原始惑星系における有機物生成とその進化

2013 年度 実績報告書

• 研究領域: 宇宙における分子進化：星間雲から原始惑星系へ
• 研究課題/領域番号: 25108003
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 永原 裕子 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (80172550)
• 研究分担者: 為則 雄祐 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 副主幹研究員 (10360819) ; 星野 真人 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 研究員 (30508461) ; 木村 勇気 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (50449542) ; 高橋 修 広島大学, サステナブル・ディベロップメント実践研究センター, 特任講師 (60253051) ; 土山 明 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (90180017)
• 研究期間 (年度): 2013-06-28 – 2018-03-31
• キーワード: 原始惑星系円盤 / 有機物 / 化学吸着 / 触媒化学反応

研究概要

本研究においては，原始惑星系円盤環境におけるH, C, N, Oの化学反応生成物を同定するとともに，その反応速度・生成分子の官能基ごとの同位体依存性を実験により決定することを目的とし，平成25年度においては，表面反応実験装置の作成と，顕微XANES装置の設計を主たる目標とした．
研究は，予定通りきわめて順調に進展した．第一に，その場観測可能表面反応実験装置が完成した．装置は超高真空バックグラウンドの容器中に，基板加熱，生成物のその場観測用FTIR，生成有機物を分析する四重極質量分析計を基本的な要素とし，原始惑星系円盤条件に近い温度・圧力条件における表面反応実験が可能である．次年度においてただちに実験をスタートする（木村）．第2に，顕微XANE装置の中核となる拡大結像方光学系の設計をおこなった．当初予定のミラー光学系だけでなくゾーンプレートによる結像光学系の設計も検討を開始した．光学素子に合わせたパラメータの検討を進め，全体設計の計画が確立した（星野）．また，精密位置調整のためのキネマティックポジショニングシステムの開発を進め，開発したステージは、平行移動（X,Y,Z）に対して0.5μm以下、回転動作（θx, θy, θz）に対して5μrad以下の最少駆動量で微調整が可能である．また，原始惑星系環境を再現した模擬実験を進めるため，100～500Kの範囲で温度可変な試料ホルダの設計を行った（為則）．第3に，表面反応実験において用いる非晶質ケイ酸塩基板作りを3種の方法で進めた．結果は，一長一短があることがわかり，次年度においてさらにベストの方法を追求する（土山）．第4に，実験により反応速度が決定された場合に，原始惑星系円盤進化にともなう非晶質ケイ酸塩基板上の有機物生成進化をモデル化するためのコード開発を進めた．円盤中のダスト移動と化学反応を結びつけることが可能となった（永原）．

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

研究費申請段階から各分担者は周到な準備をおこなってきたため，研究費採択が決定した直後から順調にスタートすることができている．

今後の研究の推進方策

表面反応実験に関しては，表面反応による有機物生成過程をその場観測をしつつ，生成量をFTIRによる計測する．また，基板表面はTEM 観測，分析班との協力による元素・同位体分析などを進める．ただし，実験基板に関しては平成26年度においてさらに検討を重ねる必要があるため，暫定的に既存の多種の非晶質ケイ酸塩をもちいて実験をスタートする．顕微XANESに関しては，パルスカウント型軟X線CCD検出器を中心に開発し，前年度に開発したヘキサポッドステージと組み合わせることで，結像型軟X線顕微鏡として組み上げる．同時に，Spring 8のビームライン上に光学系の構築を開始する．また，前年度の設計検討の結果，XANES装置のウオルター鏡の光学素子は特殊設計を行う必要が明らかとなったため，班員を追加しそれに対応することとした．計画は順調に進展しており，当初の予定どおりに遂行する予定である．

研究成果

• [雑誌論文] The electronic structure of carbonate ion in aqueous solution studied by soft X-ray emission spectroscopy. (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Horikawa, A. Yoshida, O. Takahashi, H. Arai, T. Tokushima, T. Gejo, and S. Shin
  • 雑誌名: J. Mol. Liq. 巻: 189 (0) ページ: 9-12
  • DOI: 10.1016/j.molliq.2013.06.021
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mineral chemistry of MUSES-C Regio inferred from analysis of dust particles collected from the first and second touchdown sites on asteroid Itokawa. (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakamura T., Nakato A., Ishida H., Wakita S., Noguchi T., Zolensky M. E., Tanaka M., Kimura M., Tsuchiyama A., Ogami T., Hashimoto T., Konnno M. Uesugi M., Yada T., Shirai K., Fujimura A., Okazaki R., Sandford S. A., Ishibashi Y., Abe M., Okada T., Ueno M., and Kawaguchi J.
  • 雑誌名: Meteoritics & Planetary Science 巻: 49 ページ: 214-227
  • DOI: 10.1111/maps.12247
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low Core-Mantle Boundary Temperature Inferred from the Solidus of Pyrolite. (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Nomura, K. Hirose, K. Uesugi, Y. Ohishi, A. Tsuchiyama, A. Miyake, Y. Ueno
  • 雑誌名: Science 巻: 343 ページ: 522-525
  • DOI: 10.1126/science.1248186
  • 査読あり
• [雑誌論文] Site-dependent Si KL 23 L 23 resonant Auger electron spectra following inner-shell excitation of Cl3SiSi(CH3)3. (2013)
  • 著者名/発表者名: I. H. Suzuki, H. Endo, K. Nagai, O. Takahashi, Y. Tamenori, and S.-i. Nagaoka
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 巻: 139 (17) ページ: 174314
  • DOI: 10.1063/1.4827860
  • 査読あり
• [学会発表] The Role of Titanium on Differentiation of Magma Ocean of Small Bodies.
  • 著者名/発表者名: A. Hori, R. Sakai, H. Nagahara, and K. Ozawa
  • 学会等名: Workshop on Planetesimal Formation and Differentiation
  • 発表場所: Washington, DC, USA
• [学会発表] 月の初期分化におけるチタンの役割.
  • 著者名/発表者名: 堀文子，酒井理紗，永原裕子，小澤一仁
  • 学会等名: 日本惑星科学会2013年度秋季講演会
  • 発表場所: 石垣市民会館,沖縄
• [学会発表] Measurement of density map in fresh biological sample using X-ray phase contrast tomography.
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino, K. Uesugi and N. Yagi
  • 学会等名: 11th International Conference on Biology and Synchrotron Radiation
  • 発表場所: Hamburg, Germany
• [学会発表] Development of X-ray laminography microscope for observing laterally extended object.
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino, K. Uesugi, A. Takeuchi, Y. Suzuki and N. Yagi
  • 学会等名: The 12th Symposium on X-ray Imaging Optics
  • 発表場所: 大阪大学中之島センター, 大阪
• [学会発表] ハイスループットX線位相差CTの開発.
  • 著者名/発表者名: 星野真人, 上杉健太朗, 八木直人
  • 学会等名: 第27回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 広島国際会議場, 広島
• [学会発表] Current status of X-ray phase contrast tomography using Talbot grating interferometer at SPring-8.
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino, K. Uesugi and N. Yagi
  • 学会等名: International Workshop on X-ray and Neutron Phase Imaging
  • 発表場所: Garmisch-Partenkirchen, Germany
• [学会発表] 低温低圧環境下における微粒子表面での触媒化学反応による有機分子生成実験の構想.
  • 著者名/発表者名: 木村勇気, 羽馬哲也, 土`山明, 永原裕子
  • 学会等名: 「宇宙における分子進化：星間雲から原始惑星系へ」平成25年度研究集会
  • 発表場所: 北海道大学低温科学研究所, 北海道
• [学会発表] Ion irradiation experiments to olivine: Comparison with space weathering rims of Itokawa and lunar regolith particles.
  • 著者名/発表者名: T. Matsumoto, A. Tsuchiyam , A. Takigawa, K.Yasuda , Y. Nakata, N. Watanabe, A, Kouchi, M. Nakamura, A. Miyake and M. Ohtake
  • 学会等名: Goldschmidt2013 Conference
  • 発表場所: Firenze, Italy
• [学会発表] 高温ガスの凝縮実験によるGEMSの再現：７元素系におけるO/Si比の検討.
  • 著者名/発表者名: 松野淳也, 土`山明, 野田淳, 八木下将史, 渡辺隆行
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2013年年会
  • 発表場所: 筑波大学, 茨城
• [学会発表] Amorphous silicate dust formed by condensation experiments: a key to GEMS formation process.
  • 著者名/発表者名: J. Matsuno, A. Tsuchiyama, C. Koike, H. Chihara, J. Noda, M. Tanaka and T. Watanabe
  • 学会等名: The Life Cycle of Dust in the Universe
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
• [学会発表] GEMS-like grains produced by condensation experiment.
  • 著者名/発表者名: J. Matsuno, A. Tsuchiyama, J. Noda, M. Tanaka, T. Watanabe, C. Koike and H. Chihara
  • 学会等名: Lunar Planet. Sci., XLV
  • 発表場所: Texas, USA
• [学会発表] Large Scale Material Transport in the Protoplanetary Disk and its Relevance to the “Planetary” Oxygen Isotopic Composition.
  • 著者名/発表者名: Nagahara H & Ozawa K
  • 学会等名: Goldschmidt 2013
  • 発表場所: Florence, Italy
• [学会発表] Dust Transport in Diffusive Protosolar Disk and its Relevance to the Composition of Planetesimals.
  • 著者名/発表者名: H. Nagahara and K. Ozawa
  • 学会等名: Workshop on Planetesimal Formation and Differentiation
  • 発表場所: Washington, DC, USA
• [学会発表] Radial Mixing in the Proto-Solar Disk and Chemical Composition of Meteorites.
  • 著者名/発表者名: H. Nagahara and K. Ozawa
  • 学会等名: The 45th Lunar and Planetary Science Conference
  • 発表場所: Texas, USA
• [学会発表] 原始惑星系円盤初期のダストの組成分析～熱力学的平衡計画とParticle Tracking Model.
  • 著者名/発表者名: 中田守，永原裕子，小澤一仁
  • 学会等名: 日本惑星科学会2013年度秋季講演会
  • 発表場所: 石垣市民会館,沖縄
• [学会発表] Effect of Planet Size and Initial Water Content on the Formation of Anorthosite Crust.
  • 著者名/発表者名: R. Sakai, H. Nagahara, and K. Ozawa
  • 学会等名: Workshop on Planetesimal Formation and Differentiation
  • 発表場所: Washington, DC, USA
• [学会発表] 月バルク組成制約に向けたマグマオーシャン熱進化モデルの構築.
  • 著者名/発表者名: 酒井理紗，永原裕子，小澤一仁，橘省吾
  • 学会等名: 日本惑星科学会2013年度秋季講演会
  • 発表場所: 石垣市民会館,沖縄
• [学会発表] 浮遊加熱法によるコンドライト模擬物質の溶融急冷組織.
  • 著者名/発表者名: 瀬戸雄介, 市村隼, 松野淳也, 土`山明, 三宅亮, 高橋竜平, 小原真司
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2013年年会
  • 発表場所: 筑波大学, 茨城
• [学会発表] Near Surface Structure and Processes of Angrite Parent Body Inferred from D’Orbigny.
  • 著者名/発表者名: H. T. Suzuki, K. Ozawa, H. Nagahara, and T. Mikouchi
  • 学会等名: Workshop on Planetesimal Formation and Differentiation
  • 発表場所: Washington, DC, USA
• [学会発表] Condensation Of Forsterite Under Controlled Protoplanetary Disk Conditions.
  • 著者名/発表者名: S. Tachibana, A. Takigawa, A. Miyake, H. Nagahara, and K. Ozawa
  • 学会等名: The 45th Lunar and Planetary Science Conference
  • 発表場所: Texas, USA
• [学会発表] Auger decay spectra calculations for some small molecules.
  • 著者名/発表者名: Osamu Takahashi, Saya Takaki, Naotake Kunitake, Katsuyoshi Yamasaki
  • 学会等名: XXVIII International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collision
  • 発表場所: Lanzhou, China
• [学会発表] 液体エタノールのX線発光分光に対する理論計算.
  • 著者名/発表者名: 高橋修, Lars Pettersson
  • 学会等名: 第7回分子科学討論会2013
  • 発表場所: 京都テルサ, 京都
• [学会発表] 核の運動を含んだオージェ電子分光スペクトルの理論計算.
  • 著者名/発表者名: 高橋修, 高木沙弥, 国武尚登, 山崎勝義
  • 学会等名: 日本コンピュータ化学会2013秋季年会
  • 発表場所: 九州大学, 福岡
• [学会発表] 金属原子を含む軟X線吸収分光スペクトルの理論計算.
  • 著者名/発表者名: 高橋修
  • 学会等名: 2013年日本化学会中国四国支部大会
  • 発表場所: 広島大学, 広島
• [学会発表] 軟X線分光に関する理論計算.
  • 著者名/発表者名: 高橋修
  • 学会等名: ｢宇宙における分子進化：星間雲から原始惑星系へ」北海道大学低温科学研究所平成25年度研究集会
  • 発表場所: 北海道大学低温科学研究所, 北海道
• [学会発表] Auger decay spectra calculations for some small molecules.
  • 著者名/発表者名: Osamu Takahashi, Saya Takaki, Naotake Kunitake, Katsuyoshi Yamasaki
  • 学会等名: 5th JCS International Symposium on Theoretical Chemistry
  • 発表場所: Todai-ji Culture Center, Nara
• [学会発表] スペシエーションマッピングによる化学形態を区別した生物炭酸塩中硫黄化合物の分布測定.
  • 著者名/発表者名: 為則雄祐, 吉村寿紘, Luan Trong Nguyen, 長谷川浩, 鈴木淳, 川幡穂高, 岩崎望
  • 学会等名: 2013年度日本地球化学会
  • 発表場所: 筑波大学, 茨城
• [学会発表] μ-XRF/XASスペシエーションマッピングによる化学形態を区別した生物炭酸塩中硫黄化合物の分布測定.
  • 著者名/発表者名: 為則雄祐, 吉村寿紘, Luan Trong Nguyen, 長谷川浩, 鈴木淳, 川幡穂高, 岩崎望
  • 学会等名: 第27回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 広島国際会議場, 広島
• [学会発表] SPring-8/BL27SUの現状と高度化計画.
  • 著者名/発表者名: 為則雄祐
  • 学会等名: 第27回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 広島国際会議場, 広島
• [学会発表] Spherical silicate particles as analogues of circumstellar dust: IR spectral features and crystallization kinetics.
  • 著者名/発表者名: A. Tsuchiyama, Y. Imai, H. Chihara, C. Koike, J. Matsuno
  • 学会等名: The Life Cycle of Dust in the Universe
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
• [学会発表] 有機物マントルをもつダストの衝突合体速度の温度依存性.
  • 著者名/発表者名: 上田裕太，奥住聡，中本泰史，田中秀和，香内晃，永原裕子
  • 学会等名: 日本惑星科学会2013年度秋季講演会
  • 発表場所: 石垣市民会館,沖縄
• [学会発表] Organic Nitrogen Cosmochemistry of Ultracarbonaceous Micrometeorite.
  • 著者名/発表者名: Yabuta H, Noguchi T, Itoh S, Tsujimoto S, Sakamoto N, Hashiguchi M, Abe K, Kilcoyne D, Okubo A, Okazaki R, Tachibana S, Terada K, Nakamura T, Ebihara M & Nagahara H
  • 学会等名: Goldschmidt 2013
  • 発表場所: Florence, Italy