[P-PS01] Outer Solar System Exploration Today, and Tomorrow

[PPS01-P04] 硫酸塩へのプラズマ照射実験によるエウロパ表層物質の起源解明

*大槻 美沙子¹、木村 智樹¹、北野 智大¹、星野 亮¹、仲内 悠祐²、土屋 史紀³ (1.東京理科大学、2.宇宙航空研究開発機構、3.東北大学大学院理学研究科惑星プラズマ・大気研究センター)

キーワード：エウロパ、放射線化学、表面組成

木星の氷衛星エウロパは氷地殻の下に内部海を持つとされる。内部海の化学組成の理解はハビタビリティ解明の上で最重要の課題である。エウロパ表層物質を構成する元素の1つに硫黄が挙げられる。硫黄はエウロパの内部海起源の硫酸塩として供給される説 [Kargel et al., 2000]と、イオの火山ガス起源の二酸化硫黄として供給される説 [Alvarellos et al., 2008]の２つが提案されている。またイオ起源の酸素や硫黄の高エネルギープラズマの照射により表層物質は化学組成の変化を繰り返し、硫黄を含んだ特定の物質間を循環するサイクルを形成すると示唆されている [Carlson et al., 2002] 。このサイクルにより硫黄は常に化学変化を繰り返しており、起源の解明を阻んでいる。そこで本研究ではエウロパ表層の候補物質である硫酸マグネシウムへの酸素イオン照射実験によってエウロパ表層での化学サイクルを実験室で再現し、表層の硫黄の起源解明に取り組んだ。実験の結果3.6×10¹⁸/cm²、9.6×10¹⁶/cm²の照射フルエンスに対し、硫酸マグネシウムから新たに0.75 wt%、0.27 wt% のS8等の硫黄同素体が生成されることが判明した。このことから硫酸マグネシウムが硫黄同素体に分解されるまでにかかる時間を見積った結果、2.4×10⁷年程度ですべて分解されることが示唆された。今後はイオンと電子の同時照射に加え氷や硫酸等のサンプルへの照射を行い、硫酸マグネシウム以外の硫黄化合物の生成を含むより現実的な化学サイクルを再現し、硫黄の起源の切り分けに取り組んでいく。

・Alvarellos, José Luis, Kevin J. Zahnle, Anthony R. Dobrovolskis, and Patrick Hamill. 2008. “Transfer of Mass from Io to Europa and beyond due to Cometary Impacts.” Icarus 194 (2): 636–46.
・Carlson, R. W., M. S. Anderson, R. E. Johnson, M. B. Schulman, and A. H. Yavrouian. 2002. “Sulfuric Acid Production on Europa: The Radiolysis of Sulfur in Water Ice.” Icarus 157 (2): 456–63.
・Kargel, Jeffrey S., Jonathan Z. Kaye, James W. Head, Giles M. Marion, Roger Sassen, James K. Crowley, Olga Prieto Ballesteros, Steven A. Grant, and David L. Hogenboom. 2000. “Europa's Crust and Ocean: Origin, Composition, and the Prospects for Life.” Icarus 148 (1): 226–65.