宇宙塵

は、宇宙に由来する固体微粒子（塵）を指して用いられる語である。

天文学では、宇宙空間に存在する塵は、その存在する領域や起源によって次のように呼ばれる。惑星間塵（） - 太陽系などの惑星系内の塵星周塵（） - 恒星の周りに存在する塵星間塵（） - 星間空間に存在する塵銀河間塵（） - 銀河間空間に存在する塵天文学では、これらを総称して「宇宙塵」と呼ぶこともあるが、通常は対象に応じて区別して扱うため、「宇宙塵」ではなくそれぞれの名称が用いられる。

一方、「宇宙塵」という語が一般的に用いられるのは、地球に飛来する宇宙由来の固体微粒子に対してである。本項では、この意味での宇宙塵について述べる。

地球に降下する宇宙塵地球に飛来する宇宙塵の大部分は、地球に到達する以前には惑星間塵として惑星間空間を運動していた粒子である。その多くは小惑星や彗星などの小天体に由来する。地球には現在もこうした微小な地球外物質が継続的に流入している。近年の総説では、地球は年間2万–4万トン程度の宇宙塵を取り込み、その約10%が大気圏突入を生き残って微隕石（）として地表に到達すると見積もられている。微隕石は、地表に到達する地球外物質の質量流束の大部分を占める。個々の粒子について、小惑星起源か彗星起源かを特定することは必ずしも容易ではない。

宇宙塵は地球大気へ突入する際に加熱を受ける。その程度は粒子によって異なり、ほとんど溶融しないもの、部分的に溶融するもの、完全に溶融するものがある。このため、地上で回収される微隕石には、大気圏突入以前の構造を比較的よく残すものから、溶融して球状となったものまで存在する。一方、大気圏突入時に蒸発した物質の一部は、大気中で再凝結して微細な固体粒子となり、流星塵（）と呼ばれる。成層圏からも、より小さく変質の少ない惑星間塵粒子が採集されている。

組成地球に飛来する宇宙塵の組成は多様であり、ケイ酸塩鉱物を主体とするもののほか、炭素質物質などを含む粒子がある。微隕石や惑星間塵粒子の中には、元素組成や鉱物組成が始原的な炭素質コンドライトの微細な構成物質に類似するものがある一方、隕石とは異なる特徴をもつものも知られている。

また、地球大気への突入時の加熱によって組成や鉱物構成が変化する。強く加熱された粒子では溶融が起こり、含水鉱物が分解する場合もあるため、地上で採集された宇宙塵の組成から大気圏突入以前の状態を調べる際には、突入時の変質を考慮する必要がある。

研究の展開地上や深海底からの探索宇宙塵の発見・採集研究は19世紀後半に始まった。アドルフ・エリク・ノルデンショルドは1874年、北極圏の積雪中に見いだされた黒色の金属質微粒子を宇宙からの降下物ではないかと考えた。その後、1872年から1876年に行われたチャレンジャー号探検航海で採集された深海底堆積物から多数の球状粒子が見いだされ、1883年にはその組成と形状から宇宙起源の粒子と考えられた。

深海底堆積物からはその後も多数の微隕石、とくに大気圏突入時に溶融して球状となった粒子が回収された。一方、海水や堆積物中での風化を受けるほか、磁気分離などの採集方法によって得られる粒子に偏りが生じることも明らかになった。

成層圏・極地での採集

20世紀後半になると、宇宙塵の採集場所は成層圏やグリーンランド、南極などへ広がった。成層圏からは非溶融で多孔質な微粒子が、極地の氷や雪からは非溶融または部分的に溶融した微隕石を含む多様な試料が得られた。これにより、宇宙塵には深海底で多く見いだされた球状の溶融粒子だけでなく、大気圏突入以前の性質をよりよく保持した粒子も含まれることが明らかになった。

一方、採集場所によって得られる粒子の大きさや種類には偏りがあり、地上での風化や汚染の程度も異なる。このため、宇宙塵の研究では採集環境や採集方法による選択効果を考慮する必要がある。

微小試料の分析電子顕微鏡や微小領域の元素・同位体分析などの発達により、個々の宇宙塵について鉱物組成、化学組成、同位体組成などを詳しく調べることが可能になった。こうした分析技術と採集法の発達は、20世紀後半以降の宇宙塵研究を大きく進展させた。

分析の結果、大気圏突入以前の鉱物学的性質を保持した宇宙塵の中には、隕石とは異なる特徴を示すものがあることが明らかとなり、宇宙塵は隕石を補完する地球外物質の試料として研究されるようになった。また、希ガス同位体や宇宙線生成核種の分析からは、粒子の地球外起源、大気圏突入時の加熱履歴、宇宙空間での履歴や起源などについて情報を得ることができる。

宇宙空間での直接採集

宇宙塵の研究は、地球へ自然に飛来した粒子の採集に加えて、宇宙空間で粒子を直接捕集する方向にも発展した。低密度のエアロゲルを用いることで、高速で衝突する微粒子を捕集し、地上で分析することが可能になった。

スターダスト探査機は2004年1月2日にヴィルト第2彗星のコマから粒子を採集し、2006年1月15日に地球へ持ち帰った。これは、起源天体が特定された彗星から採集した試料を地球へ帰還させた最初の例である。持ち帰られた粒子からは、太陽系内側の高温環境で形成されたと考えられる鉱物が発見された。このことは、初期太陽系において物質が内側から外側へ大規模に輸送されたことを示す証拠の一つとなった。

研究上の意義宇宙塵は、隕石とともに実験室で直接分析できる地球外物質である。個々の粒子の鉱物・化学・同位体組成を調べることにより、小惑星や彗星などの小天体の物質、惑星間空間に存在する物質、初期太陽系における物質の形成や移動について情報を得ることができる。また、地球への宇宙物質の流入量や、大気圏突入時に粒子が受ける加熱・変質を調べる試料としても用いられている。

出典

参考文献

関連項目隕石惑星間塵宇宙化学スターダスト (探査機)

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