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日本惑星科学会誌Vol. 32, No. 3, 2023

火の鳥
「はやぶさ」
未来編 その30～Ryugu「石」
分析チームによる科学成果～
中村 智樹1, 天野 香菜1，松岡 萌 2, 黒澤 耕介 3, 二宮 和彦 4，大澤 崇人5，「石」
チーム
木村 勇気 6，玄田 英典7, 田中 智8, はやぶさ２初期分析（要旨）初期分析「石」分析チームではリュウグウのミリメータサイズのサンプル（探査機が2回目のタッチダ
ウンで採取した最大サンプルを含む17 粒子）を日米欧の放射光施設，ミュオン施設などを利用し物質分析を行った[ 1]．その結果，リュウグウ母天体の原始惑星系円盤内での形成位置，集積物質の岩石鉱物学
的情報，集積した氷の種類，天体内部での水との反応による化学進化，天体衝突の影響について知見が得られた．リュウグウサンプルには，水岩石反応の進行度が異なる物質が混在していることが判明した．
リュウグウサンプルの物性（破壊強度，熱拡散係数，比熱，密度など）を実測した．この実測値を使って，リュウグウ母天体形成後の天体内部の加熱による温度経時変化，および衝突破壊プロセスの数値シミュ
レーションを行い，リュウグウの形成進化を再現した．

１．「石」
分析チーム紹介

構成については多くのことを学んだ．そのL es sons

「石」とはリュウグウサンプルの粒っぽい粒子を指チームは日，米，英，仏，独，伊，ベルギー，中国かす．大きさは約1 ㎜以上である．当然，粉っぽいサらの科学者からなる12グループ，総勢約150 名の国

ンプルもあり，それは「砂」と表現し，野口高明氏の際 チームである．人 数 が 多くなったのは L es sons

「砂」チームの研究対象である．当初は我々のチーム

L ea r nedで得た中村の方針で，それぞれの分析グは「粗粒粒子の岩石鉱物チーム」のような覚えにくい

ループのリーダーだけではなく，グループ全体で「石」

名称であったが，野口さん，橘さんとの会話で，「 わかチームに入ってもらい，高い意識で分析をしてもらう

りにくいので「石」と「砂」にしよう」と即決した．以来，ためである．
「石」チームを構成する12グループは，

国内は「石」チーム，海外は「Tea m Stone」として覚有機的に組み合わされ，それぞれ具体的な役割があえていただいた．

る．チームで特に力を入れたのは，1．探査機リモセ

L ea r nedを生かして，石チームを慎重に作った．石

中村はリターンサンプルの初期分析は3回目であンデータと回収サンプル分光データの接続，2．サン

る．NA S Aの「スターダスト」計画，はやぶさ初号機

プルの物性分析とリュウグウ母天体の形成進化のシのイトカワサンプルも解析した．その過程で，チームミュレーションの接続，3．放射光分析と電子顕微鏡
分析との接続，である．以下，この3つの項目にこだ

1.東北大学2.産業技術総合研究所
3.千葉工業大学
4.大阪大学
5.日本原子力研究開発機構
6.北海道大学
7.東京工業大学
8.宇宙科学研究所
tomoki.nakamura .a8@tohoku.ac.jp

わった理由を説明したい．

1.1

探査機リモセンデータと回収サンプル
分光データの接続

スターダスト，はやぶさ初号機ともにサンプル量が十分でなく，回収サンプルの反射スペクトルがきちんと測定できていない．一方，はやぶさ2ミッションでは

火の鳥「はやぶさ」
未来編 その30 ～Ryug u「 石」
分析チームによる科学成果～／中村，他

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十分な量のサンプルが回収されたため，観測で得らになるのは衝突面付近の大変限られた領域で，母天れる小惑星の反射スペクトルと実際の回収サンプル

体の大部分は高温高圧を経ずに破壊されるというこのスペクトルを比較できる．この観点から「石」チームとである．

には東大・杉田氏らのリモセングループと隕石分光分
析の国際グループの両方に加わってもらった．

1. 3

放射光分析と電顕分析との接続

単純に考えると探 査機はリュウグウ表面のサンプ

物質分析では全体像の把握と個別の特徴的な岩ルを採取したので，探査機で観測したリュウグウ表

片や結晶の分析の両方が求められる．探査機リター

面のスペクトルとその表面から回収したサンプルのス

ンサンプルのように貴重なサンプルにおいては，非ペクトルは同じになるはずである．しかしながら，両破壊分析である放射光分析は重要である．日，独，者のスペクトルは完全には一致しない．比較すると，仏の研究グループからなる放 射 光分析の専門家が

探 査 機で得られたスペクトルは含 水 鉱物の吸収 深

C T分析による3 次元構造の把握，X R F分析によるさ（赤外の波長 2.7μ m吸収）が半分程度であるが分元素の3 次元分布の把握，X R D 分析による鉱物組

かった[2]．これは探査機がサンプルを回収する際にみ合わせの把握などを行った．C T分析やX R F分析

弾丸を発射し，小惑星表面の石を砕いて回収するたで特定された特 徴的な物質の一部は，東北大の松め，回収されたサンプルは衝突破壊で新しく露出し本氏らが F I Bを用いて取り出し，S P r i ng- 8でナノスた宇宙風化していないフレッシュな含水鉱物の表面

ケールの解 像 度の放 射 光 C T分析を行い [4]，そのが多いことを示唆する．一方，探査機が測定した小後，電子顕微鏡による観察を行った．東北大の中嶋

惑星の表面は宇宙塵爆撃に晒されて脱 水したため氏は，数多くの樹脂や配合率，および研磨方法を検2.7μ m吸収が浅くなったと考えられる[ 3]．したがっ討し，多孔質なリュウグウサンプルの処理方法を検て，C 型小惑星のスペクトルもS 型小惑星のそれと同討した[ 5]．そのようにして得られた研磨面を東大・三様に宇宙風化の影響を受けていることが分かった．

河内氏をはじめとする国際チームが詳細な電子顕微

1.2

サンプルの物性分析とリュウグウ母天体の形成進化のシミュレーションの接続

リュウグウは水質変成後，破壊を経て形成された

鏡観察を行った．

２. 多忙な初期分析

ラブルパイル小惑星である．最初に氷と岩石が集積

初期分析の期間( 2022 年 6月から1年間)は，ちょうし，リュウグウの母天体が形成された．その後，天体

どコロナ禍の時期に重なり，多くの制限を受けた．そ内部が昇温して，氷が溶け液体の水になり，水質変れぞれの分析グループは，負けずに工夫を凝らして成が進行した．この水・岩石反応の時間‐温度変化乗り切った．いくつかの分析グループの分析苦労話

を具体的に知るには，リュウグウ構成岩石の比熱とを，それぞれのグループの主要メンバーに記載してもか，熱伝導度の実測値が必要である．母天体は最終らったので紹介する．

的には破壊される．この場合も，どのように破壊されるかについて具体的に検討するには，リュウグウ構

2.1 スペクトル測定グループ（天野氏，松岡氏）

成岩石の破壊強度，弾性波速度などの実測値が必

石チームの一 連の分析フローの最 上流であった

要である．したがって，リュウグウ母天体の熱進化，反射分光測定において，我々はリュウグウ試料を地衝突 破壊のシミュレーションをより正確に行うには，

球大気に触れさせることなく測定するためのセルを回収サンプルの物性分析を行う必要がある．この観設 計した（図1）．金 属製のセルに試 料 や標 準反 射点に基づき，「石」チームには，東工大・玄田氏リード

板を納め，分析波長域で透明な光学窓材をOリングのシミュレーショングループと，宇宙研・田中氏リードと樹脂板でクランプするというしくみである．リハーの物性分析グループに加わってもらった．これらのサルとしてCIコンドライトを真空中で加熱して脱水さチームの共同作業から多くのことが分かった．例え

せ，加熱後の試料を大気に曝すことなく分析し，反ば，母天体の衝突破壊の際は，衝突により高温高圧

射スペクトルにおける分子水の特徴（特に波長 3μm

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日本惑星科学会誌Vol. 32, No. 3, 2023

図1：A. 大気遮断分光測定用セルに収められたリュウグウ粒子C0002（ 上から3つ目の黒い物質）．B. 不夜城となった東北大学のグローブボックス．Aのセル全体が窒素パージしたチャンバー（B）
内に置かれている．

の吸収特徴）に基づいて，試料に水分の混入が起こ子であるミュオンを利用した元素分析実験を実施しらないかを調べた．成功の秘訣は，試料とともにセた．ミュオンは非破壊で軽元素を定量することが可ル内に収まるOリングから水分を除去する手順を加能であり，リュウグウの石を破壊せずに，バルクの元えたことであった．加熱された試料とOリングを同じ素組成を得ることができた．この研究成果は，異分空間に密封すると，Oリングに吸着していたわずかな

野の研究者が集まり，リュウグウ試料の分析に向け水分ですら隕石試 料に吸われてしまうようなのであて団結した10 年以上に及ぶ基礎開発と，いくつものる．この結果，我々は試料に水分を吸着させない測

幸運と偶然が重なることによりもたらされた．

定手順の確立に至った．

ミュオンは電子のおよそ207倍の質量を持つ粒子

このほか工夫が必 要となったのは，少 量の暗いで，これが元素に捕まると非常に高いエネルギーの物質であるリュウグウ試 料から，いかにして有効な特性 X 線を発する．この性質はミュオンの研究者に

反射スペクトルを得るかということであった．そのた

とっては「当たり前」だっため，その素晴らしい応用

めにはリュウグウ試 料を置くための試 料皿にも可視可能性にまだ気付いていなかった．しかし2010 年に光および赤外波長域でともに反射率が低く，顕著なミュオンの研究者と地 球惑 星科学 者 が 邂 逅 するこ

吸収特 徴を持たないものが 望まれた．我々は植 毛とになり，全く新しい可能性が開けることになった．

紙をはじめとするありとあらゆる黒い物質を買い集

ミュオンを使ってリュウグウ試料を分析する計画はこめ，反射分光特性を調べた．そんな中，光陽オリエ

うして始まった．

ントジャパン株式会社が販売する「ファインシャット

ミュオン元素分析法の開発は長期に及んだが，本極 」は可視および赤外波長域で反射率が 1% 以下と分析法はリュウグウサンプルの分析の前までは数グ

暗く，シート状であるためにハンドリングにも難がな

ラムという大きな試 料にしか適用できなかった．こ

かった．リュウグウよりも暗い「極 」により，反射率2%

れは負ミュオンビームを効率的に収束する方法が無程度のリュウグウの反射分光測定が実現されたので

いことと，加速器から得られるミュオンの強度が弱ある．

いことによる．我々はミュオンビームの特性を正確に

2. 2

ミュオンを使った非破壊元素分析（二宮氏，大澤氏）

初期分析においては，加速器から得られる素 粒

理解することで，バックグラウンドを下げて感度を向上させ，10 mgの試 料まで分析可能なシステムをどうにか完成させた（10 mgは十分多いと思われるだ
ろうが，ミュオンの元素分析の常識から言えば破格

火の鳥「はやぶさ」
未来編 その30 ～Ryug u「 石」
分析チームによる科学成果～／中村，他

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で移動して運搬のシミュレーションを行ったところ，一番揺れが大きかったのはなんとJ- PA RCのある原子力 科 学 研 究 所 内の 道 路 であった．これを機 会に 道 路 整 備 の 予 算を確 保して いた だきたいもの
である．

2.3

電子線ホログラフィーによる磁場観察
の舞台裏
（木村氏）

電子線ホログラフィーを用いて，局所磁場観察を
図2：リュウグウサンプルのミュオン分析を行った多くの銅板を使って構築したJ-PARCの実験システム．

行う上で最も重要かつ難しい点は，オリジナルの磁区構造を失うことなく，残留磁場を記録している粒子を見つけ出し，透過電子顕微鏡（T EM）用の薄片の小ささであり，この苦労話だけで数ページは書け

化試 料を作製することにある．事前の想定として最る）．図2に示しているのは，グローブボックスを備えも可能性の高い鉱物はマグネタイト，次いでピロ―タ

た測定システムの写 真である．システムの内部はすイト（硫化鉄鉱物の一種）であった．通常であれば，べて銅でおおわれており，バックグラウンド信号が銅汎用型の走査電子顕微鏡（S EM）を用いて組織観察に由来するものしかないように工夫している．

や元素分析を行うことで，目的とする粒子を容易に

ミュオン分析は2021年の6－7月にかけて，茨城県見つけられる．しかし，今回は，そうはいかない．電東海村大強度陽子研究施設（ J- PA RC）で実施され子顕微鏡のレンズは一般に磁界型なので，試料に強た．石チームの初期分析フローは，破壊分析を行う

い磁場がかかってしまう．地球の磁場が ~50μTな

前のこの時期が実験を行える唯一の期間であり，試のに対して，アウトレンズタイプのS EMは~1000μT

料配布後に分析の機会を得た．この時期は例年，加と20 倍強い磁場となる．そのため，粒子を探し出す

速器の運転を止めている時期であったが，関係者の方法として様々な手法や装置を検討した．その結果，多大な努力といくつかの「たまたま」が重なり加速器

日本 電子製 の卓 上 S EM
（ JCM -7000, Neo S cope）の運転期間が延長され，実際の分析ができる運びにを一番小さな加速電圧（5 kV）で使用すれば，地球のなった．実に幸運であった．

磁場程度の環境下で，試料を観察／元素分析できる

最後の，そして最大の幸運は，工学チームの神業ことが分かった（図3A）．この条件では，空間分解能に裏打ちされた「はやぶさ2」ミッションの大成功であは低く，元素分析も大きな制限を受けるが，それでもる．我々は今回10 mgの試料までを分析可能なシス1μm程度の粒子であれば検出できることをオルゲイ

テムを開発したが，使用できる試料がそれより少なユ隕石を用いたリハーサル分析で実証できた．

いとどうしようもなかった．しかし今回120 mgとい続 いて， 集 束イオンビーム（F I B）装置を用いて，う，予想を遥かに超える多量の試料が提供されるこT EM 観察用の厚さ100n m 程 度の薄片化 試 料を作とになり，高精度の分析を行うことができたのは本製するのにも気を使った．リュウグウ試 料は想像以当に幸運であった．

上に脆く，さらに，非常に強いチャージアップで試料

多くの幸運に支えられたミュオン元素分析実験でが動いたり，脱落したりしてしまうのである．試行錯あったが，当然のことながら入念なシミュレーション

誤の末，冷却F I Bを用いて試料温度を－90℃に制御を行ったうえで実施したものである．その中で関係した環境下で，S EMモードを使わずに薄片化試 料

者を和ませた（実際のところ笑う所ではないのだが）を作製した（図3B）．その後，試料が途中で脱落しなエピソードを一つ紹介しよう．リュウグウ試料を実験

いか幾度となく不安に駆られながら，グローブボック

施設まで運搬する際の破損から守るために，可能なス（図3C）とスパッタ蒸着装置を何度も往復し，カー

限り振動を避ける運搬が求められた．中村は仙台のボン蒸着で固定したT EM 試料を作製した．その結東北大から，茨城の東海村のJ- PA RCまで実際に車果，地球磁場を有意に超えるような磁場環境に晒す230

日本惑星科学会誌Vol. 32, No. 3, 2023

図3：ホログラフィーメンバーによる磁区構造分析の様子．A. 卓上SEMによる磁性鉱物探索．B. FIBによる薄片化．C. グローブボックスでの試料セット．
D. ホログラフィー観察．E. S/TEMによる構造解析を行い安堵するメンバー（中心が木村氏）．

ことなく電子線ホログラフィーで磁性鉱物の磁区構造を観察できた（図3D）．そして，この後に強い磁場を持つ汎用型のS/TEMを用いて目的の磁性鉱物であることを確認して，初めて安堵することができた
（図3
Ｅ）．

2.4

数値計算 および 物性測定グループ（黒澤氏，玄田氏，田中氏）

数 値 計 算サブチームは 玄 田がとりまとめとなり2019 年はじめ頃に結成された．当初は玄田，黒澤，兵頭，脇田，杉浦で構成され，石チームの中では最小人数のチームであった．母天体の熱史と大規模衝突による破壊の数値計算を実行することを念頭において玄田がメンバーを選定した．途中から田中が率いる物性測定チームが合流した．数値計算サブチー
ムの最初の任務は，リュウグウ，及びその母天体の起源と進化を解明するために必要なパラメータを洗図4：リュウグウの石の3点曲げ実験のために製作した治具，上が押し，下が受けである．取手部を通常の試験機のクランプで挟んで使用した．千葉工業大学工作センターで製作された．試験片はテス
ト用の地球の岩石．

い出し，物性測定チームに提案することであった．幾していた．ある会議で黒澤が何気なく物性計測後の度かのオンライン会議を経て空隙率，音速，熱膨張

試料はその後どうするのか？と尋ねたところ，田中が率，断熱& 等温体積弾性率，体積弾性率の圧力依存粉末にして赤外分 光測定に回される予定と答えた．

性，定圧比熱，熱拡散率，安息角，臨界応力を選定「えっ!? どうせ壊すなら強度を測れませんか？」と言っし，提案した．試料の少なさと測定の困難さから測てみた結果，リュウグウ試料の3点曲げ実験が急遽定できなかったパラメータもいくつかあるが，最終的スケジュールに組み込まれた．~1 m m程度の強度がにはほとんどの基本的な機械物性，熱物性，さらに未知の試料に対して，確実にデータを得るには小型

電磁気特性までも測定するに至った．

の専用治具を作成して3点曲げを行うのが最善とい

物性測定チームは2021年 8月頃から定期的にオンう田中の判断であった．試 験はピンポイントで11月

ライン会議を行い，測定スケジュールを入念に確認

7日，8日．田中が宇宙研の試験 機のスケジュールを

火の鳥「はやぶさ」
未来編 その30 ～Ryug u「 石」
分析チームによる科学成果～／中村，他

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図5：リュウグウ母天体の形成進化プロセス [1]．天体内部の温度分布や年代，衝突破壊のプロセスは数値シミュレーションで求めた．

抑え，黒澤が測定治具の製作を担当した．千葉工業

数値計 算サブチームでは脇田，玄田が熱史計 算

大学工作センターの村越茂氏にご協力いただき， なを，黒澤，玄田，兵頭，杉浦が衝突計算を担当した．

んとか間に合わせることができた( 図 4)．続いての困2021年の10月初旬に物性計測チームに試 料が配布

難は試料の側面が樹脂で固められていることであっされ，物性計測が始まった．その分析日報を受けてた．3点曲げ実 験の結果に影 響を与えることは明ら

黒 澤 が 衝 突 計 算に必 要な状 態 方 程 式 ( E O S ) パラ

かで，事前に取り除く必 要があった．そこで，千葉

メータを作成し，玄田が数値計算に入れるテーブル

工業大学 惑星探 査研究センターにて保有していたを作成し，兵頭，杉浦が計算実行&後解析を行う体C I chond r ite si mu la ntを油圧プレスでペレットに制で計算を進めていった．解析が進行するに連れて加工して，リュウグウの石に見立て，所有している刃報告された物性値が速報値から変わっていくため，物( Victor i noxのナイフ，超音波カッター，工作カッ

その都度計算をやり直すのに苦労した．12月に初期

ター，カミソリ)で側面を切断するテストを行った．そ成果論文にまとめ始め，12月末には投稿した．なかの結果，細胞切断用の極薄カミソリを選定した．実なか大変だったが，世界で初めて小惑星物質そのも験当日は田中がこのカミソリで側面を切り落とし，樹のから得られた物性データを使った数値衝突計 算

脂を取り除くことに成功した．リュウグウの石は不思を行い，確定値に近づいているという実感があり，例

議な触感で刃がスッと入り，途中まではきれいに切れ

えるならライブ前日のような高揚感のある日々であっるが，さらに力を加えると切れ目から割れるような挙た．論文にまとめていく過程で，最終版と思って黒澤

動であった．よく乾燥したハードタイプのチーズに近が設定したパラメータの一部に解析途中の値が改訂

い（中村の感想）．3点曲げ実験では変位に従って応されず使われていたことに気がつくという心臓が縮み力が線形に増加し，ある時点で応力が急降下するとあがる出来事があったのだが，パラメータ更新ごとにいう教科書的な脆性挙動を示し，当初の予想に反し

計 算と作図をやり直すという流れができあがっていて美しいデータをとるに至った．なお樹脂が 付着したため，投稿前に修正を間に合わせることができた．

ている切片，曲げ試験で破壊した粒子についても回収し，JA X Aに返却した．

232

日本惑星科学会誌Vol. 32, No. 3, 2023

図6：今回の分析で最大のサンプル（C0002）から発見された天体形成時の始原的な物質の特徴を残した岩片 [1]．A. 岩片の全体像，B. 岩片の一部拡
大，C. (B)と同じ領域の元素分布．赤色の粒子はカンラン石，または輝石．緑は硫化鉄，またはマグネタイト，青はCa炭酸塩．D. 岩片の全体像，E.
岩片の拡大像．数百nmの大きさの非晶質ケイ酸塩や硫化鉄で形成される微粒子（GEMS-likeと表示），
およびカンラン石(Ol)などが主な構成物質．
A-Dは走査型電子顕微鏡画像，Eは透過型電子顕微鏡画像．

３. リュウグウ形成プロセス

ウグウは太陽から遠く離れた太陽光が届かない円盤
ガスの暗闇の中で生まれたことになる．その領域は-200℃以下の極低温であったと推定され，水の氷だ

多くの 分析 結果を踏まえ，「石」分析 チームからけではなく，C O 2 氷粒子も存在していた．サンプル中

初期成果論文を発 表した [ 1]．この論文には多くのの最も二次的変質の弱い岩片（図 6）の情報から，岩リュウグウサンプル研究のS eedが含まれている．論

石粒子の大部分は非晶質ケイ酸塩であり，加えてカ

文本体のほか，100 ページを超えるSupplement a l

ンラン石，輝石，スピネルなどの無水ケイ酸塩，鉄鉱

mater ia lが付属する．今後のリュウグウサンプルの物や有機 物であったと推定される．リュウグウ母天

研究に参考になれば幸いである．論文の骨子は以下

体は，その領域に存在していたこれらの岩石粒子との通りである（多くの記述は，初期成果論文のプレス

氷を取り込んで形成された．

リリース[6]をもとに改編）．

二 次 変 質 が 進 んで いないリュウグウサンプル かリュウグウサンプルの物質分析，物性測定結果をら，太陽近くの高温下でできた粒子（Ca , A lに富む

導入して行った数値シミュレーションの結果を図 5に包有物やコンドリュール, 以下では高温微 粒子と呼示す．以下に，どのような物的証拠がリュウグウサン

ぶ）を発見した（図7）．このことはリュウグウ母天体のプルに残されていたのかを説明する．

極低温の形成領域に，太陽の近くの高温でできた粒

3.1

母天体形成過程と形成領域

子が少 量共存していたことを意味する．これらの高温微粒子はすべて小さく（約30ミクロン以下），小さ

リュウグウサンプルには非常に弱いが磁場の情報な粒子が選択的に太 陽近くから太 陽系外側まで移が 残されていた．この情報は，リュウグウの母天体

動したと考えられる．これは，太陽系誕生時の内側が太陽系のもととなった原始惑星系円盤のガス中でと外側の大規模物質混合の証拠となる．

誕生した可能性が高いことを示唆する．つまり，リュ

上に示したようにJ- PA RCにてリュウグウサンプ

火の鳥「はやぶさ」
未来編 その30 ～Ryug u「 石」
分析チームによる科学成果～／中村，他

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図7：リュウグウサンプル中に発見されたCa，Alに富む包有物(CAI)とコンドリュール [1]．A，
B. Al-Mgスピネル(Sp)，
ヒボナイト(Hb)，
ペロブスカイト (Pv)などから形成されるCAIs.一部は層状ケイ酸塩 (Ph)に変質している，C.-D. 溶融したカンラン石(Ol)，金属鉄（FeNi），硫化鉄（FeS）から形成されるコンドリュール，F. 多孔質なカンラン石で，空孔の一部にCa輝石(CPx)を含む．A-C, Eは走査型電子顕微鏡写真．D, Fは透過型電子顕微鏡写真．

ル10粒子（総計126 mg）に対して行ったミュオンビー

水質変成で形成された六角板状の硫化鉄（ピロームを使った元 素組成分析（図2）により，リュウグウタイト）結晶内部の数ミクロン径の空孔に閉じ込めらの窒素や炭素を含め主要元素の存在度はC I 炭素質

れた液体の水を発見した．水を凍らせて飛行時間型

隕石(=太陽)に近いことが分かった．つまり，リュウ

2次イオン質量分析計で分子種を調べると，水は塩グウの元 素存 在 度は極めて未 分化であることがわ

や有機物を含む炭酸水であった．

かった．一方，酸素濃度はリュウグウはオルゲイユC I

リュウグウサンプルの多くは～1 ㎜程度の微小岩

コンドライトよりも約25％少なかった．これはC Iコン

片が集まってできた角礫岩であった．これらの岩片

ドライトが地 上に落下後，大気中の水分を吸収し，を構成する鉱物が 多様であることは，水質変成のさらに大気下で酸化されたことを示唆する．

際の条件の違い（ 水 岩石比 W/Rなど）で説明でき

3. 2

母天体内部での岩石と液体の水による反応

る．岩片はW/R < 0. 2でできた物質と，0. 2< W/R<0. 9でできた物質があった．前者は母天体の表 層付近の低温で氷が溶けにくかった環境でできた岩片

上述したように，母天体集積時は氷を含む多様な（図 6）であり，後者は母天体内部の水が豊富な環境

固体微粒子の集合物であった（図 6）．これらの原材でできた物質であると推定される．その後の衝突で料が母天体内部で水や C O 2 と反 応し含 水 鉱物や炭母天体が 破壊され，母天体内部と表 層の物質が混酸塩鉱物を形成した．水質変成時の水温は，変成時合された結果，現在のリュウグウには程度の異なるに形成された硫化 鉄の安定関係や結晶構造などか

水質変成を経た岩片が保存されている．

ら，およそ25 ～50℃であったと推定される．

興味深いのは，リュウグウの母天体内部で液体の234

日本惑星科学会誌Vol. 32, No. 3, 2023の密度
（1.19 g /cm 3 ）より大きく，小惑星内部に30％以上の隙間があることを示唆する．このことは現在のリュウグウが母天体の破壊の結果形成された，第二世代のラブルパイルであることと整合的である．

3.4

母天体の熱史と衝突破壊の数値
シミュレーション

母天体の誕生から，天体内部の昇温，水質変成の経時変化，大規模な衝突破壊の数値シミュレーショ
ン（図 5）を，実際の小惑星サンプルの物性実測値を
図8：リュウグウサンプルの表面に発見されたテーブルサンゴに似た形をしたCuとSからなる結晶[1]．極微小の薄い結晶が積層している．走査型電子顕微鏡写真．

使って行った．小惑星から回収したサンプルの物性

水からテーブルサンゴのような形をした結晶が成長し

放 射性元素 26 A lの崩壊熱による母天体内部の温ていたことである（図8）．どのような組成の水から晶出

度変化を数値シミュレーションで解 析した．その結したのが未解明であるが，リュウグウ母天体の内部に果，太 陽系形成後 約200万年後に-200℃以下の環

は地球の海に似た環境が存在していたと考えられる．

境で母天体が誕生し，約300万年後に水質変成が始

3.3

リュウグウサンプルの特性から推定されたリュウグウ母天体形成過程

上述したように，リュウグウサンプルの各種物性を測定した（図4）．今回の「物性」計測のハイライトは弾の測定結果を，その小惑星の形成進化の数値シミュ
レーションに使ったのは世界で初めてである．

まり，およそ500万年後に天体内部の各所が最高温
度（～50℃）に達したことが分かった，母天体の形成は一度に短時間でできたことを仮定しており，天体が段階的に成長した場合は，天体形成跡時期は200万
年よりも早くなる．

性波速度, 曲げ強度, 熱物性(比熱, 熱拡散率)の定量,

リュウグウはかつてポラーナ，またはエウラリア小電磁気学特性の定量である. 基本的な量を小惑星の

惑 星 族に属していたと考えられている[ 7]．つまり，リターンサンプルで計測できた世界初の例である.

リュウグウの母天体が破壊されて，これらの小惑星

リュウグウサンプルにはマグネタイトが多く含まれ族の小惑星が形成されたと考えられる．これらの族ており，上述した木村氏のグループのホログラフィーに属する小惑星の質量を合算すると，リュウグウ母観察により（図3），特徴的な磁力線分布（渦状磁区構天体は破壊前は直径100 k m程度であったと考えら

造：図9）が確認された．この構造は一般のハードディれる．数値シミュレーションの結果，母天体の1/ 10

スクよりも安定で，太陽系の年代（46 億年）以上の長程度の他天体が母天体に正面衝突すると，最大径期間，磁場を保持できる．マグネタイトの内部，およが ～50 ㎞ 程 度（ポラーナ やエウラリアと同 程 度 のび周辺の磁場はこの結晶が形成された当時の磁場直径）の天体と多くの小天体が形成されることが分を反映している．上述したように，リュウグウ母天体

かった．現在のリュウグウは，この衝突で発生した岩は，磁場を持つ原始惑星系円盤ガスの内部で形成さ片が集合してできたと考えられる．

れ，その後の水質変成によりマグネタイトが形成された可能性が高い．

衝突シミュレーションの結果，衝突地点付近の非常に限られた物質のみが高温高圧を経験する（例えば，

リュウグウサンプル16粒子の体積をSPring- 8で精>10 GPaに到達するのは母天体の0. 2％体 積程度）

密に求めた
（空間解像度約0. 9ミクロン）．サンプルのが，破壊強度は低いので，母天体のほとんどの部分

質量は吸着水の影響を避けるため大気遮断のグローが破壊されるが，高温高圧を経験していない．このこブボックス内で測定した．その結果，サンプルの平とは，高い衝撃圧，衝撃温度を経験したリュウグウの均密度は1.79 ± 0.08 g /cm 3 であった．この値は探サンプルほとんど見つからなかったこと, 多くのリュウ

査機からの観測で見積もった小惑星リュウグウ全体

グウ粒子にクラックが観られることと整合的である．

火の鳥「はやぶさ」
未来編 その30 ～Ryug u「 石」
分析チームによる科学成果～／中村，他

235

図9：A. マグネタイト微結晶に残された古地磁気の記録 [1]．
リュウグウ試料から切り出した超薄切片中のマグネタイト球状結晶の透過型電子顕微鏡像 B.
C.磁束分布像．矢印と色は磁化の方位．粒子の内部に渦状磁区構造が見られる．粒子の外側に見られる磁力線はマグネタイトからの漏れ磁場である．

多くのチームメンバーがコロナ禍の中，世界各地で同時 進行的に分析を行ってくれた．オンライン会
議で情報共有すればよいと簡単に考えていたが，メンバーは日米欧地球全体にいるので，どこかが昼な

参考文献[1] N a k a m u r a , T. e t a l . , 2 0 2 2, S c i e n c e 3 7 9,
eabn8671.

時は，他方は早朝，深夜なのでそんなに便利ではな[2] Matsuoka, M. et al., 2023, in press.

いと実感した．しかし，次々に発見があり，考察を重[3] Noguchi, T. et al., 2023, Nature Astronomy 7,

ねることでリュウグウの形成史が見えてくるにつれ，

170.

リュウグウサンプルにはこれまでの隕石研究からは[4] Matsumoto, M. et al., 2023, Submitted.

決して見えていなかった情報が秘められていると確[5] Nakashima, D. et al., 2023, Meteoritics, in press.

信した，今後は，集積時の円盤領域の物質の情報を[6] 東北大学理学部プレスリリース 2022年9月26日

残す部分に特化した研究を継続し，可能な限り太陽https://www.sci.tohoku.ac.jp/news/20220926-

系の時計を巻き戻す作業に集中したい．

12281.html[7] Sugita, S. et al., 2019, Science 364, 252.

謝辞
本 稿を書く機会を与えてくださった渡邊誠一郎氏に感謝します．

著者紹介中村 智樹
東北大学大学院教授

化学部門に留学，九州大助教授を経て2012 年から

東京大学大学院理学系研究科鉱現職．初期太陽系進化学 研究室を主宰．はやぶさ，

物学 専攻 博士課 程を中退し九州

はやぶさ2では初期分析を担当，M M Xでは科学戦

大 学 理 学 部 助 手．博 士（理 学）．

略チーム「O r ig i n of Phob o s a nd Dei mo s」のPI，

NA S A / JS C 太 陽 系 探 査 部 門，およびミッションオペレーションワーキングチーム主独マックスプランク研究 所・宇宙査を担当．