭、はしもと じょーじ、高橋 芳幸、石渡正樹
  • 学会等名: 日本惑星科学会秋季講演会
• [学会発表] 放射伝達を陽に計算した金星大気大循環計算 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高橋芳幸, 石渡正樹, 中島健介, 竹広真一, はしもとじょーじ, 樫村博基, 林祥介
  • 学会等名: 日本気象学会2018年度秋季大会
• [学会発表] 惑星大気の放射伝達計算 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高橋芳幸, 大西将徳, はしもとじょーじ, 倉本圭, 石渡正樹, 高橋康人, 林祥介
  • 学会等名: JpGU Meeting 2018
• [学会発表] 惑星大気放射伝達モデルの構築: 金星大気の計算 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高橋芳幸, 大西将徳, はしもとじょーじ, 倉本圭, 石渡正樹, 高橋康人, 林祥介
  • 学会等名: 日本気象学会 2018 年度春季大会
• [学会発表] Classical but new geophysical problems of icy ocean worlds (2018)
  • 著者名/発表者名: Kamata, S.
  • 学会等名: The 2nd Asia-Pacific Workshop on Lithosphere and Mantle Dynamics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Modeling thermal evolution of ocean worlds with convective ice shells (2018)
  • 著者名/発表者名: Kamata, S.
  • 学会等名: 42nd COSPAR Scientific Assembly
  • 国際学会
• [学会発表] Mercury as a Probe for the Early Inner Solar System (2018)
  • 著者名/発表者名: Kamata, S. and K. Kuramoto
  • 学会等名: Mercury: Current and Future Science of the Innermost Planet
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 固体惑星物理学における諸問題 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鎌田俊一
  • 学会等名: 日本惑星科学会2018年秋季講演会
• [学会発表] 粘弾性緩和で探る冥王星の氷地殻の物性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鎌田俊一, F. Nimmo
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
  • 招待講演
• [学会発表] 氷ペブルによる地球型惑星への水供給 (2018)
  • 著者名/発表者名: 黒川 宏之
  • 学会等名: 第2回水惑星全体会議
• [学会発表] Mars atmospheric history derived from upper atmosphere noble gas measurements (2018)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa, H.
  • 学会等名: Europlanet and International Space Science Institute Workshop: Reading Terrestrial Planet Evolution in Isotopes and Element Measurements
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 惑星近傍の原始惑星系円盤ガス流れ場とスーパーアース形成過程への示唆 (2018)
  • 著者名/発表者名: 黒川 宏之, 谷川 享行, 桑原 歩, 井田 茂
  • 学会等名: 日本惑星科学会 2018年秋季講演会
• [学会発表] 原始惑星系円盤に埋もれた惑星大気のリサイクリング：浮力バリアによる抑制 (2018)
  • 著者名/発表者名: 黒川 宏之, 谷川 享行
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合 2018年大会
• [学会発表] A probabilistic approach to deriving Ceres average surface composition from Dawn VIR data (2018)
  • 著者名/発表者名: 黒川 宏之, Ehlmann, B. L., Ammannito, E., De Sanctis, M. C., Lapotre, M., 臼井 寛裕, Stein, N. T., Prettyman, T., Raponi, A., Ciarniello, M.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合 2018年大会
• [学会発表] A probabilistic study to deriving Ceres average surface composition from Dawn VIR data (2018)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa, H.
  • 学会等名: The 4th meeting of Hayabusa2 multi-scale science
  • 国際学会
• [学会発表] Isotopic constraints on the loss of atmosphere and water from Mars (2018)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa, H., Kurosawa, K., Usui, T.
  • 学会等名: Environments of Terrestrial Planets Under the Young Sun: Seeds of Biomolecules
  • 国際学会