宇宙ダスト生成解明に向けた核生成理論モデルの構築

建立成核理论模型来阐明宇宙尘埃的形成

基本信息

批准号：
18K03689
负责人：
田中今日子
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は地球・宇宙環境における固体微粒子（ダスト）の生成と進化に関する総合的な描像の構築を目指し、気相からの核生成や凝縮過程を理論モデルや分子シミュレーションを用いて調べている。令和4年度は以下の研究を行った。１．地球の中間圏における雲（夜光雲）の生成過程についての理論的研究を行い、その研究成果が国際雑誌に掲載された。また、地球の夜光雲の生成過程で用いた凝縮・結晶化の理論モデルを、火星大気の中間圏で観測されている雲の形成過程に応用した。核生成の計算を行う際、分子動力学計算や実験の核生成率を再現する高精度の半現象論モデルを用いた。火星大気で起こりうる温度（圧力）、冷却速度をパラメータとして、均質核生成および不均質核生成の凝縮計算を行った。２．実験装置を観測ロケットに搭載して、ガス中の対流の影響が無視できる微小重力下で宇宙ダストの核生成実験が行われた。この観測ロケットにより、シリケート粒子と炭素質粒子の２つの実験が行われ、この実験結果と理論モデルの比較検討を行った。ガス中の温度や濃度の分布が時間変化して微粒子が形成される様子を、光学的な方法によりリアルタイムで観察することにより、核生成時の温度や圧力が測定されており、この実験結果を理論モデルと比較検討した結果、表面張力と付着力を定量的に求めることができた。その結果、付着力は非常に小さく、ダスト生成の効率が低いことが示された。実験では隕石中のプレソーラー粒子に見られる中心に炭化チタンのナノ結晶を持った炭素質の粒子の生成を再現できており、その生成過程についての推定を行った。今回の研究成果は、宇宙ダストの特徴を理論的に説明する方法の確立につながる。

本研究旨在构建地球和太空环境中固体颗粒（灰尘）的生成和演化的全面图景，并利用理论模型和分子模拟研究气相的成核和凝结过程。 2020财年，我们进行了以下研究。 1.我们对地球中间层云（夜光云）的形成过程进行了理论研究，研究成果发表在国际期刊上。此外，将地球上夜光云形成过程中使用的凝结和结晶理论模型应用于在火星大气中层观测到的云的形成过程。在计算成核时，我们使用了高精度的半唯象模型，该模型再现了分子动力学计算和实验的成核率。我们使用火星大气中可能发生的温度（压力）和冷却速率作为参数，对均质和异质成核进行了凝结计算。 2.该实验装置安装在探空火箭上，在微重力下进行空间尘埃成核实验，其中气体对流的影响可以忽略不计。使用该探空火箭，使用硅酸盐颗粒和碳质颗粒进行了两次实验，并将这些实验的结果与理论模型进行了比较。通过使用光学方法实时观察气体中的温度和浓度分布如何随时间变化而形成细颗粒，从而测量成核时的温度和压力。通过与理论模型进行比较，我们能够得出结果。定量测定表面张力和附着力。结果表明，粘附力很小，产尘效率低。在实验中，我们能够重现中心有碳化钛纳米晶体的碳质颗粒的形成，这种碳质颗粒在陨石中的前太阳颗粒中可见，并且我们对形成过程做出了推断。这项研究的结果将导致建立一种从理论上解释宇宙尘埃特征的方法。