【研究成果】リュウグウ粒子は地球帰還後わずか数週間で顕著な変質が生じる ―宇宙から持ち帰った試料が地球環境で急速に変化することを解明―

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【研究成果】リュウグウ粒子は地球帰還後わずか数週間で顕著な変質が生じる ―宇宙から持ち帰った試料が地球環境で急速に変化することを解明―

【研究成果】リュウグウ粒子は地球帰還後わずか数週間で顕著な変質が生じる ―宇宙から持ち帰った試料が地球環境で急速に変化することを解明―

本研究成果のポイント

小惑星リュウグウ^※1から地球に持ち帰られた粒子(リュウグウ粒子)は、地球上で数週间のうちに変质が始まり、数か月のうちに周囲へ広がることを明らかにしました。
リュウグウ粒子に広く含まれる磁硫鉄鉱^※2(辫测谤谤丑辞迟颈迟别)という鉱物が最初に酸化し、その反応が周囲の鉱物や有机物の変质を连锁的に引き起こすことを示しました。
宇宙から持ち帰った贵重な试料の保存には、低温?低酸素?低湿度を组み合わせた厳密な环境が重要であることを、実験データから示しました。

概要

　広島大学大学院先进理工系科学研究科の宮原正明准教授を中心とする、京都大学、海洋研究開発機構高知コア研究所、分子科学研究所、大阪公立大学、国立極地研究所の共同研究グループは、探査機「はやぶさ2」が小惑星リュウグウから持ち帰った粒子について、大気曝露実験と電子顕微鏡?放射光X線分光分析を行い、地球帰還後、数週間のうちに変質が始まり、数か月のうちに周囲の鉱物や有機物へ影響が広がることを明らかにしました。
　本研究では、リュウグウ粒子中の磁硫鉄鉱が最初に酸化し、鉄?酸素に富むアモルファス^※3変质层を形成するとともに、その反応が周囲のフィロケイ酸塩^※4や有机物の変质を引き起こすことを示しました。さらに、磁硫鉄鉱の初期変质速度を约0.1苍尘/日と见积もり、室温付近?低湿度条件でも変质が进み得ることを示す定量的な指标を提示しました。
　本成果は、リュウグウやベンヌ^※5などの小惑星试料だけでなく、将来の火星の卫星フォボス^※6や火星からの帰還試料の保存戦略にも重要な示唆を与えるものです。本研究成果は、国際学術誌「Nature Communications」に5月29日に掲載されました。

论文情报

雑誌名：Nature Communications
論文タイトル：Pyrrhotite-driven early-stage terrestrial alteration in Ryugu grains
著者：Masaaki Miyahara, Takaaki Noguchi, Toru Matsumoto, Naotaka Tomioka, Tohru Araki, Akira Miyake, Yohei Igami, Yusuke Seto, Akira Yamaguchi
顿翱滨：丑迟迟辫蝉://诲辞颈.辞谤驳/10.1038/蝉41467-026-73875-7

背景

　小惑星や月、火星などから持ち帰られる试料は、太阳系初期の物质の进化や、水?挥発性成分?有机物の起源を直接调べることができる极めて贵重な物质です。とくに炭素质小惑星リュウグウの试料には、含水鉱物や有机物が含まれており、初期太阳系における水质変成や有机化学进化を知る键になると考えられています。
　一方で、このような试料は水や酸素が豊富に存在する地球环境に対して非常に敏感であり、帰还后の保管?输送?分析の过程で変质する可能性があります。しかし、どの鉱物が最初に変质し、その影响が周囲へどのように広がるのか、またその速度がどの程度なのかについては、これまで明らかではありませんでした。

研究成果の内容

　研究グループは、リュウグウ粒子を载せた试料プレートを用い、温度20～23℃、相対湿度30～40％の条件で大気曝露実験を行いました。试料を数週间から数か月にわたり追跡し、走査电子顕微镜^※7、透过电子顕微镜^※8、放射光齿线吸収分光法^※9を用いて、表面および内部の変化を详细に调べました。その结果、次のことが分かりました。

1．数週间で磁硫鉄鉱の表面変质が始まる
　リュウグウ粒子中の磁硫鉄鉱は、地球大気にさらされると表面から酸化し、鉄?酸素に富むアモルファスな変质层を形成しました(図1)。

2．数か月のうちに周囲の鉱物や有机物にも変质が広がる
　今回の时间スケールでは、まず磁硫鉄鉱が先に酸化し、それに伴って酸性?酸化的な环境が局所的に生じました。その结果、周囲のフィロケイ酸塩が部分的にアモルファス化し、有机物にもナノスケールのバブルや炭素?酸素に富む沉殿层が形成されました。つまり、磁硫鉄鉱の酸化が起点となって、周囲の物质の连锁的な変质が进んでいました。

3．初期変质速度を定量化した
　磁硫鉄鉱の変质层の厚さから、初期段阶の変质速度を约0.1苍尘/日と见积もりました。これは、地球帰还后の比较的短い时间スケールでも、重要な鉱物学的?化学的情报が失われ得ることを示しています。

4．现在の标準的な保管条件でも変质し得る
　乾燥空気中や窒素雰囲気下、室温付近での保管といった、一般的なキュレーション^※10条件下でも、変质が进行し得ることが示されました。これらの结果は、帰还试料の保管において、単に不活性ガスを使うだけでなく、低温?低酸素?低湿度を一体として管理する必要があることを示しています。とくに、室温付近ではナノメートルスケールの変质が日単位で进み得るため、试料の保管や分析はできる限り低温?低酸素?低湿度で行う必要があります。

今后の展开

　今后は、より多くのリュウグウ粒子を対象に同様の解析を进め、鉱物の种类や粒子の细かなつくりの违いによって、変质の进み方がどのように変わるのかを明らかにしていきます。さらに、本研究で得られた知见を生かし、今后予定されているベンヌ、フォボス、火星などからの帰还试料について、より适切な保管?输送?分析方法の确立に役立てたいと考えています。
　また、地球外物质が地球环境の中で変质してしまうことは、陨石研究においても长年の大きな课题でした。たとえば、リュウグウ试料と比较される炭素质コンドライト陨石は、南极探査によって回収され、キュレーション施设で保管されています。しかし、これらの陨石にも磁硫鉄鉱が含まれており、その酸化によって変质が进み、岩石表面に白色の风化生成物が生じることがあります(図2)。本研究は、施设で保管されている试料であっても、条件によっては変质を完全には防げない可能性があることを示しています。地球外试料が本来もっていた重要な科学情报を守るためには、今后さらに厳密な保管条件を検讨していく必要があります。

参考资料

図1．大気曝露前后の磁硫鉄鉱の电子顕微镜写真．赤い矢印は、磁硫鉄鉱の酸化によってできた鉄と酸素に富む変质物を示す。

図2．磁硫鉄鉱を含む炭素质コンドライト陨石の表面に、地球风化によって白色の生成物が生じている様子(国立极地研究所提供)

用语解説

※1 リュウグウ：JAXAの探査機「はやぶさ2」が探査し、2020年に試料を地球へ持ち帰った炭素質小惑星。直径約900 mの「がれきの山(ラブルパイル)」型天体と考えられている。
※2 磁硫鉄鉱(pyrrhotite)：鉄と硫黄からなる硫化鉱物。水との反応性が高く、地球大気中で酸化しやすい。
※3 アモルファス物質：原子の配列に規則性がない物質。
※4 フィロケイ酸塩：層状の結晶構造をもつケイ酸塩鉱物。小惑星や隕石での水の働きを調べる手がかりになる。
※5 ベンヌ：NASAの探査機 OSIRIS-REx が試料を持ち帰った炭素質小惑星。水を含む鉱物や有機物を含み、初期太陽系の物質進化を調べるうえで重要な天体。
※6 フォボス：火星のまわりを回っている小さな衛星のひとつ。火星には「フォボス」と「ダイモス」という2つの衛星が存在する。
※7 走査電子顕微鏡(SEM)：試料表面に電子線を当てて、表面の形や凹凸、組成の違いを観察する装置。試料の表面構造を比較的広い範囲で調べるのに適している。
※8 透過電子顕微鏡(TEM)：ごく薄くした試料に電子線を通して、内部の微細構造や結晶の状態を観察する装置。SEMよりも高い分解能で、ナノメートルスケールの内部構造を調べることができる。
※9 放射光X線吸収分光法：元素の酸化状態や化学結合状態を調べることができる手法。
※10 キュレーション：試料を汚染や変質から守りながら保管?管理し、研究者に提供するための作業全般。

その他

　本研究は、「リュウグウ粒子における初期段階の地上風化過程」(第2回リュウグウ試料AO公募課題、代表：宮原正明)の承認のもとで実施されました。本研究の一部は、分子科学研究所UVSOR放射光施設のBL4Uにおける課題IMS program 24IMS6819として実施されました。また、本研究の一部は、文部科学省科学研究費補助金(課題番号：18H01269)による支援を受けています。