彗星氷の重水素/水素比およびオルソ/パラ比から探る太陽系形成初期の温度環境

从彗星冰的氘/氢比和正/对比探讨太阳系形成初期的温度环境

基本信息

批准号：
17740119
负责人：
河北秀世
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Kyoto Sangyo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

彗星に含まれる揮発性の氷物質は、太陽系が分子雲から原始太陽形星雲を経て誕生するまでの物質の化学進化の名残である。彗星は、太陽系形成時期(約46億年前)からほとんど変性を受けることなく太陽系外縁部に存在してきた為、現在、彗星氷が昇華して形成されるコマ(大気)の組成比から、46億年前に存在した氷物質の組成を知ることができる。本研究では彗星氷に含まれる重水素体の観測から、特定分子における重水素/水素比(D/H比)を決定し、太陽系外縁部に存在した氷物質の形成過程を明らかにすることを目的とした。本研究では特にメタン分子のD/H比に着目した。メタン(CH_4)の振動励起輝線は近赤外線の3ミクロン付近にある。重水素化メタン(CH_3D)の輝線もほぼ同様の波長にあることが分かっているので、それらの観測を通じて、メタンにおけるD/H比が決定できる。本研究ではマックホルツ彗星(C/2004 Q2)の観測を行い、CH_3Dと考えられる輝線の検出に成功した。しかし、検出は最も強いと予想される1本の輝線だけであり、十分な確証は得られていない。しかし、この輝線がCH_3Dであるとすると、メタン分子のD/H比は0.007と得られており、温度30K以上の気相化学反応の結果であることが示唆される。これはH_2OやHCNのD/H比とも整合的である。本研究では彗星氷中の分子における原子核スピン異性体の存在比についても研究した。原子核スピン異性体存在比は分子形成環境の温度に依存すると考えられる。本研究では水およびアンモニアならびにメタンの原子核スピン異性体存在比を一つの彗星で同時に測定することに成功し、それらが全て約30Kの温度を示すことを明らかにした。この結果は、これら分子の原子核スピン異性体比が熱平衡状態で決定されており、温度の良い指標になることを示唆している。

彗星中含有的挥发性冰物质是太阳系形成过程中物质化学演化的残余物，从分子云到原太阳星云。自太阳系形成（约46亿年前）以来，彗星就存在于太阳系外层，没有经历太大的退化，目前彗星冰升华形成的彗发（大气层）的成分比估计为46。可以了解一亿年前存在的冰物质的成分。在这项研究中，我们将通过观测彗星冰中含有的氘体来确定特定分子中的氘/氢比（D/H比），并阐明太阳系外层存在的冰物质的形成过程。在这项研究中，我们特别关注甲烷分子的 D/H 比。甲烷(CH_4)的振动激发发射线位于3微米左右的近红外区域。由于已知氘代甲烷（CH_3D）的发射线几乎处于相同的波长，因此可以通过这些观测确定甲烷中的D/H比。在这项研究中，我们观测了马赫霍兹彗星 (C/2004 Q2)，并成功探测到了一条被认为是 CH_3D 的发射线。然而，仅检测到了一条预计最强的发射线，尚未获得充分的确认。然而，如果该发射线是CH_3D，则得到甲烷分子的D/H比为0.007，这表明它是在30K或更高温度下气相化学反应的结果。这与H_2O和HCN的D/H比一致。在这项研究中，我们还研究了彗星冰中分子中核自旋异构体的丰度比。核自旋异构体的丰度比被认为取决于分子形成环境的温度。在这项研究中，我们成功地同时测量了一颗彗星中水、氨和甲烷的核自旋异构体的丰度比，发现它们的温度都在30 K左右。这一结果表明这些分子的核自旋异构体比率是在热平衡时确定的，并且是温度的良好指标。