公募研究 概要

研究課題 B01-3 小惑星探査機はやぶさ２の回収試料の負ミューオンによる炭素濃度測定
研究代表者 中村 智樹 (東北大学)

小惑星探査機はやぶさ２は C 型小惑星 162173 Ryugu（図 1：以下, リュウグウ）に 2019 年 2 月に着陸しサンプルを回収し, 2020 年の 12 月に地球に帰還しました。リモートセンシングによるリュウグウ表面の分光観測の結果, リュウグウは非常に暗く, 含水鉱物の吸収を示し, また, 表面物質は少し多様性を示すことが分かりました。波長 550 nm の光の反射率が約 2％と非常に低く, これまでに観測された C 型小惑星の中でも最も暗い一つです。この反射率は同じ C 型小惑星由来である炭素質隕石の反射率と比べても低く, 反射率を下げる原因物質である有機炭素化合物がリュウグウに高濃度に含まれていることを示唆します。


図 1. 小惑星リュウグウ (左: 直径 900 m 程度) と表面の岩石 (右: 図の横幅が 1 m 程度)

2019–2020 年度の公募研究において, 当該新学術研究で推進している負ミューオン非破壊軽元素分析（とくに炭素）をリュウグウ回収サンプルに適用するため, J-PARC 実験施設において複数回の実験を行い, 必要な精度で定量分析できる分析手法や実験条件を確立することができました。今回の公募分析では, 実際のリュウグウサンプルに対し, 確立した上記手法を用いて, 負ミュオンによる軽元素分析を行います。

本研究代表者の中村は, リュウグウから回収されたサンプルを真っ先に分析する初期分析グループに属し, 回収サンプルのうち粗粒（粒径 1–5 mm 程度）粒子を分析するチームのリーダーです。初期分析は 2021 年 6 月から開始され, 本研究の負ミュオン分析は 6 月後半–7 月中旬にかけて行われます。2021 年 4 月に最終リハーサル分析を, リュウグウ試料と近いと予想される炭素質隕石に対して行い, 約 5 日間負ミュオンを照射し続ければ, 高い精度で炭素を定量することができることを確認しました。

中村はこれまで 30 年間, C 型小惑星から飛来した炭素質隕石の物質科学的研究に従事し, これらの隕石に精通しています。また, 過去のサンプルリターンミッションに中核的立場で参画し, 彗星回収サンプル, および, はやぶさ初号機が回収した小惑星サンプルを計画的に分析し, 太陽系始原天体の物質解明と初期太陽系進化の研究に活かしてきました。はやぶさ２号機の回収サンプルを総合的に解析することにより, C 型小惑星リュウグウの形成進化のプロセスを解明したいと考えています。その中で, 本研究で判明する炭素濃度は, C 型小惑星リュウグウを特徴づける基本的な元素量であり, リュウグウに含まれる有機物含有量の指標になる重要な化学データです。この分析は非破壊分析であるので, 貴重なリュウグウ試料を 100 ㎎ 程度使用し, 測定することができます。測定後のサンプルは多様な物質分析を行い, リュウグウサンプルの岩石鉱物学的特徴を明らかにする予定です。

メンバー

研究代表者
中村 智樹
（東北大学 大学院理学研究科）
研究協力者
二宮 和彦 （大阪大学 放射線科学基盤機構）
高橋 忠幸 (東京大学 国際高等研究所 カブリ数物宇宙研究機構 (Kavli IPMU))
大澤 崇人 （日本原子力研究開発機構）
和田 大雅 （東北大学 大学院理学研究科）

関連資料

  • T. Morota, T. Nakamura (30th/95 authors), et al., “Sample collection from asteroid (162173) Ryugu by Hayabusa2: Implications for surface evolution,” Science 368, 654–659 (2020).
  • S. Watanabe, T. Nakamura (12th/88 authors), et al., “Hayabusa2 observations of the spinning-top-shaped carbonaceous asteroid 162173 Ryugu,” Science 364, 268–272 (2019).
  • K. Kitazato, T. Nakamura (8th/58 authors), et al., “Surface composition of asteroid 162173 Ryugu as observed by the Hayabusa2 NIRS3 instrument,” Science 364, 272–275 (2019).
  • S. Sugita, T. Nakamura (27th/120 authors), et al., “The geomorphology, color, and thermal properties of Ryugu: Implications for parent-body processes,” Science 364, eaaw0422 (2019).
  • T. Nakamura et al., “Itokawa dust particles: A direct link between S-type asteroids and ordinary chondrites,” Science 333, 1113–1116 (2011).
  • T. Noguchi, T. Nakamura, et al., “Incipient space weathering observed on the surface of Itokawa dust,” Science 333, 1121–1125 (2011).
  • K. Nagao, R. Okazaki, T. Nakamura, et al, “Irradiation history of Itokawa regolith material deduced from noble gases in the Hayabusa samples,” Science 333, 1128–1131 (2011).
  • T. Nakamura, T. Noguchi, A. Tsuchiyama, T. Ushikubo, N. T. Kita, J. W. Valley, M. E. Zolensky, Y. Kakazu, K. Sakamoto, E. Mashio, K. Uesugi, and T. Nakano, “Chondrulelike objects in short-period comet 81P/Wild 2,” Science 321, 1664–1667 (2008).