月・火星隕石のアイソクロン分析による月惑星探査用その場年代計測法の実証

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K14778
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 長 勇一郎 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (00737687)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 年代その場計測 / レーザー誘起プラズマ発光分光法 / 希ガス分析 / 惑星着陸探査

研究実績の概要

2019年度は、私がこれまでに開発してきた年代分析装置を改良し、分析対象と分析機能の拡張を行った。
具体的には、第一に複数コアバンドル式の光ファイバを導入して分光システムの改良を行い、分光計で検出されるプラズマ由来の光量を従来の２倍程度まで向上させた。第二に、レーザーによって岩石から抽出される希ガスの濃度を計測することを目的に、深度合成機能付きの顕微鏡を用いた三次元測定用システムを構築した。これにより、レーザー痕の体積を計測する機能を年代計測装置に追加することができた。第三に、これまでに行なってきたアルゴンの定量にとどまらず、ヘリウムやネオンの計測を可能にするため、希ガス前処理手法の改良を行った。これらの希ガスのブランクレベルを定量したのち、ユークライト隕石にパルスレーザーを照射し、希ガスを抽出して分析を行った。ヘリウムおよびネオンの同位体は量が少ないことから、1000回以上のレーザー照射が必要にはなるものの、これまでカリウム・アルゴン年代を計測するために構築してきた装置に、隕石の宇宙線照射年代計測機能を追加することができた。
上述した装置の改良と並行して、カリウムをはじめとする主要元素の定量性能を高めるため、元素分析アルゴリズムを開発した。具体的には、複数の標準試料に対してレーザーを照射して発光スペクトルのライブラリを作成し、未知試料のスペクトルを多変量解析によって解析することで、主要8元素を10%よりも良い精度で計測できる目処を得た。

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

2019年度は、元素分析アルゴリズムや三次元計測用システムの構築など、分析装置の汎用性を高める改良を行った。多少のマシンタイムの競合はあったものの、岩石に含まれる低濃度のカリウムの測定準備は概ね整ったと考えている。

今後の研究の推進方策

2020年度には、従来単レンズで実現してきたレーザースポット径(400 μm)を縮小し、100 μmまで絞れる光学系を組むことで、高K濃度のマトリックス部分を直接サンプリングする技術開発を行う。そのための照射光学系と観察光学系の構築を急ぎ、カリウムの検量モデルと検出限界を得るところまでは年内に進める。その後火星隕石からのAr抽出実験を行い、照射条件の最適化とArピーク強度の確認を行う予備実験を年明けには実施し、火星隕石のアイソクロン計測のための準備を行う。

次年度使用額が生じた理由

海外出張の経費として計上していた分が、学会自体の中止により余ったため。2020年度に海外出張が可能になった場合に使用する予定である。

研究成果

• [国際共同研究] ドイツ航空宇宙センター(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ドイツ航空宇宙センター
• [国際共同研究] スペイン国立航空宇宙技術研究所(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: スペイン国立航空宇宙技術研究所
• [雑誌論文] An artificial impact on the asteroid (162173) Ryugu formed a crater in the gravity-dominated regime (2020)
  • 著者名/発表者名: Arakawa M.、Saiki T.、Wada K.、Ogawa K.、Kadono T.、Shirai K.、Sawada H.、Ishibashi K.、Honda R.、Sakatani N.、Iijima Y.、et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 368 ページ: 67～71
  • DOI: 10.1126/science.aaz1701
  • 査読あり / オープンアクセス / 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、Watanabe Sei-ichiro、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、Irie Terunori、Nomura Keita、Ernst Carolyn M.、et al.
  • 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] 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.、Matsuura S.、Arai T.、et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 364 ページ: 272-275
  • DOI: 10.1126/science.aav7432
  • 査読あり / オープンアクセス / 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.、Shimaki Y.、Ikeda H.、Tatsumi E.、Yoshikawa M.、et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 364 ページ: 268-272
  • DOI: 10.1126/science.aav8032
  • 査読あり / オープンアクセス / 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.、Yamada M.、Honda C.、Yokota Y.、 et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 364 ページ: 252
  • DOI: 10.1126/science.aaw0422
  • 査読あり / オープンアクセス / 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.、Kitazato K.、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 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
• [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
• [学会発表] 月極域探査に向けたLIBS装置の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 湯本 航生 、長 勇一郎 、亀田 真吾 、小倉 暁乃丞 、山本 直輝 、笠原 慧 、臼井 寛裕 、 杉田 精司
  • 学会等名: 第20回宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] MMXローバ用ラマン分光計(RAX)の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 長 勇一郎 、湯本 航生 、亀田 真吾 、臼井 寛裕 、小川 和律 、舘野 直樹 , Ryan Conor, Till Hagelschuer, Maximilian Buder, Rod Vance, Ute Boettger, Heinz-Whilhelm Huebers, Andoni Moral, Fernando Rull
  • 学会等名: 第20回宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] 火星衛星探査計画ローバに搭載するラマン分光装置(RAX)の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 長 勇一郎, 亀田真吾, 湯本航生, 臼井寛裕, Conor Ryan, Till Hagelschuer, Roderick Vance, Maximilian Buder, Ute Boettger, Heniz-Whilhelm Huebers, Andoni Moral, Fernando Rull,
  • 学会等名: 日本惑星科学会秋季講演会