2007年連合大会
2007年5月23日

スターダスト衝突トラックの３次元構造と元素分布：
揮発性成分の推定
土`山明（阪大・理）、中村智樹（九大・理）、岡崎隆秀（阪大・理）、上杉健太朗（SPring8）、中野司（産総研）、赤木剛（九大・理）、飯田洋祐（阪大・理）、城後香里（九大・理）、鈴木芳生（SPring8）

衝撃トラック：skyrocket（ C2126,2,68,0 ）スターダスト計画
81P/Wild 2

スターダスト計画の目的

NASA の彗星塵採取計画
打ち上げ
第１回星間塵採集
第２回星間塵採集
彗星 Wild 2 接近
地球帰還
初期分析
詳細分析（公募）

Feb 07, 1999
Feb-May 2000
Aug-Dec 2002
Jan 02, 2004
Jan 15, 2006
Jan-Jul, 2006
Aug, 2006-

無水惑星間塵(～10 μm)

目的：・ 太陽系の起源物質をさぐる
・ 惑星間塵（IDP）は彗星起源か？
・ 生命の起源物質は？
（地球有機物の起源）・ 星間塵の探査

ダストの採取法
シリカエアロジェルによる捕獲
密度：5-30 mg/cc
1 x 2 x 3(1) cm3 x 132 セル
衝突速度
ΔV ～ 6.1 km/sec
ダスト採取
1000 粒子以上
15 μm 以上のサイズ

NASA HPより

彗星塵

3 cm

keystone1 cm

星間塵
1.1 mm track初期分析による成果のまとめ
・ 衝突トラック形状の多様性
バルブ ：脆くて微細な粒子（ナノサイズ）の集合体が破裂
脆くて微細な粒子（ナノサイズ）の集合体
終端粒子：結晶質の粒子（ミクロンサイズ）
・ 突入した彗星塵粒子
オリジナルな粒子（組織・均質性など）の再構成は困難
バルク化学組成はほぼ太陽系における元素存在度
・ 高温生成鉱物粒子
CAI類似の鉱物粒子など
太陽系の同位体組成⇒ 中心星近傍の高温領域から外縁の低温領域への物質の混合・ シリカエアロジェルとの反応
GEMS*（星間塵候補物質）類似物質の起源？
* 金属鉄・硫化鉄微粒子を含む珪酸塩ガラス
・ 有機物の発見
Nに富む有機物 ⇒ 地球生命との関連？
Ref: Science, Dec 15, 2006

衝突トラックの形状

Hörtz et al. (2006)

バルブ
細長いトラック

強度：小細い粒子

多様な衝突トラック形状 Bowlバルブ：
バルブ
微細粒子（<1μm）の集合体
細長いトラック：
細長いトラック
比較的大きな粒子

強度：大粗い粒子

Hedgehog
Stylus
Ginseng“Cylinder”
Turnip Carrot

放射光を用いた衝突トラックの分析（SPring-8）
・ サンプル：４つのキーストーン(a) C2126,1,67,0 (Namekuji)amekuji(b) C2126,2,68,0 (Skyrocket)
kyrocket(c) C2126,4,47,0 (Gobou)
obou(d) C2017,1,96,0,0 (Ichiro)
Ichiro0.1 mm long, bulbous
2.8 mm long, bifurcated carrot
0.9 mm long, cylinder to carrot
0.6 mm long, cylinder (new track)

・ Projection tomography @BL47XU, SPring-8
３次元構造（0.5 or 0.195 μm/pixel）
・ XRF @BL47XU, SPring-8(a)
元素組成・分布（Feほか12元素：S-Se）

(b)

XRF
(c)

CT

(d)

キーストーンの観察・分析（例、Skyrocket）(1) 光学顕微鏡（OM）観察(2) Ｘ線透視像（radiography）観察
キーストーンの２次元全体像(3) 蛍光Ｘ線分析
領域スキャン：トラック全体をカバー
微細モード：個々の粒子(4) Ｘ線ＣＴ（tomography）
0.195, 0.47 μm/画素
詳細：飯田ら（本セッションポスター）

OM像

tomography(垂直切断: 5 tiles)

XRF
tomography(CT slice)

radiography(7.090 keV: tile image)Sample: C2126,2,68,0衝突トラックの定量的な３次元外形と突入粒子の鉄量

DmLt

Namekuji
Lt (μm)113
Dm (μm)26.9
Vt (μm3)
3660m(Fe)p (pg)0.180
mp (pg)*0.96

Skyrocket
2484
141779000
66.6
360

Gobou
>884
30.4
>15700>>1.26>>6.8

Ichiro
614
29.6
10400
1.29
6.9

* estimated from m(Fe)p by assuming CI composition for impactor particle

衝突トラックと突入粒子の比較
衝突速度一定 ⇒ 運動エネルギー（Ekin）は衝突粒子の質量（mp）のみの関数
仮定：トラック体積（Vt）はEkinに比例 ⇒ Vtはmpに比例 ⇒ Vtはm(Fe)pに比例-17

1.4 10Ichiro-17

1.2 10

1 10-17

Skyrocket-18

8 10-18Gobou

6 10

4 10-18

Namekuji

-18

2 10

000.05

0.1

0.15

0.2

0.25

Dm /Lt

Dm

Dm
Lt

Lt

m(Fe)p/Vt ：衝突トラック形状により変化、 Dm/Lt と逆相関
⇒ ズングリしているほど揮発性成分（有機物、氷？）が多い

彗星塵の３成分モデルと衝突トラック体積の推定
・ 彗星塵の３成分モデル（Greenberg 粒子も参考）
Component
Mass
Matrix (fragile, IDP-like)
m1
Crystalline (coarse grains)m2
Volatile (organics, ice?)m3

Fe content Efficiency to from track
w1
A1
w2
A2
w3(=0)
A3

突入粒子の質量：mp = m1 + m2 + m3
突入粒子の全鉄量： m(Fe)p = w1m1 + w2m2
衝突トラックの体積： Vt = A1m1 + A2m2 + A3m3
（A3>A1>A2）
全鉄量/体積比φ ≡ m(Fe)p/Vt

1.4 10-17
Ichiro1.2 10-17
1 10-17

Skyrocket

8 10-18
6 10-18Gobou

4 10-18

Namekuji

-18

2 10

・ 各衝突トラックの特徴
Namekuji:
Skyrocket:
Gobou:

m2,N = 0（nocrystalline grain）
0m2,S/m1,S ~ 1.56（XRFより）
1.56
m2,G = 0（みかけ上：終端粒子欠落）

00

0.05

0.1

0.15

0.2

Dm /LtφS/φN = 1.73
φ’G/φN = 1.63 < φG/φN0.25

Volatile component がない場合（m3=0）
・ Skyrocket vs. Namekuji: φS/φN = 1.73m1, S

φ S m p,S=
φNm1, S+m1, S ⎞w2 ⎛⎜⎟1−⎜
w1 ⎝ m p , S ⎟⎠m1, S ⎞A2 ⎛⎜⎟+1−⎜m p , S A1 ⎝ m p , S ⎟⎠w1<w2 でないとφS/φN = 1.73を説明できない（一般にはw1 ≥w2）
・ Gobou vs. Namekuji: φ’G/φN = 1.63 （< φG/φN ）φG '=φN1⎞
A ⎛ m p ,G
1 + 2 ⎜⎜− 1⎟⎟
A1 ⎝ m1,G⎠⇒

1: Matrix
2: Crystalline
3: Volatile⎞
A2 ⎛ φ N⎜⎜−1 =− 1⎟⎟
m1,GA1 ⎝ φG ' ⎠m p ,GA2/A1>0, φ’G/φN-1<0 ⇒ mp,G<m1,G : これはありえない⇒

volatile component がないとデータを説明できない（m3>0）Volatile component あり（m3>0）：A2<A1<<A3 の場合・ Skyrocket vs. Namekuji: φS/φN = 1.73⎛w
⎞ m2,S− 1 + ⎜⎜ 2 − 1⎟⎟m 3, SφS⎝ w1⎠ m3, S≈m p, NφN−1m3, N
m p ,S

1: Matrix
2: Crystalline
3: Volatile

w1 ≥w2 のときには、m3,N/mp,N > m3,S/mp,S （∵ φS/φN > 1）
⇒ Namekuji はSkyrocket より volatile component に富む・ Gobou vs. Namekuji: φ’G/φN = 1.63 （< φG/φN ）m p ,G−1
φ G ' m3, G=
φ N m p,N−1
m3, N
常に、m3,N/mp,N > m3,G/mp,G （∵ φ’G/φN > 1）
⇒ Namekuji はGobou より volatile component に富むVolatile component あり（m3>0）： A2=A1=A3 の場合・ Skyrocket vs. Namekuji: φS/φN = 1.73
φS≈
φN1−⎛w⎞ m2, S+ ⎜⎜ 2 − 1⎟⎟m p , S ⎝ w1
⎠ m p ,Sm3, N
1−m p,Nm 3, S

1: Matrix
2: Crystalline
3: Volatile

w1 ≥w2 のときには、m3,N/mp,N > m3,S/mp,S （∵ φS/φN > 1）
⇒ Namekuji はSkyrocket より volatile component に富む・ Gobou vs. Namekuji: φ’G/φN = 1.63 （< φG/φN ）φG '=φN1−1+

m3 , Gm p ,Gm3 , Nm p,N

常に、m3,N/mp,N > m3,G/mp,G （∵ φ’G/φN > 1）
⇒ Namekuji はGobou より volatile component に富む衝突トラックと突入粒子の比較-17

1.4 10Ichiro-17

1.2 10

1 10-17

Skyrocket-18

8 10-18

Gobou

6 10

4 10-18

Namekuji

-18

2 10

000.05

0.1

0.15

0.2

0.25

Dm /LtDm

Dm
Lt
volatile-poor

Ltvolatile-richm(Fe)p/Vt ：衝突トラック形状により変化、 Dm/Lt と逆相関
⇒ ズングリしているほど揮発性成分（有機物、氷？）が多い

まとめ・ 突入粒子の全鉄量とトラック体積の比：m(Fe)p/Vt
多様なトラック形状と相関を示す（4 tracks）
突入粒子に含まれていた揮発性成分（氷？、有機物）の量の指標
ズングリしたトラックほど揮発性成分が多い
・ トラックの定量的な３次元構造と元素組成（突入粒子質量の推定）
トラック形成の物理モデルを構築するためデータ突入した彗星塵を再構成する重要な手がかり
飯田ら（本セッション・ポスター）
・ 今後の課題
形状の異なる多くのトラック
トラック形成の物理モデル
彗星塵の再構成

トラックに沿った元素分布（Fe/CI-normalized）
Skyrocket

70skyrocket
gobou
namekuji

60
50
40
30
20
1000500

1000

1500z (μm)

2000

2500

3CaCrMn
Ni
GeCaCrMn
NiGeCaCrMn
NiGe2
10-1-24
3
2
10-1

skyrocket
lithophile and siderophile

0500

1000

1500

z (μm)

2000

2500

SZn
Cu
Ga
As
Se
S
Zn
Cu
Ga
As
Se
S
Zn
Cu
Ga
As
Se

-2

skyrocket
chalcophile

0500

1000

1500

z (μm)

2000

2500