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日本惑星科学会誌Vol. 29, No. 1, 2020

火の鳥
「はやぶさ」
未来編 その20〜小惑星リュウグウからのリターンサンプル分析の全体像〜
安部 正真1，橘 省吾2，小林 桂 3，伊藤 元雄 4，渡邊 誠一郎 5（要旨）探査機「はやぶさ2」は小惑星リュウグウ表面での試料採取のための二回の着陸運用を成功させ，現在，地球帰還に向けて，飛行中である．2020 年末に地球に届けられるリュウグウ試料は，地球帰還から6ヶ月の期間，JA X Aキュレーション施設内に設置された専用のクリーンチャンバーの中で，地球大気にさらされず，窒素ガス中で初期記載される．その後，一部試料に対し，外部機関でのJA X A 主導の高次キュレーションならびに「はやぶさ2」科学チームによる初期分析がおこなわれる．地球帰還から18ヶ月
後には，それらの分析結果はカタログ化され，国際公募による分析に試料が配布される．本稿では，初期記載，高次キュレーション，初期分析に関し，それぞれの目的や実施内容，計画について示し，国際公募開始以前にJA X Aならびに「はやぶさ2」プロジェクトが主導しておこなうリュウグウ試料分析の全体像を紹介する．

1．リュウグウ表面での試料採取見られるが，含 水 鉱物を含む炭素質コンドライトに比べ，吸収が弱いこと，などが明らかとなった [e .g . ,探 査機「はやぶさ2」は小惑星リュウグウでの近傍

1- 3]．また，着陸機 M A S C O Tによって，表面に細観測（2018 年 6月–2019 年11月）を終えた．リモート

かい粒子が 積もっているような様子は見られないこ

センシング観測によって，( 1) リュウグウが独楽（コと，数 cmサイズの表面岩石の熱伝導度が隕石の典マ）を上下に重ねたような形をしており，平均半径は

型値より小さいことが明らかになった [4, 5]．これら

およそ450 mであること，( 2) バルク密度が 1.19 ±の事実は，リュウグウが既存の隕石とは異なる物質

0. 03 g cm– 3であり，炭 素質コンドライトの密度を

科学的特徴をもつことを示唆する．含水鉱物の低い想定すると，天体全体として，50– 60 %の空隙率を存在度は，リュウグウが加熱などによって含水鉱物

もつこと，(3) 表面全域に10 mを超える大きな岩塊を失ったためか，そもそも母天体で水質変成があま（大きさ約25 cmを超える岩石を岩塊とよぶ）が多くり進行しなかったためか，いずれかの可能性が考え存 在し，リュウグウ表面物質の幾 何アルベド（反 射られるが，現時点でははっきりとしない．

能）は~4. 5% しかなく，典型的な炭素質コンドライト「はやぶさ2」は2019 年2月，7月の二度，リュウグ

よりも暗いこと，(4) 表面全域に2.72 μmの吸収がウ表面への着地に成 功した．試 料 採 取のための弾

1.宇宙航空研究開発機構・宇宙科学研究所
2.東京大学・宇宙惑星科学機構
3.岡山大学・惑星物質研究所
4.海洋研究開発機構・高知コア研究所
5.名古屋大学・大学院環境学研究科
abe.masanao@jaxa.jp

丸の発射も確認された．
「はやぶさ2」サンプラーシス
テム [6 - 8] は「はやぶさ」を踏襲しており，弾丸発射型の試 料 採取機構が宇宙環境で動作することが初めて示された．第一回目の着地および試料採取は赤道付近でおこなわれた．第二回目の着地は衝突装置

小惑星リュウグウからのリターンサンプル分析の全体像／安部 他

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S C Iによって赤道付近につくられた人 工クレーター

加工洗浄室と呼ばれるエリアで，インスツルメンタル

周辺でおこなわれ，採取された試料にはクレーター

モジュールとサンプルアブレータの除去を行う．特にから掘り起こされた地下物質が含まれていることがサンプルアブレータはサンプルコンテナと締結してい期待される．

るネジからの熱の流入を防ぐために，ネジ頭までア

初回と二回目の着陸の間にはサンプルキャッチャ

ブレータで蓋をされているため，フライス盤を用いて内の試 料導入口位置を変更し，二度の着陸で得らアブレータを削り出すという加工作業をクリーンルー

れた試料をサンプルキャッチャ内の個別の格納室にム内に独立排気エリアを設けて行う必要がある．

収納した．2019 年 8月には，サンプルキャッチャを地

余計なものを取り除いたサンプルコンテナは表面

球帰還カプセル内のサンプルコンテナに収 納する運を清浄にした後，試 料準備室
（クラス1000）で蓋開用もおこない，試料採取運用における全動作が無事

封 機 構 に 組 付 けられ る．サンプルコンテナは 帰 還に完了した．
「はやぶさ2」は小惑星リュウグウ近傍で試 料 の大 気 暴 露を防ぐためにメタルシールされての運用を11月に終え，現在，地球へ帰還中である．

いる．サンプルコンテナの蓋は内と外の二重 構造に地球帰還カプセルは2020年末に地球に届けられる．

なっており，ラッチ拘束された外蓋とばね力によっ

2．JA X Aキュレーションにおける
初期記載
2.1

キュレーション設備への帰還試料受入「は やぶ さ２」の 帰 還 試 料 の 受 入 につ いて は，て，内蓋がサンプルコンテナのシール部に押し付けられることで内部の密閉が保たれている．サンプル
コンテナの内蓋だけをジグを使って反跳を抑え，外蓋とばねを除去してから，最終的に蓋開封機構に組付けられることになる．

2.3

試料の取り出しと初期記載

JA X A宇宙科学研究所の地球外 物質研究グループ「はやぶさ２」の試料受入れのためのクリーンチャ

が，JA X A相模原キャンパスに設置された試料受入

ンバー (以下C Cと略す )は，第2処 理 室（クラス100

れ設備（キュレーション設備）を用いて行う．

～1000）に設置され，5室（C C 3-1, 2, 3; C C 4-1, 2）

帰 還試 料は探 査機の帰 還カプセルのサンプルコから構成されている(図1，2.4 節 )．蓋開封機構は台ンテナ内のサンプルキャッチャに収 納されている．

車で C C 3-1下部に設置され，C C 3-1の下面フランジ

地球 帰 還時に探 査機から分離されたカプセルは豪に取り付けられる．蓋開封機構取り付け後にクリー州で回収される予定である．カプセルは回収後，現

ンチャンバー内は真空環境にされる．

地でサンプルコンテナ内のガスが回収された後，輸サンプルコンテナの開封は，内蓋を抑えている機送コンテナに封入され，日本に空輸され，キュレー

構をチャンバー外からの操作で解除し，内蓋を持ちション設 備に運び 込まれ る予定 である．帰 還カプ

上げることで行う．内蓋はサンプルキャッチャと締セル回収からキュレーション設備への搬 入までは，結されているため，この操作で，サンプルキャッチャ

JA X Aに組 織されたカプセル回収 隊が主導して行がサンプルコンテナから露 出する．露 出したサンプ

い，地球外物質研究グループの作業はサンプルコン

ルキャッチャをC C 3-1の第1トランスファーロッドでテナ受入後からスタートする．

つかみ，C C 3-2 へ水平 搬 送する．C C 3-2で第1トラ

2. 2

サンプルコンテナのクリーンチャンバー搬入

ンスファーロッドを用いてサンプルキャッチャを反転し，内蓋を下にして，CC3-2の第1ステージに設置する．
サンプルキャッチャは A , B , C 室の3部屋構成にキュレーション設備受入時，サンプルコンテナになっており，1回目の着地の際の採取試料はA 室に，は，帰還カプセルのインスツルメンタルモジュールと2回目の着地の際の 採 取試 料は C 室に入っている．

呼ばれる構造体や，サンプルアブレータ（熱防御材）C C 3-2の第1ステージではキャッチャA 室の蓋のネがついているため，そのままではクリーンチャンバー

ジを外し，蓋を取り除く．

には入れられない．そのため，クラス10000レベルの蓋を取り除 いた後，C C 3-2の 第2トランスファー

30

日本惑星科学会誌Vol. 29, No. 1, 2020

図1：
「はやぶさ２」
試料受入れ専用の新クリーンチャンバー．5室構成（CC3-1からCC4-2）となっている．

ロッドを用いてC C 3-2の 第2ステージに 移 動させ，「はやぶさ」初号機でも行った方法である．石英容器

スコープカメラで観察しながら，A 室の試 料の一部に移し替えられた各室の試 料は再度 C C 4-2に移さを，鉗子機構を用いてピックアップし，C C 3-2 内にれ，各室の試料重量を計測したのち，光学観測と分設置した石英皿に保管する．その後，C C 3-2の第3

光 観 察を行う．光 学 観 察では試 料 のサイズ分布にステージに移動させ，A 室の開口部に試料飛散防止

ついての概 略 の情報も得る予定である．分 光 観 察

用石英キャップを載せてから，C C 3-2の第3トランス

はここでは集合体としての分光データを取得予定でファーロッドを用いてC C 3- 3に移動させる．ここまである．分 光観察は F T I Rによる反射スペクトル測定の作業をすべて真空環境下で行う．サンプルキャッと，フランス宇宙天体物理学研究所 ( I A S )が開発しチャが C C 3- 3に移動完了後，C C 3- 3とC C 3-2の間

たM icr O megaによる分光イメージ測定を準備中でのゲートを閉めてから，C C 3- 3を窒素パージし，以ある．M icr O meg aは，「はやぶさ２」のM A S C O T

降，窒素雰囲気下でグローブ操作を行う．

に搭 載された分 光イメージャーを帰 還試 料 の測定

C C 3- 3からは，サンプルキャッチャはキャッチャ

が 行えるように専用に新 規 製 作したものを用いる．

ハンドリング治具を介してつかむことで，グローブ操

このM icr O mega の 使 用は2019 年 6月にJA X Aと作でも安 全かつ確実にその分 解および 試 料の取り

C N E S間で締結された「JA X A地球外試料キュレー

出しが行えるようになっている．サンプルキャッチャ

ションセンターにおけるM icr O meg aでの「はやぶさは分解する前に，C C 4-2 室で全体重量を計測し，回２」帰還試料分析に関する協力活動についての実施

収された試 料 のおおよその 総 量を計 測する．その取り決め」によって実現したものである．

後，C C 4-1で，A 室の試料の取り出し，B室の取り外各部屋の試料の集合体としての測定後に，個別粒し，B室の試料の取り出し，C 室の取り外し，C 室の子のピックアップを行う．
「はやぶさ」初号機では最試料の取り出しを行う．

大でも300μmサイズの試料であったのに対して，「は各室からの試 料の取り出しは，各室の開口部にやぶさ２」ではm mサイズの試料も帰還することが期

石英容器をかぶせた状 態で全体を反転させて，各待されている．そのため，地球外 物質研究グループ

室内の試 料を石英容器に移し変える．この手法は，では，m mサイズの試料もハンドリングできるツール

小惑星リュウグウからのリターンサンプル分析の全体像／安部 他

31を開発中である．個別粒子はピックアップされた後，境から窒素環境に変えるエアロック機能を備えると個別の容器に収 納され，光学顕微鏡での記載を行同時に，拡張ポートを備え，将来の新しい機能を付う．また大きなものは個別の秤量と分 光データの取加できるようにしている．前述のM icr O megaによ得を予定している．個別 粒子のピックアップと観察る分 光測定機能は，チャンバー仕様の決定後に追は，大きい粒子から行い，最初の6か月間では最大加することが決まったため，このポートを用いて行200 粒子程度と考えている．

う．拡張ポートにはゲートバルブがついているため，

2.4

JA X Aキュレーション設備

M icr O meg a測定が完了した後には，別の機能を付け替えることも可能である．

ここまで，帰還カプセル回収から，試料の個別ピッC C 4-2も「はやぶさ」初号機にはなかった作 業用クアップと試 料の初期記載までの流れを説明した．

チャンバーである．
「はやぶさ」初号機の帰還試料は続いて，試料受入設備について簡単に紹介する．

ほとんどが 100μm以下と小さく，静電制御マニピュ

試 料 受 入れ 設 備の検 討の 経 緯については，[ 9]レータ[ 10]と呼 ばれる専用のハンドリングツールをに書かれている．2015 年から検討がスタートし，ク

開発し，これまで約1000 粒子のピックアップに成功

リーンル ームとクリーンチャンバ ー の 完 成 は2018しているが，作業効率が悪く，当初は1日1 粒程度の年である．クリーンルームを，「はやぶさ」初 号機 用

ハンドリングがやっとであった．
「はやぶさ２」では限クリーンルームの隣の部屋に新しく新設し，その中られた時間で初期記載を完了し，後段の詳細分析にに，「はやぶさ２」専用のクリーンチャンバーを設 置分配する作業を速やかに行う必要がある．幸い，
「は

している．
「はやぶさ２」のクリーンチャンバーは5室

やぶさ２」の帰還試料は初号機よりも大きなサイズで構成で，C C 3-1, 3-2, 3- 3, 4-1, 4-2と呼ばれている．

あることが期待されており，試料ハンドリングも手作

C C 3-1, 3-2は真空環境下でのハンドリング，C C 4-1,

業で拾い上げることも可能なように，チャンバー上面

4-2は窒素環境下でのハンドリングを行える仕様で，をすべて窓面として，手元を目視して作業できるよう

C C 3- 3はその両方の機能を備えている．チャンバーなチャンバーを新たに設 計している．これにより光はステンレス製で内面は複合 電 解 研磨 処 理され 超学観察も，光学顕微鏡をチャンバー内に入れること

精密洗浄されている．クリーンルームへ設 置後ベーなく，窓越しに設置観察できると同時に，電動モーキングで脱ガス処理を行い，真空環境下では残留ガタを用いて自動マッピングも可能となり，試 料 観察

ス分析四重極型質量分析計 ( RGA- QM S )を用いて，の効率も格段に向上している．

窒素 環 境下では大 気 圧イオン化質量分析計 (A PI-

C C 4-1は「はやぶさ」初号機の静電マニピュレータ

M S )を用いて環 境モニタを行う．窒素ガスについてを設置したチャンバーと同様な設計であるが，主には，最高グレードの液体窒素から気化器および流出

キャッチャハンドリング治具を用いた，キャッチャの型純化機を用いて不純物を取り除くと同時に，循環分解作業を，個別ピックアップした試料の一時保管型純化器でクリーンチャンバー内のガスを随時精製スペースとして用いる予定である．

しながら環境を維持する．

C C 4-1とC C 4-2にはハンドリングツールや試 料容「はやぶさ」初号機のチャンバー構成が 2 室であっ器 の出し入れのための 搬 入出用のポートが用意さたのに対し，「はやぶさ２」では5室構成となったのにれており，専用の搬入出用チャンバーを取り付けて，は理由がある．一つは真空 環 境下での試 料の取り

チャンバー内を真空排気および窒素置換を繰り返し出しおよび保管を可能にするために，専用のC C 3-2

行い，清浄 化された環境にしてからゲートバルブをを作ったことである．C C 3-2には真空環境で動作す

開け，出し入れを行う．テフロン製のジグなどは水分る機構を複数取り付け，ネジの取り外しや蓋の取り

や大気の脱ガス効率が悪く，清浄化まで時間がかか外し，試料の回収などを行うことが可能である．まる傾向があるため，「はやぶさ２」用の搬入出ポート

た各 種スコープカメラを備え，サンプルキャッチャ

は内部ヒータを備えており，脱ガス効率を上げて，も内の試 料 の様 子 や 作 業 の様 子をリアルタイムで 観のの出し入れの作業性の向上も図っている．

察できる機 能も備えている．また C C 3- 3は真空 環

C C 4-2の搬 入出ポートはフーリエ変 換 赤外 分 光 光32

日本惑星科学会誌Vol. 29, No. 1, 2020

度計 ( F T I R ) の測定チャンバーの接続ポートも兼ね前には，超純 水および有機溶剤で超音波洗浄を行ている．F T I Rはキャッチャの各室から取り出したい，メタル製品以外は酸アルカリ溶液を用いた洗浄

試 料を集合体として石英容器に回収した後，拡散も併用している．有機物除去に関しては，ベーク処

反 射スペクトルデータを取得することを予定してい理する方法もあるが，有機物以外の汚染レベルが悪る．測定光のスポットサイズは1 m mφ程度であるた化することを考慮して，U Vオゾン洗浄を採用するこめ，試料サイズが大きい場合は，個別の反射スペクトとを検討している．

ルデータも取得可能である．測定波長範囲は0. 67μ
mから5μmと「はやぶさ２」搭載の近赤外線分 光計
N I R S 3の観測波長域をカバーしており，リモートセ
ンシングデータとの比較することが可能である．チャンバー上部にはサファイヤ製の窓があり，チャンバー
外に設 置した F T I R 測定 装置と外部光 学系を介して，チャンバー内の試料を分光測定する．

3. 初期記載後の試料分配の流れ
3.1

Phase2キュレーションの位置づけ

帰還試料受入れ 6か月後に，初期分析を開始することになっている．また初 期記 載作 業と並 行して，重量測定については，C C 4-2に接続した搬 入出

キュレーション主導のもと，高次キュレーション（以室を介して，秤量装置をC C 4-2に導入して行う予定

後 Pha se 2キュレーションと呼ぶ）をJA X A 外 部のである．
「はやぶさ」初号機では秤量装置を，ゲート

研究 機 関と共同で行うことになっている．Pha se 2

バルブを介して隔離し，測定時のみゲートを開ける

キュレーションについては2015 年 3月に開催された方式であったが，装置から秤量皿までの距離がある

第5回キュレーション専門委員会でその必要性が 議ため振 動の影 響を受けやすく，測定 精度が十分出論された．

せない問題点があった．そのため，「はやぶさ２」でその時の資料によれば，必要性については「「はやは装置本体を専用のアルミケースで覆うことでコンタ

ぶさ２」の帰還後，その試料に最も多く接する機会

ミネーション源となることを極力避けると同時に，秤を持つのはI S A Sキュレーショングループである．し

量測定時のみチャンバー内に導入し，測定終了後はたがってそのハンドリングの経験から，初期分析や，速やかに外に出すことで，チャンバー内汚染を極力外部の研究者からは提案されていない研究テーマ

低くする方式を選択している．この方式は NA S Aのを創出することが出来るはずである． 拠点分析は，

Joh nson Space C enter が 採用している方式でもこのキュレーションメンバーの経 験を生かしたサイ

ある．チャンバー内はドライな窒素 環 境下でグロー

エンステーマに基づく分析を実施する枠組みとして，

ブ操作や窒素循環の風の摩擦により静電気が発生「はやぶさ２」の試 料から得られるサイエンス成果をしやすく，秤量装置は静電気の影響を受けやすいた

最大化するために設定することを目的とする．また，め，秤量想定時には，金属メッシュを取り付けた専

拠点との共同研究を通し，キュレーションとその他用の風防を用いて測定環境の安定化を実現し，測定の研究施設の人材交流，技術情報交換などを行い，精度の向上を図っている．

将来のサンプルリターンへの人材育成を実施する．」

C C 4-１には将来の試 料 保管のための拡張ポートとある．

も用意している．初号機では，同様の拡張ポートに

初期分析との違いについては次のように整理され試料保管庫を取り付け，保管庫には無電源で駆動すた．初期分析は試 料が帰ってくる前にあらかじめ徹

るゲッタポンプが 2 式 搭載されている．保 管庫に試底的に議論された分析フローにのっとって，試料が料保管後，保管庫をチャンバーから切り離すことで，帰ってきてから短 期間に科学成果を出すことを目標

停電時にも安 全に試 料 保管をすることが 可能であとするものである．一方，Pha se 2キュレーションは，る．

試料の帰還後，ある個々の試料，あるいはある試料

チャンバー内で用いるハンドリングツールおよびのグループに対して，初期記載で得られたデータを試料容器は合成石英または，ステンレスおよびアル

もとに，帰還試料 全体の特徴などを踏まえた上で，

ミまたはテフロンを原則としている．チャンバー搬入与えられた試料から最大の科学成果が得られるよう

小惑星リュウグウからのリターンサンプル分析の全体像／安部 他

33

サイエンステーマ・目標を設定し，それを達成する分ングによって得られた形体・形状情報，物性，物質析フローを検討して，実施するものである．

科学的情報によって，小惑星リュウグウの描像の理

その後，専門委員会での2度にわたる書類審査を解が進みつつある[2]．岡山大学惑星物質研究所で経て，2015年5月の第6回キュレーション専門員会で，実 施 するPha se 2キュレーションにおいては，これ

岡山大学・地球惑星物質科学 研究センター（現惑星らの情報に基づき推定される物質科学的多様 性を物質研究所）（ Pha se 2 三朝：代表 中村栄三）と国立

持 つ微 小重 力天体形成モデルをあらかじめ 想定し研究開発法人・海洋研究開発機構（ JA M S T E C）高[ 13]，帰還試料の総合解析によってそのモデルを検知コア研究所（Pha se 2高知：代表 伊藤元雄）の2か証する準備を進めている．リュウグウは，分 光学的所が選定された．そして，キュレーション主導のも手法によって有機物質を含むことが示唆されており，と，それぞれの研究機関がリュウグウ試料の分析を

太陽系環境における有機 ―無機物質の共進化およ

独立に担当することとなる．

びマクロな小惑星形成・進化に関する物質科学的検

JA M S T E C高知コア研究所については，2018 年

証が最大のサイエンステーマとなる．岡山大学惑 星

4月の第14回キュレーション専門委員会において，地物質研究所では，地球近傍小惑星の形成およびそ

球外 物質研究グループが連携協定や共同研究契約の後の物質進化における彗星の関与を強く示唆するを結んでいる大学共同利用機関法人・自然科学研究

物質科学的証拠を隕石試 料中に見出している[ 14]．

機構・分子科学研究所，大学共同利用機関法人・情そしてリュウグウにおいても同様の形成・進化モデル

報・システム研究機構・国立極地研究所，高輝度光が適用可能であり，それを示す物質科学的痕 跡を科学 研究センターの研究 機関と連 携する体制に拡

帰還試 料に探りたいと考えている．そのため，多様張することを提案し，承認されている（ただしあくまな解 析手法のなかから最適な手法を組み合わせるでも主体は高知コア研究所である）．

CA S T EM 2をさらに拡張し，L C超高質量分解能有3. 2

Phase2三朝の取り組み

機質量分析計および G C 有機質量分析計をシステムに導入することによって，多くの有機物質を含むと推岡山大学 惑 星物質研究 所（I PM）は，小 惑 星探

定されるリュウグウからの帰還試料に対応できる解査 機「はやぶさ」によってもたらされた 小 惑 星イト

析体制の整備を行った．これらの有機物質解析シス

カワ由来の帰 還試 料の初期分析を担当し，限られテムに加え，電子顕微 鏡や二次イオン質量分析計，

た 微 粒子 試 料 の 総 合 解 析によって， 微 小重 力天

安定同位体質量分析計，希ガス質量分析計を中心と

体 表 層 環 境に関 する新 たな 物 質 科 学 知 見を得た

したシーケンシャルな分析ルーチンの開発，評 価に[ 11]．その 初 期 分析において重要な役 割を果 たし

精力的に進めている．また，Pha se 2キュレーション

たのは，多様な局所分析，バルク分析機 器を組み実施向けた人的体制整備にも取り組む．

合わせ対象試 料から複合的な物理化学情報を取り出すことを可能とした地 球 惑 星物質 総合 解 析シス

3.3

Phase2高知の取り組み

テム（ C omprehe n s ive A n a ly t ic a l Sy st em for

Pha se 2高知は，JA M S T E C 高知コア研 究 所を

Ter rest r ia l a nd Ext rater rest r ia l M ater ia ls :中核として複数の研究機関（国立極地研究所，分子CA S T EM）を用いた総合 物質 科 学 的 解 析であっ科学 研究 所U V S OR，高輝度光 科学 研究センター

た [ 12]．そして小惑星リュウグウからの帰還試 料の（S P r i ng- 8），首都大学東京，大阪大学，あいちシ

Pha se 2キュレーションにおいても，さらに発展した

ンクロトロン光センター，マリン・ワーク・ジャパン）

CA S T EMを最大限活用し，総合的な観点から帰還と連携し，小惑星リュウグウ試料分析の実施体制を

試料の起源・進化に関わる情報を抽出する予定であ整えている．彼らは，地球由来の汚染を極力排したる．そして国際 AOの基礎となる基本的な物質科学

国内外 研究機関間の試料輸送手段の検討，複数の的情報を与え，継続的な研究の効率化を図ることを分析機器間での試料 搬送法の確立，そして汚染源目的とする．

となる地球物質の物質化学的データの取集から始ま

小惑星探 査機「はやぶさ２」によるリモートセンシ

り，リュウグウ試料の分析を見据え，連携研究機関

34

日本惑星科学会誌Vol. 29, No. 1, 2020が持つ分析機器・技術の先鋭化にチームとして取り組んできた [ 15 -18]．

3.5

海外機関への試料分配

リュウグウ試 料に含まれる有機物と含 水 鉱物は，

このほか， 初 期 記 載 後の試 料 分 配 先としては，

微小・微細な組織として複雑に共存する可能性が高JA X A・NA S A間で結ばれたMOUに基づき，試料い．そこで，Pha se２高知では，リュウグウ試 料の帰 還後 1年以内にNA S Aに10％の試 料を分 配する分析に対して以下の取り組みを実施する．
（１）放 射ことが決まっている．また MOUには分 配する試 料

光分析を中心とした非破壊分析から質量分析などのは represent at iveで u npro ces sed で あ ることと破壊分析へとシームレスにつなげた分析システム（二

明記されており，「はやぶさ２」の初期記載で S EM /次元・三次元の高解像度組織観察，分子構造・化学

ED Sを実施しない理由にもなっている．また，帰還

種同定，軽元素同位体比，結晶構造，主要・微量元

後 1年半後には国際公募研究 ( 国際 AO)を開始する

素組成など）を開発し，試料の物質科学的特徴を総ことも記載されており，そのためのカタログ作りも前合的に取得する．
（２）得られた分析結果・手法は，述の機関への試 料 分配後に継続して行う必 要もあ

初期分析チームへフィードバックするとともに，国際る．さらに高次キュレーションの海外枠として，一部

AOやキュレーション作業に資するベンチマークとすの試 料を海 外チームに，国際公募研究の開始前にる．
（３）国立極地研究 所が 保有する多様な地球外分配することもかねてから提案されており，その分配

物質（隕石，微隕石）の分析データを利活用し，リュのタイミングと分配先についての検 討が現在も継続

ウグウ試料の太陽系物質としての普遍性と特殊性を

中である．

探求する．

以上，初期記載から国際公募研究までの試料分配

3.4

JA X Aキュレーションにおける詳細分析

相模原のキュレーション施設内で行う詳細分析について，第14回キュレーション専門委員会で提案があり，承認されている．

のタイミングについての現時点での案を図２に示す．

4.「はやぶさ2」
チームがおこなうリュウグウ試料初期分析

キュレーションで実施する初期記載は原則として初期分析の役割は，( 1)リュウグウ表面試料がどう

非破壊・非汚染としているため，実施できる測定はいう物質であるかを明らかにし，( 2)「はやぶさ2」計

光学観察，分光観測と秤量測定に限られている．は画が 掲げるサイエンス目標をリターンサンプル 分 析

やぶさ初 号 機 では サンプルカタログ作 成に当たり，から解明することに挑み，(3) その後の国際分析 (国S EM / ED S 測定を行い，試 料の鉱物種データを取際 AO)に対し，リュウグウ試料の科学的ポテンシャ得しているが，「はやぶさ２」試 料には有機物が多くルを示すことである．

含まれていることが想定されており，S EM測定にお「はやぶさ2」計画が掲げてきたサイエンス目標は，

いて電子ビームによる試 料ダメージが懸念されるこ

1) 微惑星から小惑星に至るまでの熱変成とそれにとから，初期記載では実施されないため，一部の試伴う物質進化の紐解き，2) 衝突破壊・合体のプロセ料について，次の目的のためにキュレーションにて早スを含めた小天体物理進化の謎解き，3) 小惑星でい段階で試 料ダメージを許容する詳細分析の実 施の鉱物・水・有機物相互作用による有機物複雑進化が認められている．その目的とは，その時の資料に過程の探索，4) 原始太陽系円盤内での高温物質かよれば，「（１）持ち帰った試料が小惑星リュウグウ起ら揮発 性物質までの物質混合・循環の解明である．

源の試 料なのかどうかを明確にする．
（２）リュウグ

初期分析では，これらの4つの目標の下に，銀河・分

ウ試料がどのタイプの惑星物質と近いかを明らかに

子雲，初期太陽系円盤，微惑星，メインベルト小惑する．
（３）リュウグウ試料に対して，汚染物質がどの星，近地球型小惑星といった進化ステージごとの物程度含まれるかを明らかにする．」の3点である．上

質進化を追うことを目標とする[6, 19]．
「はやぶさ2」

記の目的を達成する為に，原則として地球外物質研がリュウグウで得たk m–m mスケールでの観測情報

究グループの装置を用いて行う予定である．

を，m m–原子スケールの分析情報と結びつけ，観測小惑星リュウグウからのリターンサンプル分析の全体像／安部 他

35

図2：「はやぶさ２」帰還試料の試料分配予定． 試料の分配比率については最終的にはHayabusa2 Sample Allocation Committee(HSAC)で決定される予定である．

データを解釈する物質科学的証拠を提供することもる可能性が高いことを意味する（空隙率が高く脆い

重要な役割として当然含まれる．( 1) , ( 2)で十分な成岩石であれば，大気圏突入時に破壊され，地上に隕果が得られれば，自ずと(3)の役割を果たすことがで石として落ちてこない可能性がある）．リュウグウ試

きるものと考えている．

料とはなにか，まずはこの点を明らかにする．

持ち帰られた試料が（地球起源ではなく）リュウグ
ウ起源であることを鉱物種，組織，同位体などの分

4. 2

太陽系の初期化学条件

析から結論づけた上で，これまでのリュウグウでの太陽系始原物質には，太陽系形成以前に進化末

観測結果 [e .g . , 1– 5] をもとにして，以下のような科期の恒星周囲で形成された微粒子（ 太陽系とは極端学目標に取り組む．

に異なる同位体組成をもち，プレソーラー粒子とよ4.1 リュウグウ試料とはなにか

ばれる）が一部含まれる．始原隕石に比べ，宇宙塵により多くのプレソーラー粒子が 含まれていること

これまでの地上の隕石や惑星間塵コレクションにが知られている．リモートセンシング観測が示すリュ

見られる化学的，岩石鉱物学的多様性の中に，リュウグウは含 水 鉱物起源の OH 振 動が表面全 域に見ウグウ試 料を位置 づけることである．イトカワ粒子

られるものの，その存在度は含水鉱物を含む炭素質に対しても，初 期分析でその 作 業がおこなわれた

コンドライトより少ないものであった [ 3]．その原因[20–22]．着 陸 機 M A S C O Tによるリュウグウ表 面

は加熱による脱 水であったかもしれないし，そもその詳細観察では，コンドライトに見られるようなm m

も含水鉱物形成が進んでいないのかもしれない [2,

サイズのコンドリュール，CA I 様の構造が 確認され3]．リュウグウが加熱による脱 水を経験した天体でた一方で [4]，熱放射計での分析では，数cmサイズ

はなく，鉱物と水の反応が限定的で，彗星的天体での表面岩石の熱伝導度が地上の隕石より小さいことあった場合には，リュウグウ試 料にプレソーラー粒が明らかとなった [ 5]．これはリュウグウ表面岩石が子が高濃度で含まれている可能性がある．分子雲や隕石より空隙率が 高いことを示唆し，リュウグウの初期太陽系円盤外縁部に起源をもつと考えられる重岩石がこれまで人類が手にした地球外物質とは異な

水素や15Nに富んだ有機物についても同様の期待が36

日本惑星科学会誌Vol. 29, No. 1, 2020

あり，超炭素質宇宙塵のように有機物に富む場合にを理解するためには，リュウグウ試料のバルク密度，

は，太陽系初期の低温起源有機物も多く含まれる可強度，熱伝導率，アルベドなどの物性情報は有用で能性がある．

ある．これらの情報をもとに，リュウグウがラブルパ

4.3

イル天体であることの実証や「はやぶさ2」が観測し初期太陽系物質進化た科学データの物質科学的意義付けが可能となる．

コンドライトは，全岩化学組成，鉄の酸化還元状

衝突による衝撃変成や物質混合の証拠がある場合

態，酸素同位体などの違いで化学的に分類される．

には，衝撃の規模の推定や（可能な場合）衝撃脈の

一部の隕石には化学グループの異なる岩片が入って年代 測定などから，小惑星での衝突の歴史，ラブいることが知られているが，小惑星規模で化学的多ルパイル天体形成時期の考察をおこなうことができ様性があるかどうかはわかっていない．
「はやぶさ2」る．

は表面二地点への着陸に成功し，試料回収オペレー

小惑星イトカワ表面粒子の分析で，小惑星は現在ションをおこなった．二地点からの回収試料の化学においても，表面地質活動が続いていることが発見

的・岩石学的・鉱物学的特徴から，小惑星の化学的された [ 11, 23-25]．リュウグウ試料に対しても，宇多様性の有無を明らかにする．

宙風化プロセス（ 太陽風イオンの撃ち込み）の有無やまた，コンドライトには，初期太陽系円盤で高温

宇宙風化年代を決定する．また，宇宙線 生成 核種

ガスの凝縮や，固体物質の高温溶融でつくられた難量からも粒子の表面滞在期間を求め，C 型小惑星で揮発 性包有物（CA I）やコンドリュールが含まれる．

の宇宙風化プロセスを初めて明らかにする．特に二それらの岩石学・鉱物学的観察，元素・同位体分析

回目の着陸では，S C Iインパクトでのイジェクタとしを組み合わせ，形成条件を制約するとともに，放射て，地下物質が採取されている可能性が高い．一回性同位体の壊変系を利用して形成年代を決定する．

目の着陸時の回収試料との岩石学・鉱物学的差異やリュウグウ試料に含まれる初期太陽系円盤物質の形

宇宙線 生成核種量などを調べ，地下物質の同定を成年代は，リュウグウ母天体の形成年代の制約となおこなう．地下物質と表面物質の違いからは，表面る．

地質プロセスの考察が可能となる．例えば，表面か4.4

リュウグウ母天体での熱変成・水質変成26

形成直後のリュウグウ母天体（微惑星）では， A lなどの短 寿命放射性核種の壊変などで天体の加熱が起こりうる．母天体にH 2 O 氷が含まれていた場合には，氷が溶け，岩石と水との反 応で含 水 鉱物がら数十cm以上の深さでは太陽光加熱の影響が少な
いため，太陽光が表面での脱水を引き起こした場合には含水鉱物量に差異が見られるかもしれない．

4.6

海や生命の材料の進化の場としての小惑星形成される．リュウグウ試料の鉱物組み合わせや組

太陽系小天体の水や有機物は，地球の海や生命の成，組織を調べることで，リュウグウ母天体で起き材料物質となった可能性がある．これまで，炭素質コた熱や水による物質変成の有無や程度を解明する．

ンドライト中の水素のD/ H 比が地 球の海のD/ H 比また，放射壊変系を利用して，変成・変質年代を決と似ていることから，炭素質コンドライトが地球に水定する．リュウグウはラブルパイル天体であることかをもたらしたという議論がおこなわれてきた．炭素質

ら [ 1, 2]，表面試料には母天体の様々な深さで形成

コンドライトはC 型小惑星との関連が指摘されてきたされた岩石試料が混在している可能性もある．試料が，リュウグウ試料のD/ H 比から，C 型小惑星が地ごとの変成度などから，母天体での変成プロセス，

球の水の起源となりうるかどうかという議論 が初め

構造や熱史について知見が得られることも期待されて可能となる．また，アミノ酸や糖などの生体関連分る．

子にも注目し，生命材料物質の宇宙における最終進

4.5

リュウグウの形成・進化・現在の地質活動

リュウグウがどのように形成され，進化してきたか化の場としての小惑星の役割を明らかにする．

4.7 分析体制

小惑星リュウグウからのリターンサンプル分析の全体像／安部 他

37「はやぶさ2」サンプラーシステムの特徴により [6 -下浅部から採取された試料を2020 年末，地球に持8]，初期分析で扱う試料を，m mサイズ程度の粗粒

ち帰る．
「はやぶさ2」が見たリュウグウは，典型的な粒子，<100μmサイズ程度の細粒粒子，コンテナ内

隕石試 料とは異なる物質でできている可能 性があで採 取されたガスとする．粗 粒 粒子はサンプルコン

る．C 型小惑星とはなにか，私たちは初めて物質科

テナ内で着地点ごとに分けて，収納されるため，採学から明らかにすることができる．探 査機による観取 地 点固 有の 情 報 や不 均 一 性の議 論 が 可能であ

測データとあわせ，リュウグウおよび太陽系の起源

る．一方で，細粒粒子はサンプルキャッチャ内で混と進化に関する新たな制約をリターンサンプルから合の可能性があり，表面全体の平均的特 徴や表面存分に引き出したい．

での地質プロセスである宇宙風化の評価などに用いる．また，コンテナから回収されるガス成分は，存在すれば，世界で初めての気体 状態のリターンサン

参考文献

プルとなるが，試料中に含まれる揮発性有機物や表[1] Watanabe, S. et al., 2019, Science 364, 268.

面から遊離する太陽風希ガスなどが得られる可能性[2] Sugita, S. et al., 2019, Science 364, 252.

があると考えている．

[3] Kitazato, K., 2019, Science 364, 272.

これらの試料の特徴を考慮して，分析チームには[4] Jaumann, R., 2019, Nat. Astron. 3, 971.

分析 対 象に応じた6つのサブチームを設けている．

[5] Grott, M. et al., 2019, Nat. Astron. 3, 971.

同位体分析・化学分析チーム（バルク元素・同位体分[6] Tachibana, S. et al., 2014, Geochem. J. 48, 571.

析，微小部同位体分析，年代測定），粗粒粒子に対[7] Okazaki, R., 2017, Space Sci. Rev. 208, 107.

する鉱物学・岩石学的研究チーム（非破壊三次元組[8] Sawada, H., 2017, Space Sci. Rev. 208, 81.

織・鉱物分析，鉱物・組織記載，分光特性，粒子物[9] 安部正真，圦本尚義, 2018, 遊星人 27, 92.

理特性），細粒粒子に対する鉱物学的，岩石学的研[10] 藤村彰夫, 2011, 静電気学会誌 35, 255.

究チーム
（微細構造分析，宇宙風化，ならびに他チー[11] Nakamura, E. et al., 2012, PNAS 109, E624.

ムへの試 料準備ハブ），ガス成分分析チーム（ 太陽[12] Nakamura, E. et al., 2003, ISAS Report SP 16,

風希ガス，太陽宇宙線希ガス，銀河宇宙線希ガス，

49.

揮発性有機物，H 2O），不溶性有機物分析チーム（化[13] Potiszil, C. et al. (under review), Astrobiology.

学組成・同位体組成（バルク，局所，官能基），構造），[14] Nakamura, E. et al., 2019, Proc. Japan Acad. Ser.

可溶性有機物分析チーム（ 分子元素組成，同位体組B 95, 165.

成，構造，光学異性体，生体関連分子）の6つのチー[15] 伊藤元雄, 2017, ぶんせき 9, 403.

ムである．それぞれのチームを率いるのは，圦本尚

[16] Ohigashi, T. et al., (in revision), Review of義（北大），中村智樹（東北大），野口高明（九州大），
岡崎隆司（九州大），薮田ひかる（ 広島大），奈良岡浩（九州大）である．各チームには海外からの研究者も参加し，国際チームとして，分析をおこなう．また．

Scientiﬁc Instruments.
[17] Shirai, N. et al., (in revision), Meteoritcs &Planetary Science.
[18] Uesugi, M. et al., (in revision), Review of

分析結果を統合し，リモートセンシング観測と連携

Scientiﬁc Instruments.

したサイエンスを展開するための統合チームも組 織[19] 橘省吾, 2013, 遊星人 22, 261.

し，分析チーム全体として，リュウグウ試 料の詳細

[20] Yurimoto, H. et al., 2011, Science 333, 1116.

記載，「はやぶさ2」サイエンスへの物質科 学からの[21] Nakamura, T. et al., 2011, Science 333, 1113.

貢献をおこなう．

[22] Ebihara, M. et al., 2011, Science 333, 1119.

5. まとめ[23] Noguchi, T. et al., 2011, Science 333, 1121.
[24] Tsuchiyama, A. et al., 2011, Science 333, 1125.
[25] Nagao, K. et al., 2011, Science 333, 1128.

探 査機「はやぶさ2」はリュウグウ表面ならびに地