アモルファス氷の熱伝導率

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04835001
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 香内 晃 北海道大学, 低温科学研究所, 助手 (60161866)
• キーワード: アモルファス氷 / 熱伝導率 / 彗星

研究概要

アモルファス氷の熱伝導率は、彗星の熱史を議論する時には最も重要な量であるが、これまで測定値は全くなかった。通常、熱伝導率を測定するには、試料の一端を加熱し、その時の試料の両端の温度を測定する必要がある。しかし、アモルファス氷は厚さ1μm以下の薄膜状であり、通常の温度計(熱電対など)を用いて表面温度を測定するのは困難である。我々は、次の2つの“表面温度"を用いて表面温度の測定に成功し、その結果、アモルファス氷の熱伝導率の測定が可能となった。
(1)アモルファス氷から氷結晶への相転移(140K)を反射電子回折法でモニターし、表面温度計とする。この方法で125〜135Kでのアモルファス氷の熱伝導率の測定を行い、これまでの推定値より3〜4桁も小さい1〜10(erg・cm^<-1>・s^<-1>・K^<-1>)であることを見いだした。このように小さな値は、これまで行われてきた彗星の熱史に関する議論を根底からくつがえすという重要な意味を持つ。
(2)H_2やNeなどのアモルファス氷表面への吸着量の温度依存性を利用し、表面温度計とする。この方法で15〜20KでのH_2O-CO-CO_2氷(アモルファス)の熱伝導率の測定に成功した。熱伝導率は(1)に比べて一桁大きい値を示し、アモルファスH_2O中の欠陥にCOやCO_2が入ることにより熱伝導率が大きくなったと解釈できる。
以上のデータを用いて彗星の熱史の見通しを開始した。その結果、彗星核内部は太陽熱による加熱は全くなく、逆に、放射性元素の崩壊熱により内部が加熱される可能性のあることが示された。

研究成果

• [文献書誌] A.Kouchi,J.M.Greenberg.T.Yamamoto,T.Mukai: "Extremely low thermal conductivity of amorphous ice:relevance to comet evolution" Astrophysical Journal. 388. L73-L76 (1992)
• [文献書誌] A.Kouchi,J.M.Greenberg,T.Yamamoto,T.Mukai,Z.F.Xing: "A new measurement of thermal conductivity of amorphous ice:preservation of protosolar nebula matter in comets" Physics and Chemistry of Ice. 229-236 (1992)
• [文献書誌] A.Kouchi,T.Yamamoto,T.Kozasa,T.Kuroda,J.M.Greenberg: "Heterogeneous condensation of water ice in space" Proc.25th ISAS Lunar and Planetary Symposium.
• [文献書誌] A.Kouchi,T.Yamamoto,T.Kozasa,T.Kuroda,J.M.Greenberg: "Formation condition of amorphous ice in space" Grain Formation Work Shop. 14. 86-89 (1992)
• [文献書誌] A.Kouchi,T.Yamamoto,T.Kozasa,T.Kuroda,J.M.Greenberg: "Codensation of water ice on the substrate" Journal of Crystal Growth.
• [文献書誌] T.Yamanoto,A.Kouchi,T.Kozasa,T.Kuroda,J.M.Greenberg: "Crystallinisty of the Ice of a cometary nucleus" Planetary and Space Science.