Significance
鉄は地球型惑星のコアの主成分で、地球内コアの条件では六角閉充填構造、月や水星、火星のような小さな天体の圧力下では面心立方構造（fcc）を取っている。 ここでは、小型惑星内部で特徴的な圧力と温度でのfcc鉄の音速と密度の測定結果を紹介する。 その結果、現在提案されている月の内核の地震波速度は、fcc鉄やその合金の地震波速度を大きく下回っていることが分かりました。 また，月内核の組成と速度モデルを直接構築することができる。
Abstract
高温高圧下の鉄の物理特性は，惑星内部の化学組成，進化，ダイナミクスを理解するために非常に重要である。 実際、テルル型惑星の内部構造は、鉄を主成分とする金属核とそれを取り巻くケイ酸塩マントル、化学的に分化した薄い地殻という、どれも似たような層状構造を持っている。 これまで、鉄の研究は、六方最密充填相（hcp、またはε相）に焦点が当てられてきた。 しかし、月や水星、火星などの小さな惑星のコアでは、鉄は面心立方（fcc、γ）構造をとっている。 ここでは、惑星内部の正確な地震探査モデルを開発するために必要な、高温高圧下でのγ-Feの圧縮・せん断波の音速と密度の測定結果を報告する。 その結果、最近のアポロ地震観測データの再解析で提案された月の内核の地震波速度は、γ-Feのそれを大きく下回ることが明らかになった。 このように、我々のデータセットは、月内核やテルル小惑星の核の地震学的モデルに強い制約を与えるものです。 これにより、月のコアの組成と速度のモデルを直接提案することができる。
- 鉄
- 高圧
- 高温
- 月
- テルル型惑星コア
テルル型惑星・衛星は主に鉄からなる金属コアを持っているが、バルク質量の違いはこれらの天体中心での圧力（P）および温度（T）の状態の違いを意味している。 このことは、コアが固体か液体か、また固相の安定な結晶構造に反映される。 六方最密充填（hcp、ε）相は、地球のコアの圧力・温度条件下で安定な鉄相であると考えられる（1）。 水星（圧力約8 GPa〜約40 GPa、温度約1,700 K〜約2,200 K）（2）や火星（圧力約24 GPa〜約42 GPa、温度約1,700 K〜約2,200 K）などの比較的小さな惑星のコアでは、圧力温度は中程度であり、鉄相は安定である。 Tは約2,000 Kから2,600 K）（3、4）、あるいは月を含む衛星（Pは約5-6 GPa、Tは約1,300 Kから1,900 K）（5）、鉄の安定構造は面心立方（fcc、γ）（6）と予想されています。 この相では、圧力と温度の関数としての集合体音速の広範な実験的測定は行われていない。 6GPa、920Kでのデバイ速度の測定（7）と常圧、1428Kでの中性子非弾性散乱（INS）実験（8）に限られているが、高圧高温での圧縮波、せん断波の音速（それぞれVP、VS）と密度（ρ）の完全かつ一貫した測定は、惑星核の信頼できる地震モデルの開発に必要不可欠なパラメータである。
月は地球以外のテルル系天体の中で唯一、複数の直接地震観測が可能な天体である。 これらはアポロ月面実験パッケージ(9)によって提供され、非常に限られた数の地震計と部分的なセレン地形範囲にもかかわらず、月の内部構造に関する貴重な情報を提供した(10, 11)。 しかし、月の最深部（深さ6187〜900km）の地震探査は、依然として非常に困難である。 月のコアの構造については議論があり、コアが反射して変換されたS波とP波の地震学的研究によって、固体の内核と流体の外核の存在を直接検出した例が1つあるだけです(10)。 極慣性モーメント、潮汐ポテンシャルに対する全体的な弾性応答（ラブ数）、マントル地震学的制約を考慮すると、液体外核の存在も支持されるようである（10⇓-12）。 参考文献で提案された地震探査データの解析では 10では、内核は純鉄、外液核は鉄に合金化した硫黄を13wt%以下（核全体で6wt%以下）含むとモデル化された。 また、様々な間接的観測からも金属コアの存在が指摘されているが(5, 12)、コアの半径、固体か液体か、その組成など、多くの点で研究が異なっている。 月のコアの構造と化学組成を正確に決定することは、現在のダイナミクスを理解するために不可欠であり、また、現在では消滅した月のダイナモの存在の可能性（5、13）を含む月の起源と進化のモデルを制約するものである。 ここでは、X線非弾性散乱(IXS)とX線回折(XRD)を併用して、体心立方(bcc)と立方(fcc)鉄の高圧高温同時の密度測定と音速(VPとVS)測定を実施した。
IXSは多結晶体中の縦方向の凝集体の励起を明確に識別し、VPを直接導出し、VSを推定することができる（SIテキスト、Inelastic X-Ray Scattering and Diffraction Measurements）（図1）。 この手法は、ダイヤモンドアンビルセルで圧縮した金属試料の測定に非常に適していることが証明されており (14⇓-16)、最近では高温高圧条件での同時測定にも拡張されています (17⇓⇓ 20)。 さらに、XRD測定を組み合わせることで、明確な相判定と試料密度の直接導出が可能となる（SI Text, Inelastic X-Ray Scattering and Diffraction Measurements）