鉱物・隕石グループ概要
  三河内 岳 (宇宙惑星科学グループ)

近年、南極や砂漠から大量の隕石が発見され、太陽系の物質科学的研究のための材料が飛躍的に増えつつある。また、NASAなどが打ち上げた惑星探査機によって、惑星・衛星などについても膨大なデータが得られつつある。我々の研究グループでは、このような、惑星物質科学の発展にとって千載一遇の時代において、太陽系の形成から現在に至るまでの固体物質の生成・進化及び惑星形成と内部進化の法則性について研究を行っている。具体的には、走査・透過電子顕微鏡・X線回折など種々の微小領域分析手法を用いた隕石、彗星塵や月の石の物質科学的研究を中心として多くの研究プロジェクトを進めている。また、鉱物や隕石の反射スペクトルにより惑星及び小惑星表面物質を研究することや、原始太陽系星雲ガスからの固体微粒子の生成、集積、微惑星形成、加熱、溶融、惑星の形成等の原始太陽系での進化過程を計算機シミュレーションすることも行っている。このように、地球・惑星及び隕石に産する固体物質の構成単位である鉱物に注目して、鉱物の結晶構造、結晶集合組織、物理学的・化学的性質と、さらにそれらの形成と鉱物生成の物理学的・化学的条件の関係に着目している点が大きな研究の特徴である。また、アメリカのNASAジョンソン宇宙センターをはじめとして、海外の多くの研究機関と共同のプロジェクトを行っており、海外研究者との交流も盛んである。

現在の主要研究テーマは、X線、電子線分析装置(X線回折計、電子線マイクロプローブ、走査型・透過型電子顕微鏡)などを用いた地球外物質の鉱物学的研究である。特に、火星起源の隕石の分析は研究の大きな柱の一つとなっている。まだ人類は火星からのサンプルリターンを実現していないが、火星起源隕石は多くの証拠によって火星からやって来たことがほぼ証明されており、現在我々が手にすることのできる唯一の火星試料となっている。我々のグループと共同研究者のこれまでの研究によって、火星隕石についての多くの新しい事実が発見され、火星の火成活動やマグマ組成についての詳細が徐々に明らかになってきた。 最近、大量の隕石が南極やサハラ砂漠などから回収されており、これまでにいくつもの火星隕石がその中に見つかっている。今後も火星隕石の数は着実に増えていくことが期待されるため、さらに火星についての理解を深めるために、将来的にも火星隕石の研究を続けていく予定である。なお、火星隕石自身の分析に合わせて、その組織や鉱物の化学ゾーニングを再現するために結晶化再現実験も平行して行なっている。また、これまでに行なわれて来た火星探査の結果と合わせること、また将来の火星探査に積極的に関わって行くことで、火星表面に分布する岩石・土壌についての知見を深めて行く予定である。

火星隕石の研究と平行して行なっている主要な研究は彗星塵の鉱物学的研究である。2006年にスターダスト探査によって得られたヴィルト2彗星の塵は、1976年のルナ探査によって持ち帰られた月試料以来の人類が直接サンプルリターンした地球外物質である。彗星の塵は、大きさがせいぜい0.05ミリほどしかないために、各種の微小領域分析装置を駆使して、これらの彗星塵の素性を明らかにすることを試みている。これまでの結果から、彗星塵には、高温で結晶化したカンラン石や輝石などが普遍的に含まれることが明らかになって来た。また、水質変成の証拠はほとんど見つかっていないが、我々は、微小な炭酸塩鉱物を発見し、水質変成の可能性を指摘した。

その他の主な研究内容としては、隕石中に見られる特異な鉱物を放射光X線、電子線回折、ラマン分光計を用いて同定することが挙げられる。これらの特異な鉱物の中には、隕石中でのみしか見つかっていないものもあり、隕石が形成した特別な環境についての情報を有していることが期待される。すでに、これまでに我々のグループにより3つの新鉱物を発見している。また、エコンドライト(アングライトなど)の結晶化実験を通して、太陽系形成最初期のマグマ組成、冷却過程についての検証も行なっている。これらの研究は、いずれも、アメリカのNASAジョンソン宇宙センターの研究者らと共同で行なっているものであり、お互いに長期間の滞在をそれぞれの地で行なって研究の推進を図っている。また、これらの研究の他に、アメリカ、ニューメキシコ州・テキサス州での隕石探査も共同研究として含まれている。

Fig. 1 火星での水質変成によって火星隕石中のカンラン石が茶色く風化している。このような風化物は地球上では見つかっているが、地球外ではほとんど見られないものである。火星が地球とよく似た環境を持つという一側面を表すものである。
Fig. 2 火星隕石はすべての側面で地球とよく似た特徴を持っているわけではなく、酸化的な環境でできたことを示す証拠と同時に、月の石とよく似た特徴をも合わせ持っている。アポロ探査によって持ち帰られた月の石には、月の溶岩が表面に流れ出て急冷されたものが多く見つかっているが、火星隕石の中には、このような岩石と見た目や鉱物組成が瓜二つのものがある。これは、玄武岩質のマグマが、月や火星の表面に流出した際に、似たような冷却過程をたどることを示している。
Fig. 3 スターダスト探査によって採集されたヴィルト2彗星塵の透過型電子顕微鏡写真。捕獲時の高温のために、元々結晶質のカンラン石や輝石で構成されたものが溶融し、発泡している。黒い粒状の物質は鉄ニッケル金属や鉄硫化物である。塵の周りは、シリカエアロジェルという特殊な極低密度物質で囲まれている。