第13回宇宙科学奨励賞記念講演

⼩小惑星探査機の観測と室内実験によるC型⼩小惑星の進化史の解明巽 瑛理理
Instituto de Astrofísica de Canarias
2021-04-27

ダミナ
イなクッ

惑星形成論
ガス＋ダスト雪線

Hayashi et al. (1985)
e.g. Nice model(Gomes et al. 2005,Lesion et al. 2005,
Morbidelli et al. 2005, Tsiganis et al. 2005)

⼩小惑星帯

e.g. Grand-Tack model (Walsh et al. 2011)

ミ
ナ
イ

ダなク
ッ

惑星形成論

DeMeo & Carry (2014)

もともと⼤大きく環境の異異なるところでできた、苦鉄質なもの(S)と炭素質なもの(C)が動径⽅方向に混ざり合っている。

惑星科学における⼩小惑星の重要性• 太陽系形成の初期条件

⼩小惑星は地球をはじめとする惑星の材料料物質• ⽣生命の星・地球になるための条件

⼩小惑星による地球への⽔水・有機物供給

ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

サンプルリターン時代• 1999年年→2004年年→2006年年

スターダスト→彗星81P Wild
• 2003年年→2005年年→2010年年(25143)Itokawa(101955)Bennu

はやぶさ→S型⼩小惑星イトカワ
S型は内側⼩小惑星帯に最も多く存在。
S型⼩小惑星と普通コンドライト隕⽯石の関係が明らかに。
(Nakamura et al. 2011)• 2014年年→2019年年→2020年年12⽉月

はやぶさ２→C型⼩小惑星リュウグウ• 2016年年→2020年年→2023年年（予定）

OSIRIS-REx→B型⼩小惑星ベヌー(162173)Ryuguサンプルと惑星形成史を結びつけるリモセンデータ
サンプルはどこから、どうやって、やってきたのか？

©NASA

©池下章裕

• 物質学的な情報（e.g., 隕⽯石タイプ、組成、同位体⽐比）と観測的な情報（e.g., スペクトルタイプ）の橋渡し。
• サンプルを採取した天体の歴史。
• 産状記載。

はやぶさ初号機からの着想〜⼩小惑星でのクレータ形成〜

1m
AMICA/Hayabusa (c)JAXA

クレータ年年代学
クレータ形成効率ｘ衝突頻度ｘ表⾯面年年代＝観測されるクレータ数密度
インパクターに対するクレータサイズ
•⽉月
•

•

アポロサンプル→クレータ形成効率ｘ衝突頻度

⽕火星••

求めたいもの多ければ多いほど古い

⽉月モデルからの拡張。

ラブルパイル⼩小惑星•

N体数値計算→衝突頻度•

実験→クレータ形成効率
これまでのクレータ則を使っていいのだろうか？

Neukum et al. (1975)

礫ターゲットに対するクレータ形成
Large pumice~15mm✴ インパクターサイズ＜礫サイズ✴ 縦型２段式軽ガス銃＠JAXAによる実験

High pressure gasBullet• ターゲット10cm• Pumice~15mm, 9mm, 7mm

Laser

Laser detector• Basalt

Vacuum chamber<100Pa~16mm, 9mm• インパクター• polycarbonate bullets

10mm and 4.6mm• 衝突速度• low: 70 - 220 m/s• high: 1 - 6 km/s

TargetHigh-speed
cameraMiddle pumice~9mm

衝突エネルギーとクレータの形成モード
Impact energy / grain disruption energy

g regime II

Armoring regime I

ξ= Impact energy / grain disruption energy

Armoring regime II

Gravity regime

Armoring regime I

excavation ﬂow

excavation ﬂow

Fractured region
Fast fractured ejecta

周りの礫岩を破壊しエネルギーを散逸

はやぶさ２SCI
クレータの場合

Gravity regime

完全に礫岩が破砕されFracturedregion

Tatsumi et al. (2018)

ると、周りにエネルギーを輸送しやすい。

Fast fractured ejecta• 礫を破砕するためのエネルギーと衝突エネルギーの関係で、クレータ形成のモードが変わる。
• ここから⼩小惑星のクレータ年年代を推定することができる。
• はやぶさ２SCIでは重⼒力力則に近いものができると予測できる。（平均的な⼤大きさの礫に衝突すると仮定）

SMALL CARRY-ON IMPACTOR (SCI)• はやぶさ２で世界初の⼩小惑星上でのクレータ形成実験（SCI）が⾏行行われた。
• SCI (おむすびころりん) クレータ
Aarakawa et al. (2020)• 半円形• Diameter: 14.5 ±0.8 m• Depth: 1.7 m• 地上でできる７倍の⼤大きさ。

→重⼒力力則と整合的。

リュウグウの表⾯面年年代は10Myr程度と太陽系の歴史（4.5Gyr）に⽐比べると⾮非常に若い。

5mArakawa et al. (2020)

分光画像から解明されたC型⼩小惑星史〜⺟母天体の情報を探して〜

1m
ONC-T/Hayabusa2 (c)JAXA

はやぶさ２光学航法カメラ（ONC）

HH(0,0)+Zsc• はやぶさ２に搭載された可視カメラ。はやぶさのAMICAを元に作られた。

+Xsc

ONC-T：望遠カメラ
ONC-W1,W2：広⻆角カメラ

XSC

V+Ysc

DLR MASCOT
Lander
ONC-W1
ONC-W2• ONC-Tは0.40–0.85µmの波⻑⾧長域を７バンドで観測することができる。
• 地球から⼩小惑星に到着するまでに、重点的なキャリブレーションを⾏行行っ

ONC-T &ONC-T
radiator

(0,0)

ONC-T

+Y ONC-W2

た。空間的な測光精度<1%。(Tatsumi et al. 2019)+Z ONC-W2+X ONC-W2+X ONC-T,W1Sampler horn+Y ONC-T,W1VZSC+Z ONC-T,W1ONC

C型⼩小惑星リュウグウ：全球平均反射スペクトル• リュウグウの幾何アルベドは4.0±0.5%と隕⽯石に⽐比べても暗い。

• スペクトルが完全に⼀一致するような隕⽯石は⾒見見つかっていない。

• 平均反射スペクトルはフラットでC/F型に分類類される。炭

素質コンドライト隕⽯石によくみられるUVの吸収がない。

• スペクトル形状と反射率から、最も近い隕⽯石スペクトルは熱変成したCM/CIコンドライト隕⽯石。

• CM隕⽯石中のIOM（有機物）ともスペクトルが似ている。
• 低アルベドから2wt%以上の炭素を含むと予想される。

（通常のCM/CIよりも多い。）

Sugita et al. (2019), Tatsumi et al. (2020)

C型⼩小惑星リュウグウ：ONCによる全球マップ• 2018年年6⽉月に⼩小惑星リュウグウに到着。7⽉月にHPからの観測。

⾃自転軸がほぼ直⽴立していたため、到着直後に全球のマッピングを⾏行行うことが可能。
0˚90˚N360˚90˚S-0.2

スペクトル傾斜（0.48-0.86 µm）[1/µm]

0.25

C型⼩小惑星リュウグウ：ONCによる全球マップ
重⼒力力ポテンシャル

重⼒力力に対する傾斜

（オモテ）

（オモテ）

（ウラ）

（ウラ）

ONC-T観測によるスペクトル傾斜

サンプル採取地点•A室

重⼒力力ポテンシャルが⾼高い場所、⾚赤道および極域が⻘青くなっている。
→重⼒力力が⾼高い場所から低い場所への物質の移動。
→⻘青い場所は表⾯面の物質が移動して露露出した場所。

•サンプル採取地点は⾚赤道に近く、⽐比較的⻘青い場所。
⾚赤い部分も混ざっている。

•2度⽬目はSCIのイジェクタのある場所。

C室リュウグウ上のブライトボルダー• リュグウ平均に対して1.5倍以上明るいボルダーを発⾒見見。
• ⼩小さいものほど数多く存在する。
• 場所に関わらず分布。

0.03–1%程度の表⾯面積を占める。

ーダ
布分

ーダル

ボ

布分

トイラ

累積個数 (/km2)

ルボの体

全ブ

ボルダーサイズ (m)Tatsumi et al. (2020)

Tatsumi et al. (2021)

２種類類のスペクトルタイプ：S型とC型
S型•

ONC-T画像からブライトボルダー（21個）の可視反射スペクトルを調べた。
→２種類類のスペクトルタイプが存在することを発⾒見見。
•S型（6個）１µmに向かって吸収を示す。

•C型（15個）
フラットなスペクトル形状。UVに吸収を示すものも。

Tatsumi et al. (2021)

SPECTRAL DIVERSITY OF BRIGHT BOULDERS•

メインベルト⼩小惑星 (SMASSII)および隕⽯石との⽐比較。

•S型のブライトボルダーはS型⼩小惑星群、普通コンドライト隕⽯石、HED隕⽯石と近い。NIRS3の観測からHED隕⽯石よりも普通コンドライト隕⽯石に近いことが示された。

•C型のブライトボルダーはC型の⼩小惑星群、炭素質コンドライト隕⽯石と近い。

1 µm吸収Tatsumi et al. (2021)

⾚赤いS-type asteroid

リュウグウ⺟母天体とS型⼩小惑星の衝突•C-typeasteroid
リュウグウは20–30mのインパクターで破壊されてしまう。

S型⼩小惑星Ryuguʼ s C型リュウグウ⺟母天体parent body

→破壊を免れて、>0.5 mのブライトボルダーを複数個集めるのは統計的に難しい。
•衝突破壊

S型のブライトボルダーはリュウグウの⺟母天体が破壊される時に混ざったものと考えられる。
再集積•

内側⼩小惑星帯にはS型⼩小惑星が最も多く存在する。
さらにリュウグウの起源の可能性があるPolana族はNysa族(S型)と混在する。
ラブルパイル⼩小惑星リュウグウ

S-type asteroid

リュウグウの物語

C-type asteroid
リュウグウ⺟母天体⽊木星

S型⼩小惑星太陽加熱
宇宙⾵風化

Ryuguʼ s parent body

太陽衝突破壊⽔水質変成
and/or
加熱脱⽔水
おそらく⽊木星以遠再集積

内側へ移動

サンプル
おそらく内側⼩小惑星帯10Myr前？

ラブルパイル⼩小惑星リュウグウ

Ryugu• はやぶさ２のリモセンデータからリュウグウの⺟母天体が形成してから、現在までの歴史がある程度明らかになった。
• サンプルはこれまでの隕⽯石の中にないものかもしれない。

研究成果のまとめ• 室内衝突実験により、ラブルパイル⼩小惑星のクレータ形成メカニズムを明らかにした。
→⼩小惑星でのクレータ年年代学確⽴立に貢献。
• はやぶさ２ONCの機上校正を⾏行行い、分光の礎を築いた。

→全球マッピングや、試料料採取地点選定に貢献。
• はやぶさ２ONC-Tデータから、外来物質を発⾒見見した。

→初期太陽系から現在のリュウグウに⾄至るまでの物質混合過程の⼀一部を実証。

今後の展開• 今後のサンプル分析で、リュウグウとリュウグウの⺟母天体の詳しい歴史がさらに明らかになる。例例えば、形成年年代、経験温度など。
• リュウグウの太陽系内での位置づけを明らかにする必要がある。

リュウグウは⼀一般的なC型⼩小惑星か？
→地上望遠鏡観測データによる統計的な解釈が重要。
• これからもMMXを含め、サンプルリターン時代は続く。

→サンプルリターンで得られた試料料を太陽系史に焼き直し、統計的な議論。
JWSTなどの宇宙望遠鏡が鍵になるかもしれない。

(c) IAC謝辞•

⼗十数年年前に⼤大学の講義で川⼝口先⽣生のはやぶさの話を聞いた時には、⾃自分がはやぶさ２にここまで深く関わるとは思ってもみませんでした。先⼈人⽅方のたくさんの努⼒力力の積み重ねと私の少しの偶然がこの賞まで結びついているように感じます。

•推薦者である杉⽥田精司教授には、惑星科学ならではの”曖昧さの定量量”を教えていただきました。

•⻑⾧長⾕谷川直⽒氏をはじめ超⾼高速衝突実験施設のみなさまには厚く実験の指導をいただきました。

•はやぶさ２プロジェクトの中では様々な⽅方々に、宇宙探査という営みとそれに伴う情熱、楽しさや苦しさを教えていただき深く感謝しています。