モーニングセミナー
愛知学院大学楠元学舎110周年記念講堂

はやぶさ2の採取した砂の分析～砂の分析からなにがわかるのか?!～

渡邊 誠一郎名古屋大学 大学院 環境学研究科．

2023年6月13日（火） 7:00ー8:00

1．はやぶさ２のリュウグウ探訪を振り返る© JAXA/U Tokyo/Kochi U/Rikkyo U/Nagoya U/Chiba Inst of Tech/Meiji U/U Aizu/AIST

02/24

はやぶさ2探査の流れ
1998 KY26 2031/07

打上げ

Dec 3, 2014

地球スイングバイ
2015/12/03

リュウグウ到着2018/06/27

日付はすべて日本時間
MINERVA-II1 着陸
2018/09/21
MASCOT着陸
2018/10/03．

地球帰還
2020/12/06

ターゲットマーカ
分離
2018/10/25

リュウグウ出発2019/11/13

MINERVA-II2
Illustrations including
分離spacecraft by Akihiro Ikeshita, 2019/10/03
others by JAXA

ターゲット
マーカ放出
2019/09/17

ターゲット
マーカ分離
第二回目
タッチダウン
2019/07/11

2019/05/30

衝突装置 SCI
2019/04/05

第一回タッチダウン
2019/02/22

03/24

2．小惑星リュウグウの素顔
地球軌道と火星軌道にまたがる楕円軌道を持つ地球接近小惑星 →• 自転：逆行回転, 周期：7.63時間．

リュウグウ• そろばん珠形（top shape）
鋭い赤道リッジ（山脈）をもつ．
• 赤道半径 RE： 502±2 m• 極半径 RP： 438±2 m(RP/RE = 0.873)．
• バルク密度: 1.2 g/cm3(= Bennu)↑質量÷体積．
• 空隙率 > 50% [半分すきま！]
母天体破壊⇒ラブルパイル天体 ．

Watanabe et al. 2019, Science Sugiura et al. 2021, Icarus 04/24

母天体（微惑星）の貴重な記憶．
• 水（含水鉱物）が全表面に存在（NIRS3, ONC-T）:• 微惑星時代の“温泉”を記憶:

Kitazato et al. 2019 Science

Sugita et al. 2019 Science

Shocked CM2Heated CI1• 非常に暗い表面 ← 有機物．
• 地上分析で謎を明らかに！．

05/24

リュウグウでの人工クレーター生成実験
人工クレーター（リム間直径で 約18 m）

分離カメラが捉えたクレーターからの放出物

衝突前後の画像を交互表示© JAXA/U Tokyo/Kochi U/Rikkyo U/ Nagoya U/
Chiba Inst of Tech/Meiji U/U Aizu/AIST

Arakawa et al. 2020, Science06/24

3．玉手箱の帰還：地球帰還時の軌道計画． COVID-19問題！

中澤暁ほか 2021, 遊・星・人

07/24

カプセル回収シーケンス

中澤暁ほか 2021, 遊・星・人

08/24

4．玉手箱の中身は？

←はやぶさ2カプセルの軌跡

2020年
12月6日
（at CooberPedy，豪州）© JAXA

落下したパラシュートとカプセルの発見 © JAXA
09/24

フェーズ1キュレーション（初期記載作業）• 地球環境からの汚染を避けるため，クリーンチャンバー（下図）から出すことなく，リュウグウ試料の初期記載（フェーズ1キュレーション）作業が行われた（帰還後半年間）
CC3-1：• 真空下でのサンプルコンテナの開封CC3-2：• 真空下でのサンプル採取
CC3-3：• 真空から窒素ガス環境への移行
CC4-1：• 小粒子（< mm）の処理
CC4-2：• 大粒子（≧ mm）の処理・観察・選別• 粉体試料の観察*CC = クリーンチャンバー
©JAXA

10/24

玉手箱を開けてみると…
キャッチャーA室に入っていたリュウグウ粒子

真空中でのリュウグウ粒子の取り出し（動画）© JAXA

11/24

キャッチャーA室とC室から取り出した試料

Kikuchi+ 2021

合計 5.4グラムの試料を回収．
計画の50倍以上！
©JAXA

回収容器概観キャッチャーA室（上段）とC室（下段）から回収した粒子．赤いスケールは 5 mm．

12/24

試料選別・分配に要する情報の取得
CC3-3 およびCC4-2 に設置された初期記載用の装置群© JAXA

光学顕微鏡

秤量計

赤外分光計

赤外分光顕微鏡
MicrOmega13/24

試料に水・炭素は確かに含まれていた

H2O:7wt%
有機C: 3wt%
炭酸塩C: 1.5wt%• リュウグウ試料のフーリエ変換赤外分光装置（FTIR）による近赤外スペクトルの測定（左：b）• He流中での試料の連続昇温で熱分解・放出されたガスを四重極質量分析装置で測定（中央・右）
リュウグウ*1938年12月16日落下
イヴナ隕石（CI）*↑Yokoyama et al. 2022, Science←Yada et al. 2022, Nature Astron.

14/24

MicrOmegaのリベンジ
リュウグウ試料の近赤外スペクトル
左：a: OHに富む粒子
b: NHに富む粒子
右：a: 炭酸塩粒子a

CaCO3

b

MgCa(CO3)2

比較鉱物
試料

FeCO3

a

波長/μm NHの吸収窒素化合物や炭酸塩の存在を示す！

1.0

リュウグウ
試料
波長/μm

Pilorget et al. 2022, Nature Astron.

15/24

電子顕微鏡の下の宝石たち

硫化鉄• おもちゃ箱の中のような多様な形態の粒• 母天体の“温泉”中で，析出・組成変化した
水質変成鉱物

ピロータイト• コンドリュール，CAIはほとんど存在しない
1/100 mm

層状ケイ酸塩

磁鉄鉱（Fe3O4）“フランボイド”

E. Nakamura
et al. 2022
Proc. Jpn.
Acad. Ser. B

1/1000 mm

2/10000 mm

16/24

同位体の指紋が語ること（１）δ17O（‰）

δ15N（‰）• 炭素質コンドライトのうち，CIコンドライト（イヴナタイプ）に近いことを示す（左）• プレソーラー粒子（太陽系を生んだ星間分子雲の生き残り粒子）の存在（右）δ18O（‰）

δmO = 1000×[(mO/16O)/ (mO/16O)standard −1]

δD（‰）

Ito et al. 2022, Nature Astron.

17/24

同位体の指紋が語ること（２）δ17O（‰）

母天体の“温泉”の温度は約40℃

母天体は木星軌道の外側で生成 ⇒ 大移動?

リュウグウ
平均
リュウグウ
リュウグウ
磁鉄鉱

炭酸塩
黒はイヴナ隕石（CI）

δ18O（‰）

Yokoyama et al. 2022, ScienceSpitzer et al. 2023, LPSC #2488

18/24

有機物微粒子（ナノグロビュール）
赤：芳香族，緑：脂肪族• 有機物微粒子（右）• 層状ケイ酸塩中に広く有機物が分布• 20種類以上のアミノ酸が同定される• 核酸塩基など窒素を含む多様な環状有機化合物が存在• これらは，母天体の“温泉”での有機物の合成を示唆

Energy/eV

Ito et al. 2022, Nature Astron.

19/24

リュウグウ母天体は土星軌道の外側で生まれた• ドライアイス存在領域でのリュウグウ母天体の生成を示唆する流体包有物（右図上下）• 微小コンドリュール（急冷を示す組織）（左下 I）

CO2を含む水が硫化鉄鉱物の中に閉じ込められていた• 微小なカルシウム・アルミニウムに富む包有物（CAI）（右下 K, L）⇒ ともに他のコンドライト中のものの約1/10の大きさ

T. Nakamura et al. 2022, Science

20/24

リュウグウ粒子の元素存在度

化学的に見て太陽系で最も始原的な物質• CIコンドライトの元素存在量に対するリュウグウ試料の元素比• 水素（H）と酸素（O）以外はほぼ1程度．リュウグウ試料は，CIコンドライトにきわめて近い：
Taの異常は試料採取用弾丸の影響

Yokoyama et al.
2022, Science

高温で凝縮 ←→ 低温で凝縮 21/24

太陽系初期に粒子と微惑星が大移動！
• 太陽のすぐそばで生成された粒子（CAI）が太陽系の遠方領域まで運ばれる

CAI• 酸素同位体異なる粒子⇒リュウグウ母天体• 巨大惑星が暴れて，微惑星が内側へ

16O
NCrich16O richCC

16O poor

CIComets?

T. Nakamura et al. 2022, ScienceHopp et al. 2022, Sci. Adv.

22/24

母天体からリュウグウに至るまで• 26Alの崩壊熱で，リュウグウ母天体中に温泉が生じた（太陽系形成の数百万年後）.
• リュウグウ母天体の上で，温水により砂が粘土化し，複雑な有機物が合成されたようだ．
アミノ酸や核酸などが生命材料物質が試料から見つかった．

××⇒ 初期地球への海・生命材料の供給源• その後，母天体が衝突破壊され，破片が集まってリュウグウが形成された．
Sugita et al. 2019, Science

39/40
23/24

これからも続々と成果が…
• リュウグウ試料は世界中で分析が進行中…
• 2023年9月にアメリカのOSIRIS-RExが小惑星ベンヌ（Bennu）から表面試料を持ち帰る
予定．日本にも試料配分．
• リュウグウとベンヌの試料の比較で，さらに太陽系の謎が明らかになる「地図」を手に入れることができる• 彗星物質との違いを明らかにすることが，次世代サンプルリターン探査の焦点• 彗星核／枯渇彗星サンプルリターン

小惑星ベンヌのモザイク画像

ナイチンゲールNightingale

2020.10.20 にベンヌの表面試料採取に成功© ともに NASA/Goddard/Univ of Arizona 24/24