トップ| 概要 | 目的 | トピックス | アーカイブ  English

Top

 

 

大気も海もマントルもない小惑星「イトカワ」では、過去に何度も振動によって広範囲で地滑りが 起
こり、その結果、小石の平原「ミューゼスの海」地域が形成された----。東京大学総 合研究 博物
館の宮本英昭准教授、JAXA/ISASの矢野創助手をはじめとする国際研究チームはこのたび、
2005年に「はやぶさ」探査機が試料採取に挑んだときに撮影した接近画像とイトカワの三次元モデ
ル の解析から、重力の小さい小惑星の表面では、土砂が流動化することで、従来の予想よりもは
るかに 活発に変化していることを発見しました。今回の成果は、惑星の原材料である小惑星の生い
立ちの 解明に貢献するだけでなく、「はやぶさ」に続く探査計画の立案や、将来の小惑星の資源利
用可能性の 調査にも役立つと考えられます。詳細は4月19日付の米科学誌「サイエンス」オンライ
ン速報版に掲載 されました。

微小小惑星イトカワの復習


JAXAの工学試験探査機「はやぶさ」が2005年秋に滞在した近地球型小惑星「イトカワ」は、長径
535mほどの大きさしかなく、一見水面に浮かぶ「ラッコ」のような形をした天体です。地球と火星
の軌道の間を行き来するイトカワは、人類が探査機を送った天体の中でずば抜けて小さく、その
表面重力は地球の数十万分の一程度です。「はやぶさ」による平均密度の計測から、全体積の
四割ほどが空っぽであることが判明しました。またその表面は、大きな岩石が密集してでこぼこし
た地域(ラフ地域)と、小石が敷き詰められた滑らかな地域(スムース地域)に二分されています
(図1)。


図1:小惑星イトカワ表面の二分性と重力方向を示した三次元モデル

こうした様子からイトカワは、従来有力視されていた一枚岩ではなく、母天体が衝突破壊されたとき
に生じた無数のがれきが、再びゆるく寄せ集まってできた天体だと考えられるようになりました。
はやぶさ以前は理論上の存在に過ぎなかった「がれきの寄せ集め」天体が確かに実在することを
証明したイトカワは、すでに小惑星科学研究の標準として、世界中の研究者によって参照されるよう
になっています。

●地滑りの証拠を示す地形

さらに今回、そうしたイトカワの表面を高解像度の画像で調べると、地球上の地形に一見そっくりな
様子がたくさん発見されました。
例えばラフ地域では、小さな石はより大きな岩の上に積み重なることなく、常に隙間を埋めるように
詰まっています(図2)。また大小様々な岩石の多くが重力的に安定な姿勢(円盤なら平らな面が
重力と垂直になる)を保っていました。もしイトカワががれきが集積したままの姿を維持しているなら、
こうした地形が偶然に形成されることは極めて稀なはずです。また月や火星はもちろん、イトカワ
より数十倍大きなエロスなどの小惑星にもきれいなおわん型衝突クレーターがたくさん発見されて
いるのに対して、イトカワ上のクレーターは数が少ないばかりか、クレーターの縁はとても不明瞭な
形をしています(図3)。


図2:イトカワ表面のラフ地域における大小様々な岩石の配置


図3:イトカワ表面のラフ地域にできた衝突クレーターの形状

ラフ地域とスムース地域である「ミューゼスの海」の境界線では、多くの岩石の長軸が境界線に倣
っています(図4)。地上の土砂崩れでは、土砂の流れる方向と垂直に転石の長軸が並ぶことが知
られており、イトカワではラフ地域からスムース地域へ流れ込んだように見えます。また「ミューゼ
スの海」に敷き詰められた小石の上では、大きな石は何箇所かに集まって寄り添ったり、大きな岩
の外周に小さい石が並んでいるなど、地上の地滑り跡によく見られる特徴が発見されました(図5)。


図4:イトカワ表面のラフ地域とスムース地域の境界線に見られる土砂崩れ様の地形
(点線が転石の長軸方向、矢印が小石の流動方向)


図5:イトカワ表面のスムース地域「ミューゼスの海」に見られる
小石層に乗った岩の集積(白点線円)と地滑りの方向(黒実線矢印)、
および岩の外周に流れに沿って並んだ小石群(白点線矢印) 


●粉流体としてのイトカワ

では大きな重力、風や流水、内部熱をエネルギーとしたマントル対流などの力で常に変化している
地球上に似た地形を、どうすればイトカワの表面に生み出すことができるのでしょう?今回の研究
では以下に示すように、イトカワ全球を覆っている岩石が、過去に何回も振動したことによって、こう
した地形が形成されたという説を提唱しました。
一般に粒子が集まって振動を受けると流動化する事が知られており、これを「粉流体」と呼びます。
一粒ずつは固体でありながら集合体としては流体のように振舞う「粉流体」の物理は複雑ですが、
食品、薬品、セラミックなどの産業分野では毎日のように取り扱われています。粉体をゆすると、粒
子はサイズに応じて「ふるい」にかけられたように分別されます。例えば、ミックスナッツの箱をゆす
り続けるとナッツがサイズごとに分別される「ブラジルナッツ効果」も、同じ原理です。
  これをイトカワにあてはめると、がれきの寄せ集めである小惑星が振動を受けるたびに、表面全
体がじわじわと動く中、大きな岩に比べて流動化しやすいミリメートルからセンチメートル程度の大
きさの小石が選択的に分別されながら、重力的に安定な場所(流体が最終的に落ち着く位置)であ
る「ミューゼスの海」などのスムース地域に堆積したと考えられます。このことは、イトカワの三次元
モデル上の局所的な傾斜と重力を計算したところ、あらゆる場所で粒子が流動する方向は常にその
場の重力が働く方向と一致することからも証明されました(図6)。


図6:イトカワ表面のラフ地域およびスムース地域の地滑りの流動方向と重力方向の一致

●太陽系天体で初めて見つかった地質現象

「天体全球のスケールで、土砂が粉流体として運動していた証拠」が発見されたのは、太陽系天体
の中でイトカワが初めてです。マントル対流を起こす熱源を持つ地球や、大気や地下水を持つ火星
やタイタンは別として、真空の宇宙に晒された他の天体では、何故イトカワと同じ全球的な流動現象
がこれまで発見されなかったのでしょうか?月やエロスでの地滑りは今のところ、大きなクレーター
の内壁などの局所だけに発見されています。
第一に重要なのは、人類が探査した天体の中でイトカワが最も小さな天体である点です。本研究の
計算では、イトカワほど小さな天体は、月やエロスのように大きな天体ではびくともしないような小さ
なサイズの小天体(いわゆる宇宙塵、隕石など)の衝突でも、比較的簡単に局所的、あるいは全球
的に振動することがわかりました(図7)。さらに、太陽系を巡る小天体はサイズが小さいほどねずみ
算的に数が増えるため、大きなサイズに比べてイトカワへ衝突する頻度も高くなります。こうしてイト
カワは、より大きな天体に比べてはるかに容易に、そして頻度高く振動することができたので、土砂
が効率的に流動化できたのだと考えられます。


図7:小惑星のサイズと粉体流動、粉体対流のしやすさの比較

第二の要点は、今回「はやぶさ」で得られた近接画像は、そうした土砂の流動化の小さな証拠をは
っきり見分けられるほどの、着陸機に迫る高い解像度で撮影できたという点です。ただし「はやぶ
さ」が積んだ航法カメラは、当初これほど接近して小惑星表面を撮る仕様ではありませんでした。
しかし本研究チームは試料採取のための小惑星表面への降下・上昇を千載一遇の機会と考えて、
当初の予定にはなかった観測運用計画を立てて挑みました。その結果、母船からの観測でありな
がら、幸いにも今回の成果を得ることができたのです。
なお、小天体の衝突以外にイトカワを振動させる要因としては、過去に火星や地球など惑星の近く
を通ったときに受けた潮汐力や、イトカワの形成時にラッコの「頭」と「胴」の部分が合体した際の衝
撃なども考えられます。

●微小重力地質学の展望

地球で地滑りや土砂崩れを引き起こす最も重要な要因は「水」の存在ですが、イトカワには「水」も
「氷」も存在しません。 それにもかかわらず、地球の数十万分の一程度しかないイトカワの重力下
において、地球上に似た地滑り地形が形成されていた という今回の発見は、小惑星の表土が従来
の予想よりもはるかに活発に変化していることを意味します。これは「微小重力地質学」 とも呼ぶ
べき、新しい学問の幕開けを予感させる重要な成果です。同時に、地球の地滑りや土砂崩れの仕
組みを解明するための、新たな視点としても役立つでしょう。
また粉流体の物理を理解するには微小重力下での実験が重要ですが、微小重力では流動速度
が遅くなり、落下塔や航空機を使った短い実験時間内での再現は簡単ではありません。ところがイ
トカワは、微小重力下で気が遠くなるほど長い時間をかけて粒流体の振る舞いを記録してきた「究
極の実験室」であり、この観点からの研究も期待されます。
さらに今回の成果は、惑星の原材料である小惑星の生い立ちの解明に貢献するだけでなく、「は
やぶさ」に続く次世代の小惑星サンプルリターン探査計画の立案や、将来の小惑星の資源利用可
能性の調査にも役立つと考えられます。

なお今回の研究成果は、"Regolith Migration and Sorting on Asteroid Itokawa (小惑星イトカワに
おける土砂の流動と分級)" という題名で、米国科学誌「サイエンス」(米国科学振興協会発行)か
ら4月19日にオンライン速報版で出版されました。本誌には 5月頃に出版される予定です。

謝辞
本研究で解析した近接画像は、イトカワ表面の試料採取のための降下・上昇運用のリハーサルお
よび本番において、はやぶさ 運用チーム、特に航法・誘導担当の方々の、献身的なご協力なくして取得することはできませんでした。ここに著者一同、深く感 謝申し上げます。










 

 

 
     
 
【重要】ウェブ上データの利用方針について | お問合わせ