Study of Martian core structure based on density and sound velocity measurements

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火星は、これまでの火星探査から液体中心核（コア）の存在がほぼ確実視されている。最近、InSight探査機による火星地震データから火星の内部構造が報告された(Stahler et al. 2021)。この最新の内部構造モデルから火星コア組成を制約するには、コア条件での鉄-軽元素系融体の状態方程式決定が不可欠となる。そこで本課題では、ダイヤモンドアンビルセル（DAC）を用いた密度と弾性波速度の複合測定により、コア物質の有力候補であるFe-Ni-S系融体の密度と弾性特性を決定し、火星コア条件においてFe-Ni-S融体の圧縮曲線、状態方程式の決定を目指している。本研究では、レーザー加熱式DACを用い、試料のX線透過率から密度を導出するX線吸収法を用いて密度測定を行った。またGHz域超音波の干渉から伝播時間を測定するGHz超音波パルス干渉法を用いて弾性波速度測定についても実施した。2022年度は、Fe-Ni-S系の端成分であるFe, Ni, FeSおよびFe3S試料固体・液体の密度について、25 GPa, 3000 Kまでの圧力・温度条件で測定し、火星コア上部までの圧力・温度条件での密度測定を達成できた。得られたX線吸収法によるFeSやNi密度の精度評価を行った結果、高温アニール後に試料厚みを確保できれば、X線回折による密度と0.1-1.4%程度の差で、X線吸収法により密度を精度良く決定できることがわかった。弾性波速度測定では、Fe試料のP波速度測定を~32 GPaまで実施しトラベルタイムを計測した。本成果はGHz-DAC音速法においては最高圧力・最短トラベルタイムの記録である。また岡山大学においてもGHz超音波法の測定システムがセットアップされ、弾性波速度測定が可能となった。