2021 年度実施状況報告書

炭素質隕石に対する衝突実験とX線CT撮像～小惑星リュウグウへの応用

研究課題

研究課題/領域番号	20K04048
研究機関	近畿大学
研究代表者	道上達広近畿大学, 工学部, 教授 (60369931)
研究期間 (年度)	2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード	小惑星リュウグウ / 衝突実験 / コンドライト隕石 / Ｘ線CT撮像実験 / 小惑星ベンヌ
研究実績の概要	最近の研究で、小惑星リュウグウに含水鉱物の形で水が存在することが発見された。近年、地球の水は小惑星リュウグウのような炭素質小惑星から供給された可能性が大きいと考えられている。その供給形態の１つとして、小惑星表層のレゴリス層と呼ばれる細粒の粒子が、宇宙空間に放出され、惑星間塵として地球にもたらされることが挙げられる。しかしながら、小惑星リュウグウのような微小重力下で、どのようにレゴリス層が形成されたかよく分かっていない。レゴリス層の主要な形成要因として、小惑星の昼夜の温度差がもたらす熱疲労による表面物質の細粒化、隕石衝突による破片の再集積の２つが考えられる。表面物質が細粒化された場合、太陽風や微小隕石による宇宙風化作用で、小惑星表面のスペクトルが変化する。また、隕石衝突によるクレーター形成やそれに伴う表層のガーデニングなど、小惑星表面は当初あった状態から変化する。本研究では、レゴリス層は隕石衝突によって形成されたとの立場で、炭素質小惑星と同じ炭素質隕石に対して衝突実験を行い、衝突破片を調べることにした。具体的には、衝突前後の炭素質隕石の内部構造をX線CT撮像することで、クラックの空間分布、特にコンドリュール中のクラックの進展を調べた。学術的な問いは、「炭素質小惑星のレゴリス層形成は、衝突破片の再集積か？」である。 2020年度は、CV隕石であるアエンデ隕石に対して、2021年度は、CM隕石であるマーチソン隕石、アグアス・ザルカス隕石に対して実験を行った。その結果、コンドリュール中のクラック進展はCV隕石とCM隕石で異なることが分かった。これはCM隕石が水質変成作用を受けていることが原因であることが本研究によって初めて分かった。2023年度に小惑星ベンヌ（CM隕石と同じ物質）からサンプル粒子が地球に持ち帰られることから、比較研究で地球の水の起源に迫ることが期待される。
現在までの達成度 (区分)	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隕石を1辺1cm程度に切断し、衝突前の隕石を、東北大学にあるX線CTを用いて隕石内部を詳細に撮像した（解像度10μm/boxel）。次に、JAXA宇宙科学研究所において、隕石に対して衝突実験を行った。衝突後の最大破片を再度、東北大学にあるX線CTを用いて隕石内部を撮像した。 2020年度は、CV隕石であるアエンデ隕石に対して、2021年度は、CM隕石であるマーチソン石、アグアス・ザルカス隕石に対して実験を行った。成功ショットの内、解析した標的は、アエンデ隕石で7個、マーチソン隕石で２個、アグアス・ザルカス隕石で２個である。それらの標的の撮像データから、コンドリュールの3次元形状モデルを作成し（CV隕石で66個、CM隕石で42個）、コンドリュール中のクラック進展を詳細に調べた。その結果、CV隕石では、半分以上のクラックは、コンドリュールの境界を沿うように成長していることが新たに分かった。それとは対照的に、CM隕石では、半分以上のクラックは、コンドリュールの境界関係なく成長していることが新たに分かった。CM隕石に対して光学顕微鏡観測を行ったところ、クラックの成長にはその隕石が受けた水質変成が深く関係していることが初めて分かった。2023年度に小惑星ベンヌのサンプル粒子が地球に持ち帰られて、その内部観測と今回の結果を比較することで、小惑星表層に形成されるレゴリス層が、衝突によって形成されたのか、熱疲労によって形成されたのか明らかにすることができる。現在、論文執筆中である。なお、今回の実験で得られた一部の知見は、Michikami and Hagermann, 2021, Icarus, 357, 114282とMichikami et al, Icarus 2022, 115007の査読論文における考察で活かすことができた。
今後の研究の推進方策	マーチソン隕石、アグアス・ザルカス隕石に対して補助的な追加の実験を行う。１、２年目と同様に、①衝突前の隕石のX線CT撮像→②隕石の衝突実験→③衝突後の隕石のX線CT撮像を実施し、衝突によるクラック成長を調査する。大方の実験データは、ほぼ得られたことから、得られたデータの追加の解析を行いつつ、論文を執筆していく。X線CT画像は３次元データであり、１つのデータが４GB以上になることもあるため、データの解析には多くの時間がかかる。現在使用しているPCだと、解析時間に少し時間がかかることと、（５年以上経っており）若干調子が悪いことから、より高性能のPCの購入も検討している。申請者は、小惑星リュウグウ粒子のサンプルチームの一員でもあることから、リュウグウ粒子の解析も行っている。リュウグウ粒子は残念ながらコンドリュールを含まないCI隕石であることが新たに分かった。しかしながら、水の痕跡を残す同じ炭素質隕石であるため、本研究での実験データと小惑星リュウグウ粒子の実験データを比較し、検討を行う。例えば、リュウグウ粒子形状と今回の衝突破片形状が類似しているかなどである。これらの比較から、小惑星リュウグウの表層形成条件も明らかにしていきたいと考えている。
次年度使用額が生じた理由	2020年度、2021年度のJAXA宇宙科学研究所での実験が、コロナ禍で先方の都合のために２回ほど中止になり、その分の旅費が消化できなかった。一方、少ない実験回数ながら、成功ショットは予想よりも多かったため、必要な実験データの大方は取得することができた。その分、隕石購入費も抑えることができた。今後の使用計画としては、追加実験、解析に係る経費を想定している。具体的には、（１）小惑星リュウグウ粒子がCI隕石と判明したので、比較研究のためも、CI隕石の購入（若干）、（２）実験データの大方は取得できたものの、大量の画像データ解析のための高性能のPCの購入の検討、（３）（CI隕石を含む）追加実験での旅費、機器使用料　などを検討中である。