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微惑星衝撃波による微惑星蒸発と惑星形成への影響

Research Project

Project/Area Number 13J40054
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Astronomy
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

田中 今日子  北海道大学, 低温科学研究所, 特別研究員(RPD)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥4,320,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywords微惑星衝撃波 / 凝縮 / 核生成過程 / 微惑星 / 蒸発 / 衝撃波 / 氷 / 原始惑星系円盤 / 太陽系初期 / 氷ダスト / 核生成 / 分子動力学計算
Outline of Annual Research Achievements

原始惑星系円盤において頻繁に発生する微惑星衝撃波は太陽系初期の物質進化を考える上で重要なプロセスである。本研究では微惑星衝撃波による微惑星の加熱、蒸発、再凝縮について記述する理論モデルの構築、およびそれを用いた微惑星衝撃波による物質進化の解明を目指した。平成27年度は主に凝縮の素過程の解明に向けて、核生成の分子動力学計算と微惑星蒸発後の氷ダストの生成過程について調べた。飽和した蒸気から液滴が生まれる際の凝縮核生成は,最初にできる凝縮核がナノサイズより小さいため,その生成率を精度よく予言する一般的な理論はまだ存在しない。本研究では400万水分子を用いた大規模かつ長時間の分子動力学計算を行い,水蒸気からの均質凝縮核生成過程を調べた。その結果,従来計算の10万分の1という低い核生成率で進行する現象を再現し,室内実験で得られている核生成率と同レベルに到達することに成功した。さらに,温度と圧力の2つに依存する凝縮核生成率が,それらの組み合わせである1つの量のみに依存する簡単なスケーリング則を発見した。このスケーリング則は,温度で約200度,核生成率では30桁にわたる広い範囲に対し,分子動力学計算と室内実験の両方のほとんどの結果をよく再現する。また表面張力のサイズ効果を明らかにするために希ガスを用いて液相からの気泡生成の大規模分子動力学計算を行った。得られた気泡の表面張力のサイズ効果は液体粒子の表面張力のサイズ効果と同様であることが分かった。分子動力学計算により得られた新しい核生成モデルを氷微惑星蒸発後の水蒸気の再凝縮過程に適用した結果、ナノメートルサイズの超微小氷ダストが原始惑星系円盤に大量に放出されることが明らかになった。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (40 results)

All 2016 2015 2014 2013 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 10 results,  Open Access: 6 results,  Acknowledgement Compliant: 4 results) Presentation (26 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 2 results) Remarks (3 results)

  • [Int'l Joint Research] チューリッヒ大学(スイス)

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      2015 Annual Research Report
  • [Journal Article] Homogeneous SPC/E water nucleation in large molecular dynamics simulations2015

    • Author(s)
      R. Angelil, J. Diemand, K. K. Tanaka, H. Tanaka
    • Journal Title

      J. Chemical Physics

      Volume: 143 Issue: 6 Pages: 064507-064507

    • DOI

      10.1063/1.4928055

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    • Author(s)
      K. K. Tanaka, H. Tanaka, R. Angelil, J. Diemand
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 92 Issue: 2 Pages: 022401-022401

    • DOI

      10.1103/physreve.92.022401

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Free energy of cluster formation and a new scaling relation for the nucleation rate2014

    • Author(s)
      Kyoko K. Tanaka, Juerg Diemand, Raymond Angelil, and Hidekazu Tanaka
    • Journal Title

      J. Chem. Phys.

      Volume: 140 Issue: 19

    • DOI

      10.1063/1.4875803

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  • [Journal Article] REVISITING JOVIAN-RESONANCE INDUCED CHONDRULE FORMATION2014

    • Author(s)
      M. Nagasawa , K. K. Tanaka, H. Tanaka, T. Nakamoto, H. Miura, and T. Yamamoto
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal Letters

      Volume: 794 Issue: 1 Pages: 1-5

    • DOI

      10.1088/2041-8205/794/1/l7

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      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Direct simulations of homogeneous bubble nucleation:Agreement with classical nucleation theory and no local hot spots2014

    • Author(s)
      Juerg Diemand, Raymond Angelil, Kyoko K. Tanaka, and Hidekazu Tnaka
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 90 Issue: 5

    • DOI

      10.1103/physreve.90.052407

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  • [Journal Article] Bubble evolution and properties in homogeneous nucleation simulations2014

    • Author(s)
      Raymond Angelil, Juerg Diemand, Kyoko K. Tanaka, and Hidekazu Tanaka
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 90 Issue: 6

    • DOI

      10.1103/physreve.90.063301

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      2014 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Molecular dynamics simulations of the nucleation of water : determining the sticking probability and formation energy of a cluster2014

    • Author(s)
      K. K. Tanaka, A. Kawano, H. Tanaka
    • Journal Title

      Journal of Chemical Physics

      Volume: 140 Issue: 11

    • DOI

      10.1063/1.4867909

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      2013 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Properties of Liquid Clusters in Large-scale MD Nucleation Simulations2014

    • Author(s)
      R. Angelil, J. Diemand, K. K. Tanaka, and H. Tanaka
    • Journal Title

      Journal of Chemical Physics

      Volume: 140 Issue: 7

    • DOI

      10.1063/1.4865256

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      2013 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Large Scale Molecular Dynamics Simulations of Homogeneous Nucleation2013

    • Author(s)
      J. Diemand, R. Angelil, K. K. Tanaka, H. Tanaka
    • Journal Title

      Journal of Chemical Physics

      Volume: 139 Issue: 7

    • DOI

      10.1063/1.4818639

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      2013 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Evaporation of Icy Planetesimals due to Bow Shocks2013

    • Author(s)
      K. K. Tanaka, T. Yamamoto, H. Miura, M. Nagasawa, T. Nakamoto, H. Tanaka
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 764 Issue: 2 Pages: 120-120

    • DOI

      10.1088/0004-637x/764/2/120

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      2013 Annual Research Report
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  • [Presentation] 水の凝縮核生成の大規模MD計算と核生成率のスケーリング2016

    • Author(s)
      田中今日子, Raymond Angelil, 田中秀和, Juerg Diemand
    • Organizer
      日本物理学会第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学(宮城県・仙台市)
    • Year and Date
      2016-03-19
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 液相からの気泡核生成の大規模分子動力学計算と古典的理論の改良2015

    • Author(s)
      田中今日子, 田中秀和, Juerg Diemand, Raymond Angelil
    • Organizer
      第29回分子シミュレーション討論会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟県・新潟市)
    • Year and Date
      2015-11-30
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Homogeneous SPC/E Water Nucleation in Large Molecular Dynamics Simulations2015

    • Author(s)
      H. Tanaka, K. K. Tanaka, R. Angelil, J. Diemand
    • Organizer
      ILTS International Symposium on Low Temperature Science
    • Place of Presentation
      北海道大学低温科学研究所(北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2015-11-30
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Shock heating of dusts and icy planetesimals and recondensation of icy grains2015

    • Author(s)
      K. K. Tanaka, M. Nagasawa, H. Tanaka, T. Nakamoto, H. Nomura, H. Miura, and T. Yamamoto
    • Organizer
      Goldschmidt2015
    • Place of Presentation
      Prague Congress Center  [プラハ(チェコ)]
    • Year and Date
      2015-08-16
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      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Diagnosing evaporation of icy planetesimals in protoplanetary disks2015

    • Author(s)
      H. Nomura, D. Ishimoto, M. Nagasawa, K. K. Tanaka, H. Miura, T. Nakamoto, H. Tanaka, & T. Yamamoto
    • Organizer
      IAU General Assembly
    • Place of Presentation
      Hawaii Convention Center [Hawaii (USA)]
    • Year and Date
      2015-08-03
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 液相からの気泡核生成の大規模分子動力学計算と古典的理論の改良2015

    • Author(s)
      田中今日子, 田中秀和, Juerg Diemand, Raymond Angelil
    • Organizer
      北海道大学低温科学研究所研究集会衛星系研究会:衛星系と噴火現象
    • Place of Presentation
      北海道大学低温科学研究所(北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2015-07-21
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 水蒸気から液滴への均質核生成の大規模分子動計算2015

    • Author(s)
      田中今日子,田中秀和, Raymond Angelil, Juerg Diemand
    • Organizer
      地球惑星科学関連学会2015年合同大会
    • Place of Presentation
      幕張メッセ(千葉県・千葉市)
    • Year and Date
      2015-05-22
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 気泡核生成の大規模分子動力学計算と古典的核生成理論の改良2015

    • Author(s)
      田中今日子,田中秀和, Raymond Angelil, Juerg Diemand
    • Organizer
      地球惑星科学関連学会2015年合同大会
    • Place of Presentation
      幕張メッセ(千葉県・千葉市)
    • Year and Date
      2015-05-22
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Thermal evolution of planetesimals and dust particles by planetesimal bow shocks2015

    • Author(s)
      K. K. Tanaka, M. Nagasawa, H. Tanaka, T. Nakamoto, H. Miura, and T. Yamamoto
    • Organizer
      31th Grain Formation Workshop
    • Place of Presentation
      強羅静雲荘 (神奈川県箱根町)
    • Year and Date
      2015-01-07 – 2015-01-09
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 観測ロケットによる核生成実験と理論モデルとの比較2015

    • Author(s)
      田中今日子
    • Organizer
      独立行政法人宇宙航空研究開発機構宇宙環境利用科学委員会 宇宙環境  「気相からの核生成と宇宙ダスト」
    • Place of Presentation
      強羅静雲荘 (神奈川県箱根町)
    • Year and Date
      2015-01-06 – 2015-01-07
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Large scale molecular dynamics simulations of homogeneous nucleation: surface energy of clusters and a new scaling relation for the nucleation rate2014

    • Author(s)
      K. K. Tanaka
    • Organizer
      workshop of the influence of material and temperature on the dust coagulation in protoplanetary disks
    • Place of Presentation
      北海道大学 (札幌市)
    • Year and Date
      2014-08-05 – 2014-08-07
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Evaporation of icy planetesimals and recondensation of icy particles due to bow shocks2014

    • Author(s)
      K. K. Tanaka, H. Tanaka, T. Yamamoto, H. Miura, T. Nakamoto, and M. Nagasawa
    • Organizer
      Annual meeting of AOGS
    • Place of Presentation
      ロイトンホテル (札幌市)
    • Year and Date
      2014-07-28 – 2014-08-01
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 微惑星衝撃波による微惑星蒸発および惑星形成への影響2014

    • Author(s)
      田中今日子
    • Organizer
      RPD研究交流会
    • Place of Presentation
      明治会館 (東京都港区)
    • Year and Date
      2014-07-14
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 木星形成後の微惑星衝撃波による物質進化に向けて2014

    • Author(s)
      田中今日子, 長沢真樹子, 田中秀和, 三浦均, 中本泰史, 山本哲生
    • Organizer
      新学術領域研究「宇宙分子進化」第二回全体集会
    • Place of Presentation
      東京大学 (東京都文京区)
    • Year and Date
      2014-06-23 – 2014-06-24
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 大規模MD計算による凝縮核生成エネルギーの導出および核生成率の新しいスケーリング2014

    • Author(s)
      田中今日子, Juerg Diemand, Raymond Angelil, 田中秀和
    • Organizer
      地球惑星科学関連学会 2014 年合同大会
    • Place of Presentation
      Pacifico Yokohama  (横浜市)
    • Year and Date
      2014-04-28 – 2014-05-02
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 凝縮核生成過程の大規模MDシミュレーションと新しい核生成率のスケーリング2014

    • Author(s)
      田中今日子, JuergDiemand, Raymond Angelil, 田中秀和
    • Organizer
      宇宙ダスト核生成研究会
    • Place of Presentation
      秋保温泉佐勘(仙台市)
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] LAMMPSを用いた凝縮核生成過程の大規模シミュレーション2013

    • Author(s)
      田中今日子
    • Organizer
      北大-産総研包括連携等事業ワークショップ2013
    • Place of Presentation
      北海道大学(札幌市)
    • Year and Date
      2013-07-16
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      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Evaporation of icy planetesimals and recondensation of icy particles due to bow shocks2013

    • Author(s)
      K. K. Tanaka, H. Tanaka, T. Yamamoto, H. Miura, T. Nakamoto, M. Nagasawa
    • Organizer
      Exoplanets and Disks : Their Formation and Diversity II, The 5th Subaru International Conference
    • Place of Presentation
      Hawaii (USA)
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] A new scaling relation for nucleation rates2013

    • Author(s)
      K. K. Tanaka, H. Tanaka, J. Diemand, A. Raymond
    • Organizer
      3rd International conference on molecular simulation (ICMS2013)
    • Place of Presentation
      神戸国際会議場(神戸市)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Molecular dynamics simulation of vapor-liquid nucleation of water : determing for mation energy of a cluster2013

    • Author(s)
      A. Kawano, K. K. Tanaka, H. Tanaka
    • Organizer
      3rd International conference on molecular simulation (ICMS2013)
    • Place of Presentation
      神戸国際会議場(神戸市)
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Large scale molecular dynamics simulations of vapor-to liquid nucleation2013

    • Author(s)
      J. Diemand, A. Raymond, K. K. Tanaka, H. Tanaka
    • Organizer
      3rd International conference on molecular simulation (ICMS2013)
    • Place of Presentation
      神戸国際会議場(神戸市)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Large scale MD simulations of nucleation2013

    • Author(s)
      J. Diemand, A. Raymond, K. K. Tanaka, H. Tanaka
    • Organizer
      19th International conference on nucleation and atmospheric aerosols
    • Place of Presentation
      Colorado State university, Colorado (USA)
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] The physics of nucleated droplets in large scale MD Lennard-Jones simulations2013

    • Author(s)
      A. Raymond, J. Diemand, K. K. Tanaka, H. Tanaka
    • Organizer
      19th International conference on nucleation and atmospheric aerosols
    • Place of Presentation
      Colorado State university, Colorado (USA)
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 衝撃波による氷微惑星の蒸発とダストの再凝縮過程2013

    • Author(s)
      田中今日子, 田中秀和, 山本哲生, 三浦均, 中本泰史, 長沢真樹子
    • Organizer
      日本天文学会2013年秋季年会
    • Place of Presentation
      東北大学(仙台市)
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] ガスからの核生成過程の大規模MD計算2013

    • Author(s)
      田中今日子, レイモンドアンジェリル, ユルグディアマンド, 田中秀和
    • Organizer
      球惑星科学関連学会 2013年 合同大会
    • Place of Presentation
      幕張メッセ(千葉市)
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 衝撃波による氷微惑星の蒸発 : 水分子輝線による加熱2013

    • Author(s)
      田中今日子, 田中秀和, 山本哲生, 三浦均, 中本泰史, 山崎布美香, 長沢真樹子
    • Organizer
      球惑星科学関連学会 2013年 合同大会
    • Place of Presentation
      幕張メッセ(千葉市)
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      2013 Annual Research Report
  • [Remarks] 北海道大学プレスリリース(2015. 8.19)水の凝縮核生成の大規模分子動力学シミュレーション

    • URL

      http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/press.html

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Remarks] 核生成- from water vapor to droplet-(日本語)

    • URL

      https://www.youtube.com/watch?v=QI4TRR-bntI&nohtml5=False

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      2015 Annual Research Report
  • [Remarks] Nucleation -from water vapor to droplet -(English)

    • URL

      https://www.youtube.com/watch?v=jq8pCThPIjo&nohtml5=False

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      2015 Annual Research Report

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Published: 2014-01-29   Modified: 2024-03-26  

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