２段式軽ガス銃を用いた開放系気相化学分析技術の確立

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23840057
• 研究機関: 独立行政法人宇宙航空研究開発機構
• 研究代表者: 黒澤 耕介 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 研究員 (80616433)
• 研究期間 (年度): 2011-08-24 – 2013-03-31
• キーワード: 原始地球表層進化 / 天体衝突 / 隕石重爆撃 / 衝突蒸発 / 二段式軽ガス銃 / 超臨界流体 / 発光分光法 / 質量分析

研究概要

本研究では初期地球に頻繁に起きていたことがわかっている天体衝突が地球表層進化に与えた影響を理解することを目標としている。昨年度までに宇宙科学研究所の2段式軽ガス銃を用いた衝突蒸発/気相化学分析技術を確立し、天体衝突によって発生する生成気体の種類, 量を計測することができた。今年度はデータをもとにそれらを決定づける物理・化学過程を明らかにし、実験室と現象のスケールが何桁も異なる天然衝突を対応づけるスケーリング則を確立することを目指した。衝撃波伝播、等エントロピー膨張、熱化学平衡を基本とした非常に単純な衝突蒸発モデルを構築し、発生気体量と衝撃圧力の関係を再現することに成功した。この結果は天体衝突で発生する蒸気量は、熱力学的計算によって求まるエントロピー増加量のみで議論できることを意味し、地球史における天体衝突の影響を調べる上で極めて見通しがよくなったと言える。ここまでの成果は国際誌「Earth and Planetary Science Letters」に掲載済である。
この結果を受けて今年度は彗星模擬物質(水氷-有機物-鉱物)を標的として、氷物質の衝突蒸発挙動を詳細に調べる予定であった。第一の標的として純水氷を用いた衝突蒸発実験を行う準備を進めていた。ところが、宇宙科学研究所の高圧ガス使用規制による二段式軽ガス銃の運転停止の影響を受け、中止を余儀なくされた。実験は行えなかったものの、簡便に透明な水氷試料を製作するための専用容器の試作を行った。
本来の目的を達成できなくなったが、数値的に研究を進めることとし、モンテカルロ法を用いて、原始地球への隕石重爆撃を数値的に取り扱う確率論的数値モデルを構築した。我々の研究によって、個々の天体衝突で発生する蒸気量が明らかになったことにより、原始地球に頻発した天体衝突が表層進化に与えた影響を定量的に評価できるようになってきた。

現在までの達成度 (区分)

理由

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Impact experiments on capture of exotic grains by highly porous primitive bodies (2013)
  • 著者名/発表者名: Okamoto, T., A. M. Nakamura, S. Hasegawa, K. Kurosawa, K. Ikezaki, A. Tsuchiyama
  • 雑誌名: Icarus 巻: 224 ページ: 209-217
  • DOI: doi.org/10.1016/j.icarus.2013.02.023
• [雑誌論文] Laboratory experiments on crater scaling-law for sedimentary rocks in the strength regime (2012)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, A. S. Hakura, T. Hamura, M. Hattori, R. Hayama, T. Ikeda, H. Kusuno, H. Kuwahara, Y. Muto, K. Nagaki, R. Niimi, Y. Ogata, T. Okamoto, T. Sasamori, C. Sekigawa, T. Yoshihara, S. Hasegawa, K. Kurosawa, T. Kadono, A. M. Nakamura, S. Sugita, and M. Arakawa
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research Planets 巻: 117 ページ: E08012
  • DOI: doi:10.1029/2012JE004064
• [雑誌論文] Shock-induced silicate vaporization: The role of electrons (2012)
  • 著者名/発表者名: Kurosawa, K., T. Kadono, S. Sugita, K. Shigemori, T. Sakaiya, Y. Hironaka, N. Ozaki, A. Shiroshita, Y. Cho, S. Tachibana, T. Vinci, S. Ohno, R. Kodama, and T. Matsui
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research Planets 巻: 117 ページ: E04007
  • DOI: doi:10.1029/2011JE004031
• [雑誌論文] The nature of shock-induced calcite (CaCO3) devolatilization in an open system investigated using a two-stage light gas gun (2012)
  • 著者名/発表者名: Kurosawa, K., S. Ohno, S. Sugita, T. Mieno, T. Matsui, and S. Hasegawa
  • 雑誌名: Earth Planetary Science Letters 巻: 337-338 ページ: 68-76
  • DOI: doi:10.1016/j.epsl.2012.05.022
  • 査読あり
• [学会発表] Entropy gain for shock-heated forsterite: Implications for atmospheric blow-off on the early Earth and Venus (2013)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Kurosawa
  • 学会等名: 44th Lunar and Planetary Science Conference
  • 発表場所: The Woodlands, Texas
  • 年月日: 20130318-20130322