超小型火星探査機用Ne計測装置の基礎開発

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H01175
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 杉田 精司 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (80313203)
• 研究分担者: 笠原 慧 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (00550500) ; 永田 晴紀 北海道大学, 工学研究院, 教授 (40281787) ; 吉岡 和夫 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 講師 (70637131) ; 黒澤 耕介 千葉工業大学, 惑星探査研究センター, 上席研究員 (80616433) ; 黒川 宏之 東京工業大学, 地球生命研究所, 研究員 (80713643) ; 三浦 弥生 東京大学, 地震研究所, 助教 (90282730)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 惑星探査 / 惑星起源・進化 / 惑星大気 / 同位体 / 希ガス / 質量分析装置

研究実績の概要

本研究では，火星大気の同位体精密分析に向け，超小型で高質量分解能(m/dm > 10,000)を持つオービトラップ型質量分析器を開発している．図面設計後に試験機を製作してでの性能検証試験を実施した．組み立て公差に対して非常に敏感なため，精度保証する組み上げプロセスを考慮しながら図面を作成した．また，オプティクスの一部には100Vを超える高電圧も使用するため，放電のリスクを回避することも念頭に置いた．
検証試験では，供試体を真空槽内に設置し，窒素ガスを微量(< mPa)導入しつつ，フィラメントによるガス分子のイオン化を行い，そのイオンを1us以下の極短時間に集中させて質量分析器に導入した．イオン集中化部分が開発の山場であったが， <1usでイオンが集中して質量分析器に投入されていること，イオンの空間電荷効果によるイオン集中量の飽和などが事前の理論予想通りになっていることなどを，実験データ上で確認できた．
質量測定部に火星大気を取り込む前段階でNeとArを分別する膜を開発し，実際の透過特性とその時間依存性を確認した．測定精度向上のために，ゲッター式ポンプを用いて小型・軽量・無電源ながら真空度を維持する機能を考案した．飛翔体搭載を意識して，1センチ四方の小型ゲッターに対して，振動・衝撃耐性を考慮した設計を考案し，実際に80gのゲッター排気部を試作した．
さらに，表面環境遠隔モニタするための可視カメラの設計検討も行った．具体的には耐放射線性を考慮したレンズを含めて5枚のレンズを組み合わせ，フィルターターレットを組み合わせた分光光学系を考案した．電気回路部やCCDなど，既存の宇宙ミッションにおいて使用された経験も考慮しながら現実的な設計検討に落とし込んだ．この遠隔観測システムは火星表層の観測に留まらず，小天体探査など様々な応用が可能である．

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。

研究成果

• [国際共同研究] ブラウン大学/Planetary Science Institute/アリゾナ大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ブラウン大学/Planetary Science Institute/アリゾナ大学
  • 他の機関数: 1
• [国際共同研究] ニース天文台(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: ニース天文台
• [国際共同研究] ドイツ航空宇宙局(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ドイツ航空宇宙局
• [雑誌論文] The Importance of Phobos Sample Return for Understanding the Mars-Moon System (2020)
  • 著者名/発表者名: Usui Tomohiro、Bajo Ken-ichi、Fujiya Wataru、Furukawa Yoshihiro、Koike Mizuho、Miura Yayoi N.、Sugahara Haruna、Tachibana Shogo、Takano Yoshinori、Kuramoto Kiyoshi
  • 雑誌名: Space Science Reviews 巻: 216 ページ: -
  • DOI: 10.1007/s11214-020-00668-9
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The spatial distribution of impact craters on Ryugu (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirata Naoyuki、Morota Tomokatsu、Cho Yuichiro、Kanamaru Masanori、Watanabe Sei-ichiro、Sugita Seiji et al.
  • 雑誌名: Icarus 巻: 338 ページ: 113527～113527
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2019.113527
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The geomorphology, color, and thermal properties of Ryugu: Implications for parent-body processes (2019)
  • 著者名/発表者名: Sugita S.、Honda R.、Morota T.、Kameda S.、Sawada H.、Tatsumi E.、et al,
  • 雑誌名: Science 巻: 364 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1126/science.aaw0422
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The surface composition of asteroid 162173 Ryugu from Hayabusa2 near-infrared spectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Kitazato K.、Milliken R. E.、Iwata T.、Abe M.、Ohtake M.、... Sugita S.、et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 364 ページ: 272-275
  • DOI: 10.1126/science.aav7432
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hayabusa2 arrives at the carbonaceous asteroid 162173 Ryugu?A spinning top?shaped rubble pile (2019)
  • 著者名/発表者名: Watanabe S.、Hirabayashi M.、Hirata N.、Hirata N.、Noguchi R.、... Sugita S.、et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 364 ページ: 268-272
  • DOI: 10.1126/science.aav8032
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Shape of (101955) Bennu indicative of a rubble pile with internal stiffness (2019)
  • 著者名/発表者名: Barnouin O. S.、The OSIRIS-REx Team、Daly M. G.、Palmer E. E.、... Sugita S.、et al.
  • 雑誌名: Nature Geoscience 巻: 12 ページ: 247～252
  • DOI: 10.1038/s41561-019-0330-x
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Western Bulge of 162173 Ryugu Formed as a Result of a Rotationally Driven Deformation Process (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirabayashi Masatoshi、Tatsumi Eri、Miyamoto Hideaki、Komatsu Goro、Sugita Seiji、et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 874 ページ: L10～L10
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ab0e8b
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Boulder size and shape distributions on asteroid Ryugu (2019)
  • 著者名/発表者名: Michikami Tatsuhiro、Honda Chikatoshi、Miyamoto Hideaki、Hirabayashi Masatoshi、Hagermann Axel.... and Sugita Seiji
  • 雑誌名: Icarus 巻: 331 ページ: 179～191
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2019.05.019
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Images from the surface of asteroid Ryugu show rocks similar to carbonaceous chondrite meteorites (2019)
  • 著者名/発表者名: Jaumann R.、Schmitz N.、Ho T.-M.、Schroeder S. E.、Otto K. A.、Stephan K.、Elgner S.、Krohn K.、Preusker F.、Scholten F.、Biele J.、Ulamec S.、Krause C.、Sugita S. et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 365 ページ: 817～820
  • DOI: 10.1126/science.aaw8627
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Multivariable statistical analysis of spectrophotometry and spectra of (162173) Ryugu as observed by JAXA Hayabusa2 mission (2019)
  • 著者名/発表者名: Barucci M. A.、Hasselmann P. H.、Fulchignoni M.、Honda R.、Yokota Y.、Sugita S.、et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 629 ページ: A13～A13
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201935851
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The MASCOT landing area on asteroid (162173) Ryugu: Stereo-photogrammetric analysis using images of the ONC onboard the Hayabusa2 spacecraft (2019)
  • 著者名/発表者名: Preusker F.、Scholten F.、Elgner S.、Matz K.-D.、Kameda S.、Roatsch T.、Jaumann R.、Sugita S.、Honda R.、Morota T.、Tatsumi E.、Cho Y.、Yoshioka K.、Sawada H.、Yokota Y.、Sakatani N.、Hayakawa M.、Matsuoka M.、Yamada M.、Kouyama T.、Suzuki H.、Honda C.、Ogawa K.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 632 ページ: L4～L4
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201936759
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The descent and bouncing path of the Hayabusa2 lander MASCOT at asteroid (162173) Ryugu (2019)
  • 著者名/発表者名: Scholten F.、Preusker F.、Elgner S.、Matz K.-D.、Jaumann R.、Biele J.、Hercik D.、Auster H.-U.、Hamm M.、Grott M.、Grimm C.、Ho T.-M.、Koncz A.、Schmitz N.、Trauthan F.、Kameda S.、Sugita S. et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 632 ページ: L3～L3
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201936757
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Hayabusa2 lander MASCOT on the surface of asteroid (162173) Ryugu ? Stereo-photogrammetric analysis of MASCam image data (2019)
  • 著者名/発表者名: Scholten F.、Preusker F.、Elgner S.、Matz K.-D.、Jaumann R.、Hamm M.、Schr?der S. E.、Koncz A.、Schmitz N.、Trauthan F.、Grott M.、Biele J.、Ho T.-M.、Kameda S.、Sugita S.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 632 ページ: L5～L5
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201936760
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Noble Gases in a Primitive Achondrite Northwest Africa 3250. (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. N. Miura and R. Okazaki
  • 学会等名: 82nd Annual Meeting of The Meteoritical Society
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Orbitrap Mass Spectrometer for in-situ measurements in solar system explorations (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawashima O., Kasahara S. et al.
  • 学会等名: JpGU Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 太陽系探査を目指したOrbitrap型質量分析器の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川島桜也，笠原慧，他4名
  • 学会等名: 日本惑星科学会秋季講演会
• [学会発表] 衝突蒸気雲内化学反応が結びつける小惑星リュウグウと地球初期進化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 杉田精司、桑原秀治、黒澤耕介
  • 学会等名: JpGU Meeting
  • 招待講演
• [学会発表] Asteroid Ryugu's parent body and its properties inferred from Haybusa2 multi-band imaging observations (2019)
  • 著者名/発表者名: Seiji Sugita, Rie Honda, Tomokatsu Morota, Shingo Kameda, Eri Tatsumi, et al.
  • 学会等名: JpGU Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hayabusa2 update: global observations, sampling touchdown, and comparison with Hayabusa (2019)
  • 著者名/発表者名: , Rie Honda, Tomokatsu Morota, Shingo Kameda, Eri Tatsumi, et al.
  • 学会等名: The Main Belt 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ryugu’s parent body processes estimated from Hayabusa2 multi-band optical observations (2019)
  • 著者名/発表者名: Sugita, S., R. Honda, T. Morota, S. Kameda, E. Tatsumi, et al.
  • 学会等名: 82nd Meteor. Soc. Mtg.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High-resolution imaging and dynamic response observations of asteroid Ryugu (2019)
  • 著者名/発表者名: Sugita, S., R. Honda, T. Morota, S. Kameda, E. Tatsumi, et al.
  • 学会等名: EPSC-DPS Joint Mtg.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The Evolution of Asteroid Ryugu Revealed by Hayabusa2 and Implications for Sample Analyses (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Sugita, T. Morota, R. Honda, S. Kameda, E. Tatsumi, S. Tachibana, K. Kitazato, T. Okada, N. Namiki, M. Arakawa, P. Michel, D. Domingue, S. Tanaka, M. Yoshikawa, S. Watanabe, and Y. Tsuda
  • 学会等名: Fall Meeting
  • 国際学会 / 招待講演