微粒子表面に残る、40億年以上にわたる小惑星イトカワの歴史

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探査機「はやぶさ」が2010年6月に地球に持ち帰った、小惑星イトカワの微粒子の表面模様を分析したところ、微粒子表面に40億年以上昔から現在に至るまでの歴史が刻まれていることが明らかになった。

【2016年6月23日 ISAS

探査機「はやぶさ」は2005年11月に小惑星イトカワの「ミューゼスの海」と呼ばれる領域から微粒子約1000個を採取し、2010年6月に地球へと帰還した。以来、微粒子を用いた様々な分析が行われている。

宇宙航空研究開発機構(JAXA)の松本徹さんたちの研究チームは微粒子の表面に記録された模様を調べ、イトカワの歴史などを探ることを試みた。分析された微粒子の大きさは数十μm(1μmは1000分の1mm)で、その表面の模様はナノメートル(1mmの100万分の1)程度しかないが、研究チームはX線マイクロトモグラフィー(X線CT)や走査型電子顕微鏡を用いて微粒子表面の微細構造を詳細に観察した。

その結果、これまでは1種類しかないと考えられていた表面模様のパターンが、少なくとも4種類あることがわかった。同心円状に発達した明瞭な階段模様のもの、粒子の破断でできた平行な階段状の模様が見られるもの、微粒子同士がこすれて表面が摩耗したもの、太陽風にさらされ宇宙風化が進んだものだ。

ナノメートルスケールで見えたイトカワ微粒子の模様
ナノメートルスケールで見えたイトカワ微粒子の模様(提供:JAXA)

同心円状の模様は、かつてイトカワに高温だった時期があることを示している。イトカワの現在の大きさは長径約500mだが、45億年前にイトカワの母天体が形成された時には直径約20kmであったと考えられている。この母天体の内部が他天体との衝突などによって摂氏800度ほどに加熱され、特徴的な模様が微粒子表面に刻まれた。

その後、およそ13億年前に母天体は大規模な衝突によって破壊され、その破片が集積して現在のイトカワとなった。さらにその後も天体衝突は続き、レゴリスの形成やレゴリス内の粒子の粉砕が起こって、破断面にその歴史が記された。

表面が摩耗したものは、最近100万年程度にレゴリス流動が起こり続けて微粒子がかき混ぜられ作られたと考えられる。そして宇宙風化が進んだものは、1000年間ほど太陽風にさらされて水素やヘリウムの蓄積が続き、「ブリスター(水ぶくれ状)構造」となったものだ。

このように、微粒子の表面を観察することで、小惑星の歴史をたどることが可能であると示された。貴重な微粒子を壊すことなく、数十億年から1000年程度昔まで天体の進化を調べられるというわけだ。「イトカワ微粒子の分析はもちろんですが、今後のサンプルリターンミッションでも私たちの手法は活用できます。ナノメートルスケールの模様を詳しく調べることで、太陽系の進化や惑星の形成について明らかにしたいと思っています」(松本さん)。

イトカワの歴史
イトカワの歴史。クリックで拡大(提供:記者説明会資料より)