深宇宙プローブとしての窒素同位体研究

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H00190
• 研究機関: 茨城大学
• 研究代表者: 橋爪 光 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 教授 (90252577)
• 研究分担者: 山中 千博 大阪大学, 大学院理学研究科, 准教授 (10230509) ; 石田 章純 東北大学, 理学研究科, 助教 (10633638) ; 藤谷 渉 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 准教授 (20755615) ; 鹿山 雅裕 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (30634068)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: 隕石 / 有機物 / 段階燃焼分析 / CRDS / アンモニア

研究実績の概要

本研究では、初期太陽系における太陽系外惑星領域から地球に向けた揮発性元素の物質輸送を追跡するため、代表的な揮発性元素の一つである窒素同位体に注目した多面的取組を進める。近年の研究の進展により、始原隕石の一部は、彗星同様に、小惑星帯よりはるかに太陽から遠い領域で形成したことが示唆され、彗星と隕石の区別が不明瞭になりつつある。本研究では、始原隕石で見られる隕石種毎に著しく異なる窒素同位体組成の中から、隕石形成場の温度環境を反映した変動情報を抽出するための取り組みを進める。更に、隕石と彗星の代表的な窒素含有物質の起源的関係を同位体組成の比較から明らかにする。
一つ目の取組として、始原隕石や地球帰還小惑星試料の段階燃焼質量分析手法を駆使し、微惑星形成前の始原同位体情報を読み取る。本年度において、はやぶさ２により地球に持ち帰られた小惑星Ryugu試料の分析を進めた。その結果、化学組成や組織がRyugu試料と類似しているCIコンドライト隕石とRyugu試料の間に、窒素同位体組成や濃度に顕著な違いがあることがわかった。このことから小惑星上で窒素を始めとした揮発性元素の移動が起こっていたことがわかった。本結果はScience誌に速報され、更に、現在詳細結果を報告するフルペーパーが査読中である。
二つ目の取組として、宇宙機に搭載可能な窒素同位体その場分析装置の基礎開発を進める。冷たい太陽系を代表する窒素含有固体物質であるアンモニアの同位体組成を測定するためのCRDS分析装置の試作と原理実証を進める。本年度においては、プロトタイプ装置を用い、アンモニアの窒素同位体分析に成功し、同位体検量線が得られた。本結果について、現在、論文投稿に向けた準備を進めている。

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

一部の分析機器の納品に遅延はあったが、研究目標達成に向けた取り組み自体については、予定した工程に従い、順調に進展している。

今後の研究の推進方策

一つ目の取組である、始原隕石や地球帰還小惑星試料の始原同位体情報の読み取りに関連しては、Ryugu試料や始原隕石内に存在するQ相と呼ばれる揮発性元素担体中の窒素同位体組成や希ガス・窒素元素比などを解読し、太陽系内の様々な惑星物質に共通に含まれる揮発性成分を追求する。
二つ目の取組である、宇宙機に搭載可能な軽量コンパクトかつロバストなCRDS同位体分析装置の開発については、前年度に成功したアンモニア分子の窒素同位体分析に引き続き、今後はアンモニア分子の水素同位体分析に取り組む。

研究成果

• [雑誌論文] Microscale Simultaneous Measurement of Carbon and Nitrogen Isotopes on Natural Diamond. (2023)
  • 著者名/発表者名: Ishida A, Kitajima K, Hashizume K, Spicuzza MJ, Zaitsev A, Schulze DJ, and Valley JW
  • 雑誌名: Geostandards and Geoanalytical Research 巻: 47 ページ: 569-578
  • DOI: 10.1111/ggr.12485
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The noble gas and nitrogen relationship between Ryugu and carbonaceous chondrites (2023)
  • 著者名/発表者名: Broadley M. W., Byrne D. J., Furi E., Zimmermann L., Marty B., Okazaki R., Yada T., Kitajima F., Tachibana S., Yogata, K., Sakamoto K., Yurimoto H., Nakamura T., Noguchi T., Naraoka H., Yabuta H., Watanabe S., Tsuda Y., Hashizume K., Ishida A.
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 345 ページ: 62-74
  • DOI: 10.1016/j.gca.2023.01.020
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Heat-Induced Dolomitization of Amorphous Calcium Magnesium Carbonate in a CO2-Filled Closed System. (2022)
  • 著者名/発表者名: Sugawara S., Fujiya W., Kagi H., Yamaguchi A., and Hashizume K.
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 7 ページ: 44670－44676
  • DOI: 10.1021/acsomega.2c03258
  • 査読あり
• [雑誌論文] Noble gases and nitrogen in samples of asteroid Ryugu record its volatile sources and recent surface evolution. (2022)
  • 著者名/発表者名: Okazaki R., Marty B., Busemann H., Hashizume K., Gilmour J. D., Meshik A., Yada T., Kitajima F., Broadley M.W., Byrne D., Furi E., Riebe M.E.I., Krietsch D., Maden C., Ishida A., Clay P., Crowther S.A., Fawcett L., Lawton T., Pravdivseva O., Miura Y.N., Park J., Bajo K., Takano Y.
  • 雑誌名: Science 巻: 379 ページ: eabo0431
  • DOI: 10.1126/science.abo0431
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] First asteroid gas sample delivered by the Hayabusa2 mission: A treasure box from Ryugu. (2022)
  • 著者名/発表者名: Okazaki R., Miura Y.N., Takano Y., Sawada H., Sakamoto K., Yada T., Yamada K., Kawagucci S., Matsui Y., Hashizume K., Ishida A., Broadley M.W., Marty B., Byrne D., Furi E., Meshik A., Pravdivtseva O., Busemann H., Riebe M.E.I., Gilmour J., Park J., Bajo K., Righter K., Sakai S., Sekimoto S.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 8 ページ: eabo7239
  • DOI: 10.1126/sciadv.abo7239
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Nitrogen isotopes in Ryugu return samples revealed by the stepwise combustion analysis, in comparison with CI falls and Antarctic finds. (2022)
  • 著者名/発表者名: Hashizume K., Ishida A., Chiba A., Okazaki R., Yada T., Kitajima F., Yurimoto H., Nakamura T., Naraoka H., Noguchi T., Yabuta H., Tachibana S., Watanabe S., Sakamoto K. and Tsuda Y.
  • 学会等名: The 9th Hayabusa Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 月表土中に捕獲された水 - その分布に関する考察. (2022)
  • 著者名/発表者名: 橋爪 光
  • 学会等名: 第66回宇宙科学技術連合講演会
• [学会発表] 月表土内部における水分子の捕獲過程 (2022)
  • 著者名/発表者名: 橋爪 光
  • 学会等名: 日本惑星科学会2022年秋季講演会