大型放射光施設 SPring-8

公開日

2016年06月22日

平成28年6月22日
国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構

【詳細】
　研究チームは小惑星イトカワから回収した26個のレゴリス粒子をX線マイクロトモグラフィー（X線CT）と走査型電子顕微鏡（SEM）で観察しました。「通常、1チームが分析できる粒子数は１−２粒です。松本氏ら研究チームの分析手法は粒子を壊しません。それで、別の研究チームが分析する前に、分析させてもらったりして26粒を詳細に観察することができました」と地球外物質研究センター長の圦本尚義（ゆりもと　ひさよし）氏は語ります。

　「粒子の大きさは10—100マイクロメートルです。観察のためには、まず、粒子を直径5マイクロメートルのファイバーに固定することから始めます」と松本氏は説明します。X線CTを用いて、粒子の三次元形状と内部構造のデータを取得。次に粒子表面のマイクロからナノスケールの細かい模様を調べるためにSEMを用いて観察します。比較のために、イトカワに対応すると考えられる隕石種である普通コンドライトLL5の鉱物表面もSEMで観察しました。

　松本氏は「この研究の前は、微粒子表面の模様は一種類だろうと考えられていました。しかし、実際観察して、幾何学的な同心円状のステップが段々と重なった模様や、自形と呼ばれる結晶形態が明瞭な結晶を見つけたときは、とても驚きました。結果として、4種類の模様に分類できることがわかりました」と語ります。

　自形の鉱物は、岩石の隙間にさまざまな成分を溶かしたガスが入り込み、それが高温で結晶化したときに形成します。つまり、自形の鉱物があるということは天体（の一部）が高温になった時期があることを示しているのです。

ところが、イトカワ程度の大きさの天体では自形の鉱物が形成するほど高温にはなりません。小さいので内部から加熱されても表面から冷却する方が勝るからです。これまでの研究に基づき、イトカワは現在よりも40倍程度の大きさの天体が一度壊れ、その破片から形成した天体だと考えられています。

熱変成や天体衝突でイトカワ母天体が加熱したときに自形の鉱物が形成したと考えると、イトカワ微粒子の観察結果を説明できます。すなわち、イトカワ微粒子の表面には、40億年以上も昔に遡る、イトカワ母天体の記憶が残っていたことになります。

　松本氏は続けます。「太陽風の影響を受けたとみられる模様や粒子同士がこすれて摩耗したためにできた模様など、微粒子表面にはイトカワの表層進化も刻まれていました。これらは、100万年くらい前から最近1000年間くらいの進化を示していると考えています。」

　ブリスターと呼ばれる模様は太陽風の影響で形成します。太陽風が長時間、レゴリス表面に当たると、結晶構造が部分的に壊され，非結晶質となります。太陽風に含まれる水素イオンやヘリウムイオンは鉱物表面に入り込み、非結晶質となったレゴリスの部分で泡構造をつくります。この泡構造が結晶表面まで膨らむと、ブリスターとして観察されます。
太陽風などが当たることで、イトカワの色が変化する作用を宇宙風化と呼びます。ブリスターは微粒子が宇宙風化を受けていた証拠と言えます。

レゴリスがイトカワ表面で動けば、太陽風が別の面に当たることになります。この効果も観察されました。ブリスターは微粒子表面の表にも裏にも不均一に分布していたのです。

地球では、地震や風、雨などさまざまな理由で表面の岩石が動きます。一方、イトカワの場合、イトカワが惑星の近くを通過した際に受ける潮汐力やイトカワの自転速度の変化、粒子の静電浮遊などによっても粒子が動きます。また、天体が衝突すると粒子が壊されます。このようにして、宇宙風化を受けていない新鮮なレゴリス面が露出することになります。

観察されたブリスターの不均一な分布は、イトカワ表面の宇宙風化と若返りの歴史を示していたのです。

微粒子が動くと表面は摩耗します。CT画像で微粒子の断面をみると、鋭いエッジを持つケースから丸みを帯びたケースまで見つかりました。前者は比較的最近形成したレゴリスと考えられます。

「この分析方法は、貴重な微粒子を壊すことなく、数十億年から1000年程度昔まで天体の進化を調べることができることが最大の利点です。破壊を伴う分析を行う前に、X線CTやSEMで分析し、その結果を研究者が共有すれば、その後の別の手法で行う分析や研究にも役立つと考えています」とゆりもと氏は語ります。

「イトカワ微粒子の分析はもちろんですが、今後のサンプルリターンミッションでも、我々の手法は活用できます。ナノメートルスケールの模様を詳しく調べることで、太陽系の進化や惑星の形成について明らかにしたいと思っています」と松本氏はコメントしています。