宇宙ダスト生成解明に向けた核生成理論モデルの構築

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18K03689
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分16010:天文学関連
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 田中 今日子 東北大学, 理学研究科, 客員研究者 (70377993)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 核生成 / 氷 / 固体微粒子 / 雲 / アモルファス / 宇宙ダスト / 夜光雲

研究成果の概要

宇宙環境や地球大気における固体微粒子（ダスト）の生成と進化に関する総合的な理解を目指し、気相からの凝縮核生成や結晶化過程を理論モデルや分子動力学（MD）計算などの手法を用いて調べた。特に宇宙の主要物質である氷について、MD計算から得られた知見や理論モデルを用いて、凝縮と結晶化過程を定量的に議論し、地球大気に応用し観測と比較することにより中間圏の雲（夜光雲）の生成メカニズムを特定した。さらに理論モデルや理論的解析と実験との連携を通じて、金属物質やシリケート物質などに対して気相からの核生成問題を考える際に有効な理論モデルを整備した。

自由記述の分野

宇宙物質科学

研究成果の学術的意義や社会的意義

蒸気から液滴や結晶が生まれる際の凝縮核生成過程は、雲の発生や宇宙の固体粒子の生成や進化を考える際の重要なプロセスであるが、最初にできる凝縮核がナノサイズ以下と小さく、その生成率を精度よく予言する一般的な理論はまだ存在していない。本研究では凝縮核生成や結晶化過程を理論モデルや原子・分子レベルで詳細を知ることができる分子動力学（MD）計算の結果に基づき、凝縮と結晶化過程を定量的に議論できる理論モデルを構築した。特に気候変動にも関係する中間圏の雲に適用し形成メカニズムを特定する重要な結果が得られた。凝縮核生成という基本的な問題に寄与する本研究の手法は他の天体や宇宙環境にも適用することが可能である。