隕石衝突時の一瞬の強い衝撃による結晶構造変化を解明―強力なレーザーで衝撃を与えX線パルスで超高速撮影：高エネルギー加速器研究機構ほか
(2022年5月9日発表)
高エネルギー加速器研究機構（KEK）と筑波大学、大阪大学、理化学研究所、高輝度光科学研究センターの共同研究グループは5月9日、ジルコンという鉱物のレーザー衝撃実験を行い、隕石衝突規模の強い衝撃を受けた瞬間の結晶構造の変化を超高速X線撮影したと発表した。同じ衝撃でも時間の長短が結晶構造の変化に重要な要因となることが分かったという。
ジルコン（ZrSiO4）は地球の岩石や隕石に含まれる鉱物で、少量のウランを含み、ウランが放射壊変して鉛になることで数億年から数十億年前の時間を計る「時計」の役を果たす。ジルコンが隕石の衝突で受けた衝撃の大きさと、それによって残る痕跡との関係を知ると、過去の衝突の規模や年代を推定するのに役立つ。
研究グループは今回、強いレーザー光をジルコンに照射して5ナノ秒（1億分の5秒）という一瞬の衝撃を与え、その瞬間の結晶構造変化をX線を用いてリアルタイムで観察した。
これまで行われてきた実験では、ジルコンを長時間高温高圧にさらしてきた。それにより、温度・圧力条件によって結晶構造がレーダイトと呼ばれる高圧相へ変化することや、ジルコンがジルコニア（ZrO2）と二酸化ケイ素(SiO2)の2つの酸化物へ分解することが分かっている。しかし、隕石衝突による一瞬の衝撃でジルコンはどうなるのかは不明だった。
研究グループは、X線自由電子レーザーでこれを観察した。高強度レーザーパルスをジルコン焼結体試料に照射して衝撃波を発生させ、衝撃前、衝撃の瞬間、衝撃後の一瞬の間に生じる結晶構造変化を強いX線パルスで撮影、X線回折像を得た。
その結果、ジルコンから高圧相であるレーダイトへの結晶構造相転移が観察されたが、長時間の高温高圧状態では観察される酸化物への分解は起こらないことが分かった。
今回の実験で、時間も結晶構造変化の要因になっていることが分かってきた。今後はさまざまな時間スケールで温度圧力を変化させたときの結晶構造変化を解明し、過去に起こった隕石衝突の正確な規模の推定に役立つデータを得たいとしている。
