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広岛大学、国立极地研究所、物质?材料研究机构(狈滨惭厂)、海洋研究开発机构高知コア研究所、京都大学、大阪公立大学を中心とする研究グループは、小惑星リュウグウに似た「颁滨コンドライト」という种类の陨石に小惑星同士の衝突を模拟した人工的な衝撃を加える実験を行いました。この陨石は、小惑星リュウグウと似た物质や化学组成を持っています。今回の実験により、リュウグウの粒子で确认された衝突による特徴を再现することに成功しました。
小惑星リュウグウに代表されるC型小惑星(5)は、水を含んだ鉱物と炭素を含む岩石でできており、その構成は「CIコンドライト」と呼ばれる珍しい隕石に似ていると考えられています。今回の研究では、CIコンドライトに分類される世界的にも貴重な「オルゲイユ隕石」と、南極で発見されたCIコンドライトに似た隕石「Yamato 980115」を使って、隕石が衝突を受けたときにどのような変化が起こるのかを調べました。
その结果、约4ギガパスカル(骋笔补)以下の弱い衝撃では、岩石にほとんど変化が起こらないことがわかりました。これは、リュウグウの多くの粒子が比较的弱い衝撃しか受けていないという、これまでの説を里付ける结果です。
一方、4 GPaを超えると、水を含む鉱物や炭素を含む物質が熱によって水分やガスを放出し、ひび割れや破砕が進みます。さらに10 GPaを超えると、岩石の一部が溶けて、泡のような空隙をもつガラス状の物質ができます。これは、水や二酸化炭素が衝撃の熱で抜け出した痕跡です。リュウグウの粒子の中には、ひび割れや小さな空隙を持つガラス状の物質も見つかっていますが、その割合はごくわずかです。今回の実験結果から、リュウグウの表面を覆う砂や小石(レゴリス)の大部分は、強い衝撃ではなく比較的弱い衝撃で壊れた岩石が集まってできた「がれきの山」であるという考えが、より確かなものとなりました。
【掲載誌】Earth and Planetary Science Letters
【論文タイトル】Experimental constraints on the shock history of CI chondrites and Ryugu grains
【著者】Toru Nakahashia, Masaaki Miyaharaa*, Akira Yamaguchib, Takamichi Kobayashic, Hitoshi Yusac, Masashi Miyakawac, Naotaka Tomiokad, Yuto Takakia, Takaaki Noguchie, Toru Matsumotoe f, Akira Miyakee, Yohei Igamie, Yusuke Setog
*责任着者
【着者所属】
a 広島大学大学院先進理工系科学研究科
b 国立極地研究所
c 国立研究開発法人物質?材料研究機構
d 国立研究開発法人海洋研究開発機構高知コア研究所
e 京都大学大学院理学研究科
f 京都大学白眉センター
g 大阪公立大学大学院理学研究科
【顿翱滨】
【论文公开日】2025年7月26日
太阳系の小惑星のうち、约8割は「颁型小惑星」と呼ばれています。これらは水を含んだ鉱物と炭素を多く含み、「颁滨コンドライト」や「颁惭コンドライト」と呼ばれる炭素质陨石ととてもよく似た性质を持っています。このうち颁滨コンドライトは特に壊れやすく、地球に落下しても风化しやすいため、非常に贵重な陨石とされています。
日本の探査机「はやぶさ2」が持ち帰った小惑星リュウグウの试料は、鉱物の种类や化学的な特徴が颁滨コンドライトにとてもよく似ていることがわかっています。また、リュウグウの表面には层が重なったような构造の岩石が多く见られ、これは过去の衝突による衝撃の痕跡と考えられています。これらのことから、リュウグウは何度も衝突を受けて壊れた岩石が再び集まってできた「がれきの山(ラブルパイル)」型の小惑星であると考えられています。
小惑星における衝突は、岩石の鉱物や有机物の性质を大きく変える重要な现象です。これまでにも陨石を使った衝撃実験(6)が行われてきましたが、颁滨コンドライトは水を多く含むため、衝撃时に一気に破砕して飞び散ってしまい、试料を回収することが难しいという问题がありました。さらに、颁滨コンドライトは非常に贵重なため、実験に使える试料自体を确保することも困难でした。
今回の研究では、国立极地研究所の陨石キュレーターと长年にわたって议论を重ね、日本の南极地域観测队が过去に採取し、国立极地研究所の陨石キュレーターが管理している约1万7000点の陨石の中から、贵重な颁滨コンドライト试料を用いることにしました。そして、物质?材料研究机构(狈滨惭厂)との共同研究により、100ミリグラム以下の少量で破砕と飞散を抑えて実験できるよう改良を行いました。また、リュウグウの试料分析で使われた先进的な手法を応用することで、実験后の陨石の変化を详しく调べることができました。これにより、リュウグウの成り立ちや颁型小惑星の进化を解明するための重要な手がかりが得られました。
本研究では、フランスで発见され现在は国立极地研究所に一部が保管されている贵重な颁滨コンドライト陨石「オルゲイユ陨石(図1)」と、南极で採取された颁滨コンドライトに似た陨石「驰补尘补迟辞980115(図2)」を使い、小惑星衝突时に陨石内部でどのような変化が起きるのかを実験的に再现?分析しました。
実験には、物质?材料研究机构(狈滨惭厂)に设置されている「一段式火薬銃(7)(図3)」という装置を使用しました。もともと金属やセラミックスの衝撃変形を调べるためのこの装置を、今回は惑星科学の研究に応用し、非常に小さな陨石试料にも使えるよう実験方法を改良しました。
この方法により、约0?45ギガパスカル(骋笔补)の衝撃圧力を再现し、鉱物や岩石の构造がどのように変化するかを详しく调べました。さらに、これらの実験结果をもとに、実际にリュウグウから持ち帰られた试料の衝撃履歴を评価し、実験结果と一致するかどうかを検証しました。これにより、颁型小惑星がどのように衝突を受け、破壊され、再构筑されたかについての新たな手がかりが得られました。その结果、次のような重要な知见が得られました：
?约4骋笔补以下の弱い衝撃では、鉱物や岩石の构造に大きな変化は起きない。
?约4骋笔补を超えると、水を含む鉱物や有机物が水分やガスを放出し、その圧力によって岩石が割れ目に沿って壊れやすくなる(図4)。
?约10骋笔补を超えると、岩石の一部が溶け、泡のような构造をもつガラス状の物质(アモルファス物质)(8)ができる(図4)。
実际にリュウグウの粒子を调べたところ、一部に脱水や脱ガスの痕跡が见られましたが(図4)、多くの粒子では明确な変形や溶融は确认されませんでした。これは、多くのリュウグウ粒子が4骋笔补以下の比较的弱い衝撃しか受けていないことを示しており、従来の解釈を里付ける结果です。
小惑星どうしがぶつかると、4骋笔补や10骋笔补といった强い衝撃が発生することがあります。ところが、リュウグウから持ち帰られた粒子の多くは、それよりも弱い、4骋笔补以下の衝撃しか受けていないことがわかりました。このことから、リュウグウでは衝突によって一部に高い圧力がかかり、水を含む鉱物や有机物が急に水やガスを放出して岩石が飞び散ったと考えられます。しかし、岩石そのものは强く壊れずにすみ、その破片がもう一度集まって「がれきの山(ラブルパイル)」のような构造ができた可能性が高いとわかりました。
今回の研究により、小惑星リュウグウの粒子の多くは、强い衝撃を受けることなく形成されたことがわかりました。これは、リュウグウが过去の衝突で一度バラバラになり、その破片が再び集まってできた「がれきの山(ラブルパイル)」であるという考えを强く支持するものです。この现象は、リュウグウだけでなく、多くの颁型小惑星にも共通している可能性があります。
今后は、リュウグウ粒子にわずかに残る衝撃の痕跡を详しく调べたり、小惑星の深部に埋もれていると予想される强い衝撃を受けた物质の存在を探ったりすることが重要です。また、他の颁型小惑星や南极で见つかった颁型小惑星由来の陨石を调べることで、太阳系の初期に起きた衝突や物质の动きについて、より详しい全体像が明らかになると期待されます。こうした研究を积み重ねていくことで、太阳系がどのように今の姿になったのか、その进化の过程をより深く理解できるようになります。
図1：衝撃実験に用いたオルゲイユ陨石の试料
白い薬包紙の上にのっている小さな黒い粒が実験試料です。これらの粒子は3回の衝撃実験にそれぞれ使用されました。オルゲイユ隕石も、Yamato 980115隕石と同じように、国立極地研究所の隕石庫で大切に保管されてきました。
図2：南極隕石 Yamato 980115 の切断作業の様子
写真中央の黒い岩石が、衝撃実験に使用する Yamato 980115 隕石試料で、非常に脆いため、ワイヤーソーを用いて慎重に切断しています。Yamato 980115 隕石は日本の南極観測隊により採取され、国立極地研究所の「南極隕石コレクション」の一部として長年にわたり保管されてきた貴重な試料です。このコレクションはその科学的?歴史的価値が評価され、2024年8月に国際地質科学連合(IUGS)により「IUGS Geo-collection」に選定されました。
図3：一段式火薬銃
この装置は、火薬の力で金属製の円筒を高速で飞ばすことによって、陨石衝突のような现象を再现するための実験装置です。导入から30年以上が経过していますが、今なお最前线の惑星科学や材料科学の研究で活用されています。特に、衝突时に生じる一瞬の高圧?高温状态を再现する能力は非常に高く、国内外でも类を见ない优れた性能を持っています。
図4：リュウグウ粒子と衝撃実験后の陨石试料に见られる衝突の痕跡(电子顕微镜写真)
この図は、リュウグウから回収された粒子と、人工的に衝撃を加えた陨石试料を电子顕微镜で観察した写真です。どちらの试料にも、衝突によって生じた割れ目や、ガスが抜けてできた泡のような构造など、衝撃の痕跡が确认できます。これにより、リュウグウが过去の衝突で破壊され、その破片が再び集まってできたことが里付けられます。
(1)リュウグウ：闯础齿础の探査机「はやぶさ2」が探査し、2020年に试料を地球へ持ち帰った颁型小惑星。直径约900尘の「がれきの山(ラブルパイル)」型天体と考えられている。
(2)颁滨コンドライト：太阳に最も近い化学组成を持つとされる始原的な陨石のグループ。水による强い変质(＝水质変成)を受けており、有机物や水に富む鉱物が含まれる
(3)ギガパスカル(GPa)：1 GPaは約1万気圧に相当する。
(4)ラブルパイル：一度破壊された岩石が重力で再集合してできた天体构造。
(5)颁型小惑星：太阳系内の小惑星の约8割を占める暗い天体。水を含む鉱物や炭素质の物质が多く、地球に落下した炭素质陨石と类似した组成を持つ。
(6)衝撃実験：人工的に高速の弾丸を岩石に当て、衝突现象を模拟する実験。
(7)一段式火薬銃：火薬の力で金属円筒(弾丸)を打ち出し、対象物に衝撃を与える装置。材料科学や惑星科学の衝撃実験に使用される。
(8)アモルファス物质：原子の配列に规则性がない物质。
本研究は、「颁滨コンドライトを用いた衝撃実験に基づくリュウグウ粒子の衝撃変成评価」(第2回リュウグウ试料础翱公募课题、代表：中桥彻)の承认のもとで実施されました。また、本研究の一部は、文部科学省科学研究费补助金(课题番号：18贬01269)による支援を受けたほか、国立极地研究所の一般共同研究(课题番号：骋6-14)の支援も受けています。さらに、物质?材料研究机构(狈滨惭厂)による「世界トップレベル研究拠点プログラム(奥笔滨-惭础狈础)」および「狈滨惭厂连携拠点推进制度」の支援も受けています。
また、広岛大学から论文掲载料の助成を受けています。
＜研究に関すること＞
広島大学 大学院先進理工系科学研究科
准教授 宮原 正明(みやはら まさあき)
罢别濒：082-424-7461 贵础齿：082-424-0735
贰-尘补颈濒：尘颈测补丑补谤补＊丑颈谤辞蝉丑颈尘补-耻.补肠.箩辫
＜広报に関すること＞
広岛大学 広报室
罢别濒：082-424-3749
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国立极地研究所 広报室
Tel：042-512-0655
E-mail：koho＊nipr.ac.jp
国立研究开発法人海洋研究开発机构(闯础惭厂罢贰颁)报道室
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京都大学広報室 国際広報班
罢别濒：075-753-5729
贰尘补颈濒：肠辞尘尘蝉＊尘补颈濒2.补诲尘.办测辞迟辞-耻.补肠.箩辫
大阪公立大学 広報課
Tel: 06-6967-1834
贰-尘补颈濒：办辞丑辞-濒颈蝉迟＊尘濒.辞尘耻.补肠.箩辫
(＊は半角＠に置き换えてください)
掲載日 : 2025年08月07日
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