火星衛星の形成過程を解明する

2022 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さまざまなパラメータにおいて計算できるモデルを構築した。 「衝突説」においては、衝突天体に氷を含む場合について検討を行った。また、「捕獲説」と「衝突説」から派生した「分裂説」と「転生説」についてそれぞれ理論的研究を行い、両者の説の実現性が低いことを明らかにし、論文２本にまとめた。
<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、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、スペクトル測定を行った。ま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い、スペクトル測定を行った。
<計画3> 火星衛星探査機MMXに搭載される近赤外分光計 (MIRS)の観測結果を理解するための合成スペクトルのモデルの構築を行った。

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

順調に論文なども出版されているため。

今後の研究の推進方策

当初の計画通りに研究を推進する。

研究成果

• [国際共同研究] パリ地球物理研究所/パリ天文台(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: パリ地球物理研究所/パリ天文台
• [雑誌論文] Experimentally shock-induced melt veins in basalt: Improving the shock classification of eucrites (2023)
  • 著者名/発表者名: Ono, H., K. Kurosawa*, T. Niihara, T. Mikouchi, N. Tomioka, J. Isa, H. Kagi, T. Matsuzaki, H. Sakuma, H. Genda, T. Sakaiya, T. Kondo, M. Kayama, M. Koike, Y. Sano, M. Murayama, W. Satake, T. Matsui
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 50 ページ: e2022GL101009
  • DOI: 10.1029/2022GL101009
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Exploring the Recycling Model of Phobos Formation: Rubble-pile Satellites (2023)
  • 著者名/発表者名: Madeira, G., Charnoz, S., Zhang, Y., Hyodo, R., Michel, P., Genda, H., Winter, S. G.
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 165 ページ: 161 (22pp)
  • DOI: 10.3847/1538-3881/acbf53
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Early Water Delivery to Terrestrial Planet Regions during the Stages of Jupiter's Formation and Migration in the Grand Tack Model (2023)
  • 著者名/発表者名: Ogihara, M., Genda, H., Sekine, Y.
  • 雑誌名: The Planetary Science Journal 巻: 4 ページ: 32
  • DOI: 10.3847/PSJ/acb64b
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Formation and evolution of carbonaceous asteroid Ryugu: Direct evidence from returned samples (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, T. et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 379 ページ: eabn8671
  • DOI: 10.1126/science.abn8671
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of impact velocity and angle on deformational heating and post-impact temperature (2022)
  • 著者名/発表者名: Wakita, S., Genda, H., Kurosawa, K., Davison, T. M., Johnson, B. C.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Planets 巻: 127 ページ: e2022JE007266
  • DOI: 10.1029/2022JE007266
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Challenges in forming Phobos and Deimos directly from a splitting of an ancestor single moon (2022)
  • 著者名/発表者名: Hyodo, R., Genda, H., Sekiguchi, R., Madeira, G., Charnoz, S.
  • 雑誌名: The Planetary Science Journal 巻: 3 ページ: 204
  • DOI: 10.3847/PSJ/ac88d2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Shock recovery with decaying compressive pulses: Shock effects in calcite (CaCO3) around the Hugoniot elastic limit (2022)
  • 著者名/発表者名: Kurosawa, K., Ono, H., Niihara, T., Sakaiya, T., Kondo, T., Tomioka, N., Mikouchi, T., Genda, H., Matsuzaki, T., Kayama, M., Koike, M., Sano, Y., Maruyama, M., Satake, W., Matsui, T.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Planets 巻: 127 ページ: e2021JE007133
  • DOI: 10.1029/2021JE007133
  • 査読あり
• [雑誌論文] Giant impact onto a Vesta-like asteroid and formation of mesosiderites through mixing of metallic core and surface crust (2022)
  • 著者名/発表者名: Sugiura, K., Haba, M. K., Genda, H.
  • 雑誌名: Icarus 巻: 379 ページ: 114949
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2022.114949
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Geoelectrochemistry-driven alteration of amino acids to derivative organics in carbonaceous chondrite parent bodies (2022)
  • 著者名/発表者名: Li Yamei、Kitadai Norio、Sekine Yasuhito、Kurokawa Hiroyuki、Nakano Yuko、Johnson-Finn Kristin
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: 4893
  • DOI: 10.1038/s41467-022-32596-3
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dust ring and gap formation by gas flow induced by low-mass planets embedded in protoplanetary disks (2022)
  • 著者名/発表者名: Kuwahara Ayumu、Kurokawa Hiroyuki、Tanigawa Takayuki、Ida Shigeru
  • 雑誌名: Astronomy &amp; Astrophysics 巻: 665 ページ: A122～A122
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202243849
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Origin of Earth's Mantle Nitrogen: Primordial or Early Biogeochemical Cycling? (2022)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa H.、Laneuville M.、Li Y.、Zhang N.、Fujii Y.、Sakuraba H.、Houser C.、Cleaves H. J.
  • 雑誌名: Geochemistry, Geophysics, Geosystems 巻: 23 ページ: e2021GC010295
  • DOI: 10.1029/2021GC010295
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] A Treasure Box from Phobos (2023)
  • 著者名/発表者名: Genda, H.
  • 学会等名: The 82nd Fujihara Seminar
  • 国際学会
• [学会発表] Numerical simulations for formation and evolution of Ryugu parent body (2022)
  • 著者名/発表者名: Genda, H., Kurosawa, K., Wakita, S., Hyodo, R., and Sugiura, K.
  • 学会等名: Hayabusa2 return sample analysis science meeting
  • 国際学会
• [学会発表] ESSE MMX による初期太陽系における物質輸送過程の解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 玄田英典、臼井寛裕、中村智樹、兵頭龍樹、黒川宏之、藤谷渉、Sebastian Charnoz、 MMX-ESSE メンバー
  • 学会等名: 第66回宇宙科学技術連合講演会
• [学会発表] 火星衛星の起源におけるフォボス・ディモス分裂説の検討 (2022)
  • 著者名/発表者名: 玄田英典、兵頭龍樹、関口凌介、G. Madeira、S. Charnoz
  • 学会等名: 日本惑星科学会 2022年秋季講演会
  • 国際学会