太陽系には、太陽、惑星、小惑星、衛星、彗星、太陽系外縁天体など多くの天体があります。 最近、太陽系の外にも惑星が数多く見つかり、系外惑星と呼ばれています。太陽系のような、 恒星と惑星などからなる惑星系は、宇宙に普遍的に存在すると考えられます。本研究分野では 惑星系がどのように形成されて、進化していくのかを明らかにすることを目標に、研究を進めています。
(注:「進化」とは、生物の進化と同様に時間とともに姿を変えていくことを表す用語です。)
惑星系がどのようにして生まれたのかを解明するためには、いろんな研究手段を用いる必要があります。 本研究室では、物理学やコンピューターを用いた理論的研究、隕石や宇宙塵(ウチュウジン:宇宙から 降ってくる微小な塵)の詳細な観察と分析による実験的研究など、さまざまな方法で研究を進めていま す。これらの方法で研究している教員や学生が互いに議論しあって、どのようにして惑星系が形成され進化するのかを明らかにしようとしています。
太陽のような恒星や、そのまわりを公転する惑星などの母体は、希薄なガスと塵からなる分子雲です。 分子雲の中で密度が高い部分は分子雲コアと呼ばれています。分子雲コアが重力によって収縮すると、 中心に太陽のような星と、そのまわりを公転する原始惑星系円盤が形成されます。
本研究分野では、分子雲コアから原始惑星系円盤を経て惑星が生まれる過程を理論モデルや太陽系物質の詳細 な分析などで明らかにすることを目指しています。われわれ惑星系形成進化学の研究室では理論モデルから惑星系の形成を解明しようとする 理論系と太陽系物質の詳細な分析から解明しようとする分析系・実験系の3つに分かれ、それぞれのアプローチから惑星系の進化の過程を探求しています。
モデルを作成しただけでは、それが正しいのかどうかの証拠がありません。 太陽系の初期のできごとの証拠は、地球のような大きな天体には、ほとんど残されていません。 地球は岩石が高温で融けて、重いものが沈み、軽いものが浮かぶということを繰り返してきました 。岩石が融けるとそれまでの情報の大部分が失われてしまいます。 そこで、当研究分野では、小惑星からやってきた隕石や、彗星がまき散らした塵などを精密に分析して、 太陽系初期の情報を探っています。
太陽系物質の起源と進化過程の解明をめざして、地球外物質の元素・同位体分析を行っています。これまでにコンドライト隕石や火星隕石、宇宙塵(直径ミリメートル以下の微粒子)、はやぶさ探査機が持ち帰った微粒子など、様々な物質の分析を行っています。地球などの惑星や小惑星、彗星などを構成している固体物質はそれらが形成した環境や材料物質、その後に経験した出来事を反映した様々な特徴をもっています。それらの特徴をできるだけ多く取得するために、顕微鏡による観察、機器を用いた元素組成分析や同位体質量分析など多岐にわたる分析を行っています。特に「希ガス」専用の高感度質量分析計を用いた地球外物質の分析を主に行っている世界的にも数少ない研究室のひとつです。希ガス同位体からは、物質の起源(太陽系以外の星で出来た粒子なども識別できる)や進化過程(粒子が形成された時期、経験した加熱温度など)を知ることができます。
当研究室の希ガス質量分析計では隕石や宇宙塵などに含まれる原子数1万個程度の希ガス同位体を検出することができ、はやぶさ試料のような微小試料の分析も可能です。さらに、レーザーを用いた局所ガス抽出および、「レーザー共鳴イオン化+飛行時間型質量分析計」を取り入れた新しい質量分析装置の開発が行っています(右図)。