宇宙線照射年代

宇宙線照射年代

宇宙線照射年代（Cosmic-Ray Exposure Age）とは、隕石が地球の大気圏に突入し、地上へ到達するまでの長い旅路において、宇宙空間で高エネルギーの宇宙線に晒されていた期間を計測する際に用いられる専門的な概念です。この年代測定法は、隕石がどのような軌道を経て地球に飛来したのか、あるいはその母天体が過去にどのような衝突史を経験したのかなどを探る上で、隕石研究分野において極めて重要な手掛かりとなります。

測定の原理

この年代測定の基礎となっているのは、宇宙線の性質です。宇宙から飛来する高エネルギーの粒子である宇宙線は、物質に対して高い透過性を持つ一方で、その到達深度には限界があります。特に密度の高い固体物質への侵入は限定的であり、深くても表面からおよそ1メートル程度の範囲にしか影響を与えません。さらに、地球を包む厚い大気層をも容易に通過することはできません。

隕石が宇宙空間を漂っている間、その表面近くは常に宇宙線に晒されています。このとき、宇宙線が隕石を構成する原子核と衝突すると、その原子核は破壊され、元の原子とは異なる、より軽い同位体や元素が生成されます。これらの宇宙線によって人工的に作り出される核種は「原子核破砕生成物」あるいは「スパロジェニック核種（Spallogenic nuclides）」と呼ばれます。

原子核破砕生成物がどれだけ多く隕石内部に蓄積されるかは、その隕石が宇宙線に晒されていた時間の長さに直接的に比例します。つまり、宇宙空間に長く留まっていた隕石ほど、より多くのスパロジェニック核種を含んでいるのです。この原理を利用し、隕石中に含まれる特定の原子核破砕生成物の量を精密に測定することで、その隕石が宇宙線に曝露されていた総期間、すなわち宇宙線照射年代を推定することが可能となります。

測定方法と利用される核種

宇宙線照射年代を測定する際には、隕石の組成や分類に応じて分析対象となる原子核破砕生成物が選ばれます。

石質隕石: シリケート鉱物を主成分とする石質隕石では、ネオン（Ne）の同位体、特にネオン21（²¹Ne）などの安定同位体の分析が一般的に用いられます。これらの同位体は、石質隕石の主要構成元素であるマグネシウム、アルミニウム、ケイ素などが宇宙線と反応して生成されるためです。
鉄隕石: 鉄やニッケルを主成分とする鉄隕石では、より重い元素が豊富なため、生成される核種も異なります。ここでは、カリウム（K）の同位体、特にカリウム40（⁴⁰K）などが測定対象としてしばしば利用されます。

高度な質量分析技術を用いてこれらの同位体量を極めて正確に測定し、既知の宇宙線強度や核反応断面積などの情報と組み合わせることで、隕石の宇宙線照射年代が計算されます。

隕石の種類による年代分布の特徴

隕石の宇宙線照射年代の分布は、その分類によって独特の傾向を示すことが観測されています。これは、それぞれの隕石が由来する母天体の種類や、その母天体が経験した衝突イベントの履歴が異なることを反映していると考えられます。

鉄隕石: 一般的に、鉄隕石は石質隕石よりもはるかに長い宇宙線照射年代を持つ傾向があります。その年代は、短いもので1億年程度、長いものでは10億年を超えるものも珍しくありません。これは、石質隕石の平均的な年代（通常は数千万年から数億年程度）と比較して、およそ10倍もの長期にわたる宇宙空間での滞在期間を示唆しています。
石質隕石: 石質隕石全体の年代分布は比較的幅広いですが、そのサブグループによっては特徴的なピークが見られます。例えば、普通コンドライトの一種であるH-コンドライトに分類される隕石の多くは、宇宙線照射年代が約500万年のあたりに集中して分布しています。このような特定の年代への集中は、過去に特定の母天体で大規模な衝突や破壊イベントが発生し、多数の破片（後の隕石）が同時に宇宙空間へ放出された出来事を示唆している可能性があります。

宇宙線照射年代は、個々の隕石がいつ宇宙空間に放り出されたのか、そして地球に到達するまでどのくらいの期間宇宙を旅してきたのかを知るための重要な指標であり、隕石の起源や太陽系内の天体衝突史を理解する上で欠かせない情報源となっています。

もう一度検索