前主系列星期から現在に至る太陽活動変遷の研究

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H04985
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 圦本 尚義 北海道大学, 理学研究院, 教授 (80191485)
• 研究分担者: 馬上 謙一 北海道大学, 理学研究院, 助教 (70624758) ; 青木 順 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (90452424)
• 研究期間 (年度): 2021-07-05 – 2026-03-31
• キーワード: 地球化学 / 太陽風 / 太陽 / 原始太陽 / 希ガス

研究実績の概要

本研究の目的は，前主系列星期から現在に至る46億年間の太陽活動の変遷を解明することである．そのために，46億年前に太陽風照射されたガスリッチ炭素質隕石；40億年前，30億年前，20億年前，10億年前，1億年前に太陽風照射された月面レゴリス；百万年前に太陽風照射された小惑星イトカワ粒子の分析を行う．これらの分析結果から解析されるkeVレベルからMeVレベルに至る運動エネルギーをもつ粒子放射スペクトルの比較により，太陽活動の経年変化を解明する．本研究は未踏の新規研究分野であり，その成果は恒星の進化を探るのみならず，原始惑星系円盤進化，惑星進化，宇宙風化，宇宙天気などの理解に向けて大きな意味を持つ．本年度は以下の研究成果が得られた．
1. 同位体ナノスコープによる希ガスの組成分析・同位体分析　　本研究では，世界唯一の希ガス局所分析が可能な同位体ナノスコープを用い，地球外物質の固体粒子局所表面の希ガス濃度・同位体分布より太陽風の照射量とエネルギー分布を決定することにより，過去の太陽活動を解析している．同位体ナノスコープの周回イオン軌道中に挿入する誘電電荷検出器を考案し，電荷増幅器による誘導電荷検出システムの設計を完了した．また，同位体ナノスコープの広領域イメージング化の装置開発を完了した． この装置を用い，Heに加え，新たにNe, Arの分析法の開発を進めている．
2. 月粒子中に記録される太陽活動　　1億年前までの太陽活動をNASA APOLLO探査機が持ち帰った月粒子（71501）から解読したHeの深さ方向分布を測定し，太陽風照射量を求めた．
3. 隕石中に記録される太陽活動　　前主系列星期の太陽活動を解析するためにガスリッチ炭素質隕石NWA 801を分析した．開発した広領域イメージング装置によりこの隕石中の太陽風希ガスの濃集箇所を特定した．今後，太陽風起源He, Ne, Ar分布を明らかにする.

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

研究計画に従い，同位体ナノスコープの広領域イメージング化の装置開発を完了した．また，現在までに粒子試料に対する深さ方向分析を可能にし，月試料の希ガス深さプロファイルを取得することに成功した(大槻 他，2021)．次に，開発した同位体ナノスコープの広領域イメージングにより，ガスリッチ炭素質隕石のマトリックス部から，おそらく太陽系形成初期（45億年ほど前）に捕獲した太陽風の痕跡を発見した．これらの太古の太陽風を保持する粒子の希ガス分布を詳細に解析することで各時代の太陽風のエネルギーと照射量を見積もることができるデータを初年度から取得できている.

今後の研究の推進方策

次年度に誘電電荷検出器を製作し，LIMASに搭載する．そして，リアルタイムでのデータ解析プログラムを作成し，He, Ne, Arの同位体の飛行時間同定を分析中に行うことができるように構成する．また，月試料の希ガス深さ方向プロファイルの解析を進め，粒子間の違いや，高エネルギー粒子の存在の有無を確認する．さらに，同位体ナノスコープの広領域イメージングを用い，太古の太陽風を保持している粒子，もしくはコンドリュールを探す．そして，高空間分解能イメージングにより，太陽風打ち込みの2次元プロファイルを取得することで，当時の太陽風のエネルギーを再現する．

研究成果

• [雑誌論文] 同位体ナノスコープによる地球外物質の希ガス深さ方向分析に向けた微小粒子分析法の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大槻 悠太, 馬上 謙一, 圦本 尚義
  • 雑誌名: 質量分析 巻: 69 ページ: 197-201
  • DOI: 10.5702/massspec.21-122
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hydrogen diffusion mechanism in the mantle deduced from H-D interdiffusion in wadsleyite. (2021)
  • 著者名/発表者名: Sun, W., Yoshino, T., Sakamoto, N. and Yurimoto, H.
  • 雑誌名: Earth Planet. Sci. Lett. 巻: 561 ページ: 116815
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2021.116815
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Widespread Tissintite in Strongly Shock-Lithified Lunar Regolith Breccias. (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhang, A.-C., Jiang, Q.-T., Tomioka, N., Guo, Y.-J., Chen, J.-N., Li, Y., Sakamoto, N. and Yurimoto, H.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 48 ページ: e2020GL091554
  • DOI: 10.1029/2020GL091554
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hydrogen isotopic exchange kinetics between organic matter and water: Implications for chemical evolution during meteorite parent body processing. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kebukawa, Y., Kobayashi, S., Kawasaki, N., Wang, Y., Yurimoto, H. and Cody, G. D.
  • 雑誌名: Meteorit. Planet. Sci. 巻: 56 ページ: 440-454
  • DOI: 10.1111/maps.13629
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Origin of minerals in aーkermanite-rich patch texture and oxygen isotopic evolution of compact Type A Ca-Al-rich inclusions from the Northwest Africa 7865 CV chondrite. (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzumura, A., Kawasaki, N., Seto, Y., Yurimoto, H. and Itoh, S.
  • 雑誌名: Geochim. Cosmochim. Acta 巻: 303 ページ: 51-65
  • DOI: 10.1016/j.gca.2021.03.030
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Origin of hydrogen isotopic variations in chondritic water and organics. (2021)
  • 著者名/発表者名: Piani, L., Marrocchi, Y., Vacher, L.G., Yurimoto, H. and Bizzarro, M.
  • 雑誌名: Earth Planet. Sci. Lett. 巻: 567 ページ: 117008
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2021.117008
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Experimental evidence for hydrogen incorporation into Earth's core. (2021)
  • 著者名/発表者名: Tagawa, S., Sakamoto, N., Hirose, K., Yokoo, S., Hernlund, J., Ohishi, Y. and Yurimoto, H.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 ページ: 2588
  • DOI: 10.1038/s41467-021-22035-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Oxygen and Al-Mg isotopic constraints on cooling rate and age of partial melting of an Allende Type B CAI, Golfball. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki, N., Itoh, S., Sakamoto, N., Simon, S.B., Yamamoto, D. and Yurimoto, H.
  • 雑誌名: Meteorit. Planet. Sci. 巻: 56 ページ: 1224-1239
  • DOI: 10.1111/maps.13701
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] An experimental study on oxygen isotope exchange reaction between CAI melt and low-pressure water vapor under simulated Solar nebular conditions. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, D., Kawasaki, N., Tachibana, S., Kamibayashi, M. and Yurimoto, H.
  • 雑誌名: Geochim. Cosmochim. Acta 巻: 314 ページ: 108-120
  • DOI: 10.1016/j.gca.2021.09.016
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Shallow magmatic processes revealed by cryptic microantecrysts: a case study from the Taupo Volcanic Zone. (2021)
  • 著者名/発表者名: Lormand, C., Zellmer, G. F., Sakamoto, N., Ubide, T., Kilgour, G., Yurimoto, H., Palmer, A., Nemeth, K., Iizuka, Y. and Moebis, A.
  • 雑誌名: Contrib. Mineral. Petrol. 巻: 176 ページ: 97
  • DOI: 10.1007/s00410-021-01857-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Visualization of DNA Replication in Single Chromosome by Stable Isotope Labeling. (2021)
  • 著者名/発表者名: Nagata, K., Bajo, K.-i., Mitomo, H., Fujita, R., Uehara, R., Ijiro, K. and Yurimoto, H.
  • 雑誌名: Cell Structure and Function 巻: 46 ページ: 95-101
  • DOI: 10.1247/csf.21011
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of hydrogen gas pressure on calcium-aluminum-rich inclusion formation in the protosolar disk: A laboratory simulation of open-system melt crystallization. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kamibayashi, M., Tachibana, S., Yamamoto, D., Kawasaki, N. and Yurimoto, H.
  • 雑誌名: Astrophys. J. Lett. 巻: 923 ページ: L12
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ac3c41
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Chemical and Isotopic Characterization of Asteroid Ryugu (2022)
  • 著者名/発表者名: Yurimoto, H., Hayabusa2-Initial-Analysis Chemistry Team, Hayabusa2-Initial-Analysis Core
  • 学会等名: 53rd Lunar and Planetary Science Conference (LPSC 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Isotopmicroscope and isotopnanoscope (2021)
  • 著者名/発表者名: Yurimoto, H.
  • 学会等名: China SIMS-8
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] フェムト秒レーザーを用いたポストイオン化SNMSによるヘリウム広領域イメージング法の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 和田 壮平，馬上 謙一，圦本 尚義
  • 学会等名: 日本地球化学会2021年年会
• [学会発表] 同位体ナノスコープを用いた微粒子の希ガス局所分析法の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大槻 悠太，馬上 謙一，圦本 尚義
  • 学会等名: 第69回質量分析総合討論会
• [学会発表] 同位体ナノスコープを用いた地球外物質の局所ヘリウム分析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 馬上 謙一
  • 学会等名: マイクロビームアナリシス技術部会第5回研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Progress of chemical characterization of asteroid Ryugu samples (2021)
  • 著者名/発表者名: Yurimoto, H.
  • 学会等名: Hayabusa Symposium 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 難揮発性包有物メルトとCOガスとの酸素同位体交換実験 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山本 大貴、川崎 教行、橘 省吾、上林 海ちる、圦本 尚義
  • 学会等名: 日本鉱物学会2021年年会
• [学会発表] Allende隕石中の粗粒CAI “TTA01” の岩石鉱物学的記載 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山崎 忠勝、川崎 教行、圦本 尚義
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] CVコンドライト隕石の凝縮CAIの初生26Al/27Al比バリエーション (2021)
  • 著者名/発表者名: 川崎 教行、坂本 直哉、圦本 尚義
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] Self-diffusion of hcp-iron at high pressure (2021)
  • 著者名/発表者名: 山崎 大輔、坂本 直哉、圦本 尚義
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] Chemical and isotopic fractionation of Type B CAI caused by evaporation: An experimental study (2021)
  • 著者名/発表者名: 上林 海ちる、橘 省吾、川崎 教行、山本 大貴、圦本 尚義
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] 非晶質ケイ酸塩ダストとCOガスとの酸素同位体交換速度論: 初期太陽系における酸素同位体進化への示唆 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山本 大貴、橘 省吾、川崎 教行、上林 海ちる、圦本 尚義
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] 含水鉱物superhydrous phase Bの安定性と結晶構造へのAlの影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 柿澤 翔、井上 徹、中野 泰斗、黒田 みなみ、栗林 貴弘、坂本 直哉、圦本 尚義
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] アエンデ隕石Type B CAIの酸素・Al－Mg同位体システマティクス：部分溶融の冷却速度，年代，前駆物質の制約 (2021)
  • 著者名/発表者名: 川崎 教行、伊藤 正一、坂本 直哉、Steven B. Simon、山本 大貴、圦本 尚義
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [備考] 北海道大学大学院理学研究院圦本研究室ホームページ
  • URL: http://vigarano.ep.sci.hokudai.ac.jp/