火星衛星の形成過程を解明する

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H04514
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 玄田 英典 東京工業大学, 地球生命研究所, 教授 (90456260)
• 研究分担者: 中村 智樹 東北大学, 理学研究科, 教授 (20260721) ; 兵頭 龍樹 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 国際トップヤングフェロー (20814693) ; 黒川 宏之 東京工業大学, 地球生命研究所, 特任准教授 (80713643)
• 研究期間 (年度): 2021-04-05 – 2026-03-31
• キーワード: 衛星形成 / フォボス / ディモス / 近赤外スペクトル / MMX計画

研究実績の概要

火星衛星の起源の解決を目指すため、まず、対立する2つの有力な仮説「衝突説」と「捕獲説」の両説において、その形成過程を理論研究によって明らかにし、その形成過程と火星圏環境を再現した実験を行い、火星衛星の模擬物質を作成する。そして、火星衛星探査機 (MMX)に搭載される近赤外分光計(MIRS)と同一の装置を用いて、火星衛星模擬物質の近赤外スペクトルを測定する。火星衛星フォボスのMIRSによる観測は、2025年夏頃に開始される。観測されたフォボスのスペクトルを実験室で作成した模擬物質の近赤外スペクトルと比較することによって、火星衛星の起源に強い制約を与える。
本研究では、4つの研究計画から構成されており、2022年度は、以下の3つの研究計画を実行した。4つ目の研究計画は最終年度(2025年度)に実行する予定である。
<計画1> 火星衛星の形成過程に関する理論研究:「捕獲説」における、回転する原始火星大気の流れ場における捕獲プロセスを明らかにするため、３次元流体シミュレーションを行い原始火星大気の運動場を求めた。 「衝突説」において、超高解像度数値計算を行い、形成される円盤の物理的特徴を調べた。
<計画2> 火星模擬物質の作成と宇宙風化の実験:衝突説を検証するため、昨年度に引き続き、理論計算で得られた火星円盤ダストの形成温度、 冷却率、酸素分圧を再現することのできるガス浮遊炉を用いて模擬物質を作成した。捕獲説を検証するため、昨年度に引き続き、含水C型、D型小惑星の構成物質である含水炭素質隕石 (CM、CR、Tagish Lakeの3種)に対して実験室で加熱実験を行った。
<計画3> MIRSによる火星模擬物質の近赤外スペクトル測定:理論研究と再現実験で得られる知見を火星衛星探査機MMXに搭載される近赤外分光計 (MIRS)の機器設計に反映させた。また、合成スペクトルのモデルの構築の準備を行った。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

コロナ感染状況により海外渡航を自粛したため、MMX計画の海外チームとの対面での密な議論が行えなかったため、研究計画の一部のブラッシュアップに遅れが出た。

今後の研究の推進方策

当初の計画通りに研究を実施する。コロナ感染状況の改善により、海外チームとの密な議論が進められることを期待する。

研究成果

• [国際共同研究] LESIA-Observatoire de Paris/Institut de Physique du Globe de Paris(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: LESIA-Observatoire de Paris/Institut de Physique du Globe de Paris
• [雑誌論文] Large planets may not form fractionally large moons (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakajima Miki、Genda Hidenori、Asphaug Erik、Ida Shigeru
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: 568
  • DOI: 10.1038/s41467-022-28063-8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Martian moons exploration MMX: sample return mission to Phobos elucidating formation processes of habitable planets (2022)
  • 著者名/発表者名: Kuramoto Kiyoshi et al. (including Hidenori Genda)
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 74 ページ: 12
  • DOI: 10.1186/s40623-021-01545-7
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Can we constrain the origin of Mars' recurring slope lineae using atmospheric observations? (2022)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa Hiroyuki、Kuroda Takeshi、Aoki Shohei、Nakagawa Hiromu
  • 雑誌名: Icarus 巻: 371 ページ: 114688～114688
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2021.114688
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pebbles and sand on asteroid (162173) Ryugu: In situ observation and particles returned to Earth (2022)
  • 著者名/発表者名: Tachibana S. et al. (including Nakamura, T.)
  • 雑誌名: Science 巻: 375 ページ: 1011～1016
  • DOI: 10.1126/science.abj8624
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] MIRS: an imaging spectrometer for the MMX mission (2021)
  • 著者名/発表者名: Barucci Maria Antonietta et al. (including Hidenori Genda)
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 73 ページ: 211
  • DOI: 10.1186/s40623-021-01423-2
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Onset of a Globally Ice‐Covered State for a Land Planet (2021)
  • 著者名/発表者名: Kodama T.、Genda H.、Leconte J.、Abe‐Ouchi A.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Planets 巻: 126 ページ: e2021JE006975
  • DOI: 10.1029/2021JE006975
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Numerous chondritic impactors and oxidized magma ocean set Earth’s volatile depletion (2021)
  • 著者名/発表者名: Sakuraba Haruka、Kurokawa Hiroyuki、Genda Hidenori、Ohta Kenji
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 20894
  • DOI: 10.1038/s41598-021-99240-w
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tidal Evolution of the Eccentric Moon around Dwarf Planet (225088) Gonggong (2021)
  • 著者名/発表者名: Arakawa Sota、Hyodo Ryuki、Shoji Daigo、Genda Hidenori
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 162 ページ: 226～226
  • DOI: 10.3847/1538-3881/ac1f91
  • 査読あり
• [雑誌論文] SPH simulations for shape deformation of rubble-pile asteroids through spinup: The challenge for making top-shaped asteroids Ryugu and Bennu (2021)
  • 著者名/発表者名: Sugiura Keisuke、Kobayashi Hiroshi、Watanabe Sei-ichiro、Genda Hidenori、Hyodo Ryuki、Inutsuka Shu-ichiro
  • 雑誌名: Icarus 巻: 365 ページ: 114505～114505
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2021.114505
  • 査読あり
• [雑誌論文] Erosion and Accretion by Cratering Impacts on Rocky and Icy Bodies (2021)
  • 著者名/発表者名: Hyodo Ryuki、Genda Hidenori
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 913 ページ: 77
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abf6d8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mars’ atmospheric neon suggests volatile-rich primitive mantle (2021)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa Hiroyuki、Miura Yayoi N.、Sugita Seiji、Cho Yuichiro、Leblanc Francois、Terada Naoki、Nakagawa Hiromu
  • 雑誌名: Icarus 巻: 370 ページ: 114685～114685
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2021.114685
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Formation of Earth and Its Early Evolution (2022)
  • 著者名/発表者名: Genda, H.
  • 学会等名: The 10th ELSI International Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Shock recovery of rocks with a variety of shock-induced pressure at a single shot (2021)
  • 著者名/発表者名: Ono, H., K. Kurosawa, T. Niihara, T. Mikouchi, H. Genda, N. Tomioka, T. Sakaiya, T. Kondo, M. Kayama, M. Koike, Y. Sano, W. Satake, and T. Matsui
  • 学会等名: 15th Europlanet Science Congress
  • 国際学会
• [学会発表] Erosion and accretion by cratering impacts on rocky and icy bodies: Formulation of scaling relations for high-speed ejecta (2021)
  • 著者名/発表者名: Genda, H., and Hyodo, R.
  • 学会等名: 15th Europlanet Science Congress
  • 国際学会
• [学会発表] Shock recovery of macro blocks of rocky materials with decaying shock waves (2021)
  • 著者名/発表者名: Kurosawa, K., H. Ono, T. Niihara, T. Mikouchi, T. Sakaiya, T. Kondo, N. Tomioka, H. Genda, T. Tada, R. Tada, M. Kayama, M. Koike, Y. Sano, T. Matsuzaki, M. Murayama, W. Satake, T. Okamoto, and T. Matsui
  • 学会等名: 84th Annual Meeting of the Meteoritical Society
  • 国際学会
• [学会発表] 後期集積の現状理解 (2021)
  • 著者名/発表者名: 玄田英典
  • 学会等名: 第23回惑星圏研究会
  • 招待講演