小惑星や隕石に含まれる「棒状カンラン石」の形成過程を、数値計算で初再現

名古屋市立大学、東北大学、立命館大学、北海道大学の4者は、小惑星や彗星、隕石などの地球外物質に含まれるミリメートルサイズの球状粒子「コンドリュール」が溶融状態から急冷凝固する過程を数値シミュレーションし、特異な形状の鉱物「棒状カンラン石」の結晶成長過程を初めて理論的に再現したと5月26日に共同発表した。

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  (a)コンドリュールに含まれる棒状カンラン石。白い部分がカンラン石の結晶。(b)棒状カンラン石の模式図。コンドリュール周囲を取り巻くリムと、内部にほぼ平行に並ぶ多数のバーで特徴付けられる。リムとバーは別々の結晶ではなく、単一の結晶だ。(c)数値シミュレーションによって再現された、棒状カンラン石に類似した結晶成長パターン(模様)
  (出所:共同ニュースリリースPDF)

同成果は、名市大大学院 理学研究科の三浦均准教授、東北大大学院 理学研究科 地学専攻の中村智樹教授、同・森田朋代大学院生、同・渡邉華奈大学院生、立命館大学 総合科学技術研究機構の𡈽山明教授(中国科学院兼務)、北大 低温科学研究所の木村勇気教授、宇宙航空研究開発機構(JAXA)の小山千尋研究開発員らの共同研究チームによるもの。詳細は、米国科学振興協会が刊行する学術誌「Science」の姉妹誌「Science Advances」に掲載された。

コンドリュールは約46億年前の初期太陽系において、加熱溶融後に急冷凝固することで形成された球状粒子だ。その中には、地球上の岩石には見られない特異な形状の棒状カンラン石が含まれている。

カンラン石自体は、地球上の岩石にも普遍的に含まれる代表的な鉱物で、形成環境を反映した多様な形状を示す。棒状カンラン石の特異な形は、初期太陽系の環境を推測するための重要な手がかりであり、その形成条件を調べるため、多くのコンドリュール再現実験が行われてきた。しかし、棒状カンラン石の形成過程を理論的に再現する試みは、これまでほとんど行われていなかった。

そこで研究チームは、急冷する溶融コンドリュール内部でカンラン石の結晶成長過程を、物質の相変化を連続的な場の変数で表現する「フェーズフィールドモデル」に基づき数値シミュレーションを実施。棒状カンラン石を再現し、その形成メカニズムや形成条件の理論的な解明を試みることにした。