火の鳥「はやぶさ」
未来編 その29 〜はやぶさ2試料の揮発性成分分析〜／岡崎133

火の鳥「はやぶさ」
未来編 その29〜はやぶさ2試料の揮発性成分分析〜

岡崎 隆司1（要旨）小惑星リュウグウの物質が2020年12月に探査機はやぶさ2によって地球に持ち帰られた．その後，1年間の初期分析期間を経て，様々な科学的成果が得られている．著者は初期分析の一つである揮発性成分分析に携わった．再突入カプセル回収時のサンプルコンテナのガス採取・分析，リュウグウ固体試料の揮発 性成分分析により，リュウグウ試料の経験した出来事の物理化学情報や年代学的情報が得られた．本稿では揮発性成分分析チームの活動について紹介する．

１. はじめに本 稿ではVolat i le 班としての活動であるコンテナガス分析とリュウグウ試料分析の裏側的な話を紹介

小惑星探査機「はやぶさ2」は小惑星リュウグウ近したい．Volat i leチームとしての科学的成果につい傍での多くの運用を遂行し，2020 年12月に小惑星ては [ 1- 3]に報告しており，詳細についてはそちらを試料を地球に持ち帰った．半年後の2021年 6月，帰ご参照いただきたい．

還試料は6つのサブチームからなる初期分析チームに配分され，1年間限定の科学分析がスタートした．
筆者は初期分析サブチームの一つ，揮発性成分分析

２. カプセル回収・ガス採取（Volat i le）チームのリーダーとして初期分析に従事

はやぶさ2 再突入カプセルは2020 年12月にオースすることができた．一方，はやぶさ2ミッション初期段

トラリアで回収され，帰還から57 時間後という短時階からサンプラー（S M P）チームにも属しており，試間でJA X A相模原のキュレーション施設に持ち込ま料採取・保存機構の開発にも参加した．試料を配分れ，リュウグウ試料の回収が行われた．当時のカプしてもらう側でありながら，試料を持ち帰る側の仕事

セル回収 班の活動に関してはすでに[4, 5]においてもやらせていただいたことになる．そのせいもあり，解説されている．ここではカプセル回収の一部として揮発 性 成分分析に使用する試 料量についても，「も行った，サンプルコンテナに封入されていたガスの採しも想定外に回収 量が少ない場合」を強く想定し，取・分析について述べたい．

数ミリグラムの試料量でも遂行可能研究計画を策定

はやぶさ2のサンプルコンテナは金 属だけで構成した．また，S M Pチームとしての活動としてオーストされたシール構造（メタルシール）を持っており[6]，ラリア現地でのカプセル回収隊に参加させていただ

小 惑 星試 料を宇宙空間で密 封して持ち帰ることがき，サンプルコンテナ中のガス分析もVolat i leチー計画された．密封して持ち帰るだけでなく，密封空間

ム，S M Pチーム，はやぶさ2キュレーションとの共同に溜まったリュウグウ試料起源の揮発 性成分を分析作業としておこなった．

するができる構造も持たせた[6]．小惑星からのガス

1.九州大学大学院理学研究院
okazaki.ryuji.703@m.kyushu-u.ac.jp

試料のサンプリングは世界初の試みであり，その科学分析の成果は小惑星試 料の保存状 態，つまり地134

日本惑星科学会誌Vol. 32, No. 2, 2023図1： オーストラリア・ウーメラで回収された再突入カプセル（左写真）は現地に設置されたQuick Look Facility (QLF)と呼ばれる施設で清掃，分解作業が行われた．アブレータとサンプルキャッチャコンテナだけの状態（中央図）になった後，コンテナガスの採取・分析が行われた．その後，輸送用密閉コンテナ（右写真）にサンプルコンテナは格納され，オーストラリアから日本に空輸された．メタルシール部（中央図の拡大図中赤丸で示した領域）の密閉状態が悪い場合，この部分を通じで固体や気体の混入・汚染が生じる．また，リュウグウ試料由来の揮発性成分も散逸する可能性がある．実際には，太陽風ヘリウムがコンテナには保存されており，地球での汚染は起こっていなかった．

球大気突入時の温度上昇や衝撃の影響，地球大気中に起きる汚染を回避・評価・管理できる．S M Pチー混入による汚染などの情報を与えてくれるため，工学ムとしての結 論は，「オーストラリア現地でのガス採的にも科学的にも重要である．ところが，カプセル回取・分析を行う」こととなった[ 5]．実際には，コロナ

収当時はコロナ禍であり，カプセル回収のためのオー前の当初計画よりも人的規模を縮小して行うことにストラリア入国人数を制限することが検討された．そなったが，カプセル回収は順調に進み，コンテナガこで，もしオーストラリアでのガス採取作業を諦め日ス分析作業も成功裏に終わった．ガス分析の結果か

本にカプセルを持ち帰った後でガス採取などを行っら，コンテナの密封状態は保たれていることが確認た場合，どの程度の科学的損失があるか，S M Pチーでき，リュウグウ試料から放出された太陽風由来のム内で検討した．サンプルコンテナはヒートシールド希ガスの検出にも成功した[ 1]．コンテナガスの同位（アブレータ）の一部と連結されており，これらを分体組成及び元素組成は，HeとNe間でのみ元素分別離せずに専用輸送容器に入れてオーストラリアからした太陽風と地球大気の混合で説明でき，他のガス日本に空輸 する計画であった（図1）．アブレータはの混合では説明できない（図2）．結果として，はやぶ

主にカーボン素材からできており，発塵や地球大気・さ2 サンプルコンテナはよく密閉されており，リュウグ水分の吸着・放出による主な汚染源となりうる．万がウ試 料には地球大気や水の汚染は起きていなかっ

一，コンテナの密閉状態が悪かった場合，アブレーた．

タに近接した状 態にサンプルコンテナを長時間おいコンテナガス分析はS M P チーム・Volat i leチームておくことは甚大な汚染につながる可能 性が 高い．

だけの成果ではなく，カプセル回収に携わった多く

一方，ガス採取・分析を現地で行うことでメタルシーのチームメンバーの理解・協力・援助によって達成さルの状態（大気混入レート）を把握できるため，輸送れた．カプセル回収 班は可能な限り早くカプセルの火の鳥「はやぶさ」
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図2： コンテナガスの同位体および元素組成．
He/4He同位体比，36Ar/ 20Ne比は分別しておらず，20Ne/4He比だけが分別した太陽風と地球大気の2成分混合でコンテナガスの組成は説明ができる．他のガス成分（始原的P1ガス，プレソーラー起源のP3およびHLガスなど）ではコンテナガス組成は説明できない．

発見・回収に尽力してくださり，リュウグウ試料の質

研 究 計 画は当初から三本立てであった．１つはを高めるために多大な貢献をしてくださった．はやぶ

上 述のコンテナガス分析である．これ はオーストラ

さ2ミッションの各チームが縦割り構造になっておら

リア現 場での 分析に加え，超高真空のボトルに採ず，探査機運用・リモセン観測などのチームも帰還試取したガスを チ ームメンバーの 研 究 施 設（CR P G -料の価値を深く理解しており，ミッションとして最大

Na ncy，E T H，Wa sh i ng ton Un iv.， 茨城 大 学，の成果を上げることに全員が尽力したことの成果でJA M S T E C，東工大，九大）にて揮発 性成分の精あろう．ミッション規模が海外に比べて小さいことが密分析をするというものであった．複数の研究施設

その理由の一つかもしれないが，技術や知見の継承で共通の試料を分析することは，分析の確度を確認だけでなく，チーム全体としての活動することの重要するための重要な常套手段である．今回，はやぶさ2性の認識・共有が初号機から得た教訓として受け継コンテナガスを分析することで，このような機会を設がれていたのだろう．

けることができた．各研究所の責任者は著者も含め，３. 揮発性成分分析

各々のデータが他の研究所と合致するか否か，データを開示し合うまでかなり緊張した．結果は非常によく一致していることがわかり[ 1]，皆胸をなでおろしつ

著者が2016年に初期分析サブチームリーダーに応つ自らの分析能力に自信をつける事ができた．もし，募した当初の研究計画では，Volat i leチームのメンデータの不一致があったとしたら再分析の必要が生

バーは13人（著者含む）であった．大規模な研究計画

じ，論文投稿・受理は難航していたかもしれない．

は著者の能力では統括することは難しいと考え，小残りの2 つの分析項目としては，「i nt act」なリュウ回りの効くチームを目指したためである．計画採択後

グウ試 料に含まれる揮発 性 成分分析，中性子放 射にメンバーと議論を進めていくうちに，最終的には45化した試料の分析の2 つを計画した（図3）．前者は，人となった．これまでの著者の生涯友人数より多い．

試料を大気に一度も晒すことなく，宇宙空間から持136

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図3： Volatileチームの固体試料分析フロー．Volatileチーム初期分析用に配布された試料の大部分は，大気非暴露で分析が行われた(w/oAir- exposureで囲われた部分の分析項目)．一部の試料は大気に暴露することになったが，nano - SIMS分析や中性子を利用した分析，宇宙線生成核種分析など，様々な重要な分析に使用された．

ち帰ったままの状 態の試 料に含まれる揮発 性 成分似した赤外 分 光 スペクトルをもつ標準的なリュウグを分析することを目標とした．リュウグウ試料を段階ウ試料である( 特殊な試料ではない)こと，C Iコンド的に加熱してガス成分を抽出・分析することで，試料ライト的鉱物組成の物質であることが事前の表面分の経験した温度，含まれる窒素及び希ガスの起源及析で確認することができた（ 残念ながら，現時点でび 担体（ho st pha se）の同定を行った．その結果，は 15 Nに富む窒素主体の化合物は我々の電子顕微鏡

リュウグウの材料物質にはプレソーラー粒子が多く観察や赤外分光では特定できていないが）．ペレッ含まれること，試料全体の1割程度しか太陽風起源

ト化ジグなどの開発は2018 年くらいから始めていたのガスを含んでいないこと，太陽風照射後は100℃がカプセル回収などの準備などに追われ，試料分析以上の加熱を経験していないことなどがわかった[2,開始直前の2021年 4月くらいにようやく完成した．か

3]．また，窒素同位体は粒子ごとに異なっており，一なりギリギリであった．上述のとおり，ペレット化し（アンモ部の粒子には 15 Nに富む窒素主体の化合 物

た試料は大気に触れることなく試料秤量とガス分析ニウム塩？）が欠損していることがわかった[2]．これをする計画であった．それらに必要な道具類も同時

らのガス分析は破壊分析であるため，事前に試料の期に一気に開発し，国内外のチームメンバーに使用鉱物・岩石学的情報を取得しておくことが重要である

方法などを説明し，配 布したリハーサルグッズをつと考えた．直径1m m程度の試料を1 粒ずつ，特製のかって本番分析の準備をしていただいた．試料処理

ジグ（図４）を使ってペレット状にして表面分析がでに必 要な窒素グローブボックスや真空オーブンなどきるようにした[ 7]．電子顕微鏡観察，赤外分光を行

はカプセル回収直前の2020 年11月末，オーストラリい，試料の記載を破壊分析の前に行った[2]．我々のア・ウーメラのホテルでネット検索・選定し購入手続

チームに配分された試料は，バルク試料のものと類きを行った．すべての物品は2021年の5月にようやく

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図4： Volatileチームで使用した特製ペレット作成ジグ．試料を銅ディスクに入れ，ステンレス球でダイヤモンドディスクに押し付けることで（左図），平滑面をもつペレット（右図）を作ることができる．

揃った．そういったわけでチームメンバーへリハーサ

軽元素同位体組成，微量元素組成，A r-A r/ I-Xe

ルグッズ配布は分析本番の直前（ JA X Aからの試料年代測定という複合的な情報を得ることができた．

配布は2021年6月）になったが，それにもかかわらず，n a no - S I M S 分析ではC , N, Siなどについての同位作業内容・操作方法をすぐさま理解し，分析を遂行し体を測定し，プレソーラー粒子起源の同位体不均一てくれた．非常に研究能力の高く，寛容なメンバーにを検出することができた．NA Aでは希土類元 素や恵まれたと実感した．

親鉄元素存在度を測定することができた．希ガス同3つ目の分析項目は，中性子を利用した分析であ位体分析では129

I 由来の129Xe の過 剰はわずか（ 129 Iる（図3）．ダイヤモンド 容 器 に 封 入したリュウグウ

由来でない始原的なものが大量に存在する）であり試料に京都大学複合原子力科学 研究所にて中性子I-Xe 年代は決定できなかったが，いくつかのリュウ照射を行い，生成された放 射 性核種のγ線分析にグウ試 料のA r-A r 年代が得られた．それぞれの分よる微 量 元 素分析（中性子放 射化 分析 : Neut ron

析結果の詳細については，現在公表に向けてまとめ

Act ivat ion A na lysis , NA A），その後，同一試ている段階である．

料の希ガス同位体分析によるA r-A rおよび I-Xe 年代測定を計画した．この分析では試料は中性子照射のために大気に晒されることになるが，貴重なリュウ４. おわりにグウ試料を無駄なく使用することを目指し，NA Aとはやぶさ2コンテナのメタルシール開 発を2011年

A r-A r/ I-Xe 分析をサブミリグラム以下の同一試 料に開始し，2014 年の打ち上げになんとか間に合わせに対して行えるような分析手法を開発した．さらに，ることができた．2016 年に初期分析サブチームリー

中性子照射の前に，ペレット試料をn a no - S I M S（ 2ダーに応募し，無事採択された．2017年から初期分次イオン質量計）を用いた局所同位体分析も行うこと

析の具体的な分析フロー作成や試料処理・ハンドリにした（図3）．この分析によって，1つの微小試料のング方法の検討，試料ペレット化ジグの基本設計を

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日本惑星科学会誌Vol. 32, No. 2, 2023行った．同時にオーストラリア現地で使用したガス採取装置（GA EA）の設計検討を行った[8]．2018 年にはGA EAの立ち上げ・性能出しおよびオーストラリア輸送を想定したリハーサルを実施．2020 年10月から12月にカプセル回収， コンテナ開封．2021年 6月までに初期分析の最終準備．同年7月から初期分析をスタート．いくつかのトラブルはあったものの，固体試料分析を無事に終え，論文発表までこぎつけることができた．振り返るたびに，多くの方々の支え・協力の賜と実感する．特に，中性子放射化分析とA rA r/ I-Xe 分析は2014 年から関本俊博士，白井直樹
博士と3人4 脚で右往 左往しながら，7年の歳月をかけて実現させることができた．彼らの協力のもと，なんとか試料封入容器の開発，分析条件の設定など，多くの課 題を克 服することが できた．n a no - S I M S
分析も石田章純博士と橋爪光博士に何度もテスト試料を用いた分析を行っていただいた．その他の分析も，多くの共同研究者や技術職員の方々にご協力頂いた結果である．感謝の言葉しかない．

参考文献[1] Okazaki, R. et al., 2022, Science Advances 8,10.1126/sciadv.abo7239.
[2] Okazaki, R. et al., 2022, Science 10.1126/science.abo0431.
[3] 岡崎隆司, 2023, Isotope News 788, in press.
[4] 中澤暁ほか, 2021, 遊星人 30, 18.
[5] 澤田弘 崇, 2022, 日本 航 空 宇 宙 学 会 誌 70, 249.
https://doi.org/10.14822/kjsass.70.12_249[6] Okazaki, R. et al., 2017, Space Sci. Rev. 208,
107.
[7] Okazaki, R. et al., 2022, Earth Planets Space 74,190. https://doi.org/10.1186/s40623-022-01747-7[8] Miura, Y. N. et al., 2022, Earth Planets Space 74,
76. https://doi.org/10.1186/s40623-022-01638-x