ハビタブル天体探査による前生物的分子の起源解明に向けたレーザー同位体分光法の開発

前年度までに製作した装置を用いてレーザー誘起プラズマの分光測定を行った。本装置は将来の惑星着陸探査機に搭載することを目指して、小型軽量設計された(サイズ350 x 300 x 170 mm3、重量6 kg)。本研究では様々な化学組成を持つ岩石あるいはその粉末を用いて、レーザー誘起プラズマを真空中で分光測定した。これらの測定結果をもとに、試料の物理化学状態と水素原子線強度の関係を明らかにした。この結果、水素原子の輝線強度はバルク元素組成による影響が大きいことが分かった。最も強いHα線(656 nm)のみを用いて検量線を引いた場合には測定誤差が大きくなる(±1.9 wt%H2O;水素の等価水分量)ことが示唆された。測定誤差を改良するための手法として、多変量解析手法、マトリックスマッチ法を開発した。多変量解析法は部分最小二乗法を用いて分光スペクトル全体の回帰分析を行い、水素濃度を定量する手法である。マトリックスマッチ法はバルク元素組成が似た試料のみを用いて検量線を引く手法である。これらの手法を用いたところ、測定誤差が±0.9 wt%H2Oまで改善することを示した。更に、試料の物理状態による影響についても予備的な結果も得られた。特に粉末試料の水素輝線強度は、岩石試料よりも1桁大きくなるという現象を発見し、月面での氷を高感度で検出できる可能性が示唆された。本年度の研究から、水素の原子線強度は他の原子と比較して物理化学状態の影響を強く受けることが分かったが、校正手法の改良によって影響を小さく抑え、高精度の分析ができることができることを明らかにした。この結果は、事前情報が少ない惑星表面物質においてもレーザープラズマ分光法によって水素量を正確に測定することができることを示している。これらの成果を複数の学会及び論文にて発表した。

前年度までに製作した装置を用いてレーザー誘起プラズマの分光測定を行った。本装置は将来の惑星着陸探査機に搭載することを目指して、小型軽量設計された(サイズ350 x 300 x 170 mm3、重量6 kg)。本研究では様々な化学組成を持つ岩石あるいはその粉末を用いて、レーザー誘起プラズマを真空中で分光測定した。これらの測定結果をもとに、試料の物理化学状態と水素原子線強度の関係を明らかにした。この結果、水素原子の輝線強度はバルク元素組成による影響が大きいことが分かった。最も強いHα線(656 nm)のみを用いて検量線を引いた場合には測定誤差が大きくなる(±1.9 wt%H2O;水素の等価水分量)ことが示唆された。測定誤差を改良するための手法として、多変量解析手法、マトリックスマッチ法を開発した。多変量解析法は部分最小二乗法を用いて分光スペクトル全体の回帰分析を行い、水素濃度を定量する手法である。マトリックスマッチ法はバルク元素組成が似た試料のみを用いて検量線を引く手法である。これらの手法を用いたところ、測定誤差が±0.9 wt%H2Oまで改善することを示した。更に、試料の物理状態による影響についても予備的な結果も得られた。特に粉末試料の水素輝線強度は、岩石試料よりも1桁大きくなるという現象を発見し、月面での氷を高感度で検出できる可能性が示唆された。本年度の研究から、水素の原子線強度は他の原子と比較して物理化学状態の影響を強く受けることが分かったが、校正手法の改良によって影響を小さく抑え、高精度の分析ができることができることを明らかにした。この結果は、事前情報が少ない惑星表面物質においてもレーザープラズマ分光法によって水素量を正確に測定することができることを示している。これらの成果を複数の学会及び論文にて発表した。