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

基于密度和声速测量的火星核心结构研究

• 批准号: 20H02008
• 负责人: 寺崎 英紀
• 金额: $ 11.56万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02008/
• 关键词: 火星; コア; 鉄合金; 密度; 弾性波速度; 高圧; 中心核; 状態方程式

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。

The existence of a liquid-centered nucleus (LCN) in Mars is confirmed by the observation of Mars. Recently, the InSight mission has reported on the internal structure of Mars (Stahler et al. 2021). The latest internal structure of Mars is controlled by the equation of state of the iron-iron element system. This subject is concerned with the determination of density and property characteristics of Fe-Ni-S melts by complex measurement of density and property wave velocity of Fe-Ni-S melts, determination of pressure contraction curve and equation of state of Fe-Ni-S melts under Martian conditions, etc. In this study, the X-ray transmittance and density of the sample were derived by using the X-ray absorption method. Measurement of propagation time of GHz ultrasonic wave by ultrasonic wave propagation method In 2022, the end composition of Fe-Ni-S system was determined by Fe, Ni, FeS and Fe3S sample solid·liquid density, 25 GPa, 3000 K, pressure·temperature conditions, and the upper pressure·temperature conditions of Mars were determined. The accuracy of FeS and Ni density evaluation by X-ray absorption method is determined by the difference between 0.1-1.4% in density and 0.1-1.4% in density after high temperature failure. Measurement of P wave velocity of Fe sample ~32 GPa The results show that GHz-DAC sonic method is the highest pressure and shortest time. Okayama University: GHz ultrasonic measurement is possible.

项目成果

Structural study on the Ca2MgAl2Si4O14 composition melt under pressure

Ca2MgAl2Si4O14成分熔体在压力下的结构研究

• 发表时间: 2021
• 作者: N. Adachi;S. Urakawa;H. Terasaki
• 通讯作者: H. Terasaki

Surface structure on diamond foils generated by spatially nonuniform laser irradiation

空间不均匀激光照射产生的金刚石箔表面结构

• DOI: 10.1038/s41598-020-66036-3
• 发表时间: 2020
• 期刊: Scientific Reports
• 影响因子: 4.6
• 作者: Kato Hiroki;Nagatomo Hideo;Nakai Mitsuo;Sakaiya Tatsuhiro;Terasaki Hidenori;Kondo Tadashi;Hironaka Yoichiro;Shimizu Katsuya;Shigemori Keisuke
• 通讯作者: Shigemori Keisuke

Elasticity of single-crystal NaCl under high-pressure: simultaneous measurement of x-ray inelastic scattering and diffraction

• DOI: 10.1080/08957959.2020.1806260
• 发表时间: 2020-08-14
• 期刊: HIGH PRESSURE RESEARCH
• 影响因子: 2
• 作者: Fukui, Hiroshi;Yoneda, Akira;Baron, Alfred Q. R.
• 通讯作者: Baron, Alfred Q. R.

Precise determination of the effect of temperature on the density of solid and liquid iron, nickel, and tin

精确测定温度对固态和液态铁、镍和锡密度的影响

• DOI: 10.2138/am-2021-7509
• 发表时间: 2021
• 期刊: American Mineralogist
• 影响因子: 3.1
• 作者: Kamiya Asaka;Terasaki Hidenori;Kondo Tadashi
• 通讯作者: Kondo Tadashi

Macroscopic Elasticity of Porous Object: Systematic Analysis Based on Finite Element Analysis and Its Application

多孔物体宏观弹性：基于有限元分析的系统分析及其应用

• DOI: 10.4294/zisin.2020-11
• 发表时间: 2021
• 期刊: Zisin (Journal of the Seismological Society of Japan. 2nd ser.)
• 作者: Yokoyama Yusuke;Tims Stephen;Froehlich Michaela;Hirabayashi Shoko;Aze Takahiro;Fifield L. Keith;Koll Dominik;Miyairi Yosuke;Pavetich Stefan;Kuwae Michinobu;YONEDA Akira
• 通讯作者: YONEDA Akira