Study of Martian core structure based on density and sound velocity measurements

基于密度和声速测量的火星核心结构研究

基本信息

批准号：
20H02008
负责人：
寺崎英紀
金额：
$ 11.56万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02008/
关键词：
火星コア鉄合金密度弾性波速度高圧中心核状態方程式

项目摘要

火星は、これまでの火星探査から液体中心核（コア）の存在がほぼ確実視されている。最近、InSight探査機による火星地震データから火星の内部構造が報告された(Stahler et al. 2021)。この最新の内部構造モデルから火星コア組成を制約するには、コア条件での鉄-軽元素系融体の状態方程式決定が不可欠となる。そこで本課題では、ダイヤモンドアンビルセル（DAC）を用いた密度と弾性波速度の複合測定により、コア物質の有力候補であるFe-Ni-S系融体の密度と弾性特性を決定し、火星コア条件においてFe-Ni-S融体の圧縮曲線、状態方程式の決定を目指している。本研究では、レーザー加熱式DACを用い、試料のX線透過率から密度を導出するX線吸収法を用いて密度測定を行った。またGHz域超音波の干渉から伝播時間を測定するGHz超音波パルス干渉法を用いて弾性波速度測定についても実施した。2022年度は、Fe-Ni-S系の端成分であるFe, Ni, FeSおよびFe3S試料固体・液体の密度について、25 GPa, 3000 Kまでの圧力・温度条件で測定し、火星コア上部までの圧力・温度条件での密度測定を達成できた。得られたX線吸収法によるFeSやNi密度の精度評価を行った結果、高温アニール後に試料厚みを確保できれば、X線回折による密度と0.1-1.4%程度の差で、X線吸収法により密度を精度良く決定できることがわかった。弾性波速度測定では、Fe試料のP波速度測定を~32 GPaまで実施しトラベルタイムを計測した。本成果はGHz-DAC音速法においては最高圧力・最短トラベルタイムの記録である。また岡山大学においてもGHz超音波法の測定システムがセットアップされ、弾性波速度測定が可能となった。

根据以往的火星探测，几乎可以肯定火星拥有液态核心。最近，根据洞察号航天器获得的火星地震数据报告了火星的内部结构（Stahler et al. 2021）。为了从最新的内部结构模型中约束火星核心的成分，有必要确定核心条件下铁-轻元素熔体的状态方程。因此，在这个项目中，我们将通过使用金刚石砧室 (DAC) 组合测量密度和弹性波速来确定 Fe-Ni-S 熔体的密度和弹性特性，Fe-Ni-S 熔体是一种有前途的芯材候选材料。目的确定一定条件下Fe-Ni-S熔体的压缩曲线和状态方程。在本研究中，我们使用激光加热 DAC 通过 X 射线吸收法测量密度，该方法根据样品的 X 射线透射率得出密度。我们还使用 GHz 超声波脉冲干涉仪测量了弹性波速度，该干涉仪测量 GHz 范围超声波干扰的传播时间。 2022年，我们将在高达25 GPa和3000 K的压力和温度条件下测量Fe、Ni、FeS和Fe3S（Fe-Ni-S系统的最终成员）的固体和液体样品的密度，以及测量高达 25 GPa 和 3000 K 的固体和液体样品的密度。实现了压力和温度条件下的密度测量。通过评估X射线吸收法获得的FeS和Ni密度的准确性，我们发现，如果高温退火后能够保证样品厚度，则X射线吸收法获得的密度约为0.1与通过X射线衍射测定的密度相差-1.4％，可以高精度地测定。对于弹性波速测量，对高达 ~32 GPa 的 Fe 样品进行纵波速度测量，并测量传播时间。这一结果创下了GHz-DAC声速法中最高压力和最短传播时间的记录。冈山大学还建立了采用GHz超声波法的测量系统，使得测量弹性波速度成为可能。

项目成果

期刊论文数量（39）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Structural study on the Ca2MgAl2Si4O14 composition melt under pressure

Ca2MgAl2Si4O14成分熔体在压力下的结构研究

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
N. Adachi; S. Urakawa; H. Terasaki
通讯作者：
H. Terasaki

Surface structure on diamond foils generated by spatially nonuniform laser irradiation

空间不均匀激光照射产生的金刚石箔表面结构

DOI：
10.1038/s41598-020-66036-3
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
4.6
作者：
Kato Hiroki;Nagatomo Hideo;Nakai Mitsuo;Sakaiya Tatsuhiro;Terasaki Hidenori;Kondo Tadashi;Hironaka Yoichiro;Shimizu Katsuya;Shigemori Keisuke
通讯作者：
Shigemori Keisuke

Fe－FeS系合金における固液共存組織の時間と圧力変化

Fe-FeS合金中固液共存结构的时间和压力变化