大規模N体計算を用いた惑星リングと衛星系の起源と進化の解明

Research Project

Project/Area Number	20J15020
Research Category	Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Allocation Type	Single-year Grants
Section	国内
Review Section	Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
Research Institution	Tokyo Institute of Technology (2021) Kyoto University (2020)
Principal Investigator	石澤祐弥東京工業大学, 地球生命研究所, 特別研究員(PD)
Project Period (FY)	2020-04-24 – 2022-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help	¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000) Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000) Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywords	衛星形成 / 巨大衝突 / 円盤進化 / 惑星リング / 巨大天体衝突 / 天王星衛星形成 / N体計算 / リング形成
Outline of Research at the Start	土星や天王星のように惑星が持つリングと衛星系の力学的な相互作用について大規模N体計算を行うことで、リング-衛星系の力学的構造の進化過程とそれらの起源へ制限を与える。リングとリング内の衛星、リングとリング近傍の衛星の相互作用による衛星の軌道や質量の進化、リングのグローバルおよびローカルな構造の進化を、現在の太陽系内の惑星リングと衛星系の観測と照らし合わせて検証することで、リング-衛星系の起源およびその形成条件について調査する。さらに、一般にリングがどのような構造進化を辿るか、衛星がどのように形成されるかといったリング-衛星系の多様性に迫ることを目指す。
Outline of Annual Research Achievements	本研究課題では惑星周りのリングと衛星系の力学的進化過程を個別またはグローバルに検証し太陽系内または系外の惑星が持つリング・衛星がどのように形成されるか、またどのような進化を辿るかを明らかにすることを大目的としている。衛星形成モデルの一つである巨大衝突シナリオでは微惑星同士の巨大衝突により生じる円盤からの衛星形成を扱っており、系外を含めた惑星系の形成段階で起こりうるため本研究課題を達成するためにも重要である。今年度は昨年度に引き続き、天王星の巨大衝突後の高温な蒸気円盤から固体のデブリ円盤が形成されるまでの進化過程を検証する数値計算コードを発展させた。原始惑星系円盤と比較して、水素とヘリウムガスに対する水蒸気とシリケート蒸気の質量面密度の割合が高い環境におけるガス円盤中の固体物質進化を記述するため、潜熱の効果と氷粒子内でシリケート粒子がどのように含まれるかについての二つのモデルについて検証した。シリケート粒子が氷粒子に取り込まれた結果一つのコアとなって氷粒子中に存在するSingle seed modelでは、H2Oスノーライン内外でシリケート粒子が成長し惑星に落下しやすくなり、形成後の微惑星中のシリケート/氷比を低くする効果がある可能性がわかった。またガス円盤の粘性パラメータ、氷やシリケート粒子同士の衝突限界速度によってスノーライン付近での固体粒子の移流が成長速度を上回り、最終的に円盤が形成されない場合もあることが示された。上記の研究の一部をまとめ、2021年日本惑星科学界秋季年会において発表を行った。本研究からどのような衛星の質量・軌道半径・内部密度分布が最終的に形成されるか、また惑星の潮汐力による軌道進化を考慮した小衛星破壊によるリング形成への示唆を議論することができ、惑星のリング・衛星系の起源と長期的な相互作用を経た進化過程につながる。
Research Progress Status	令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和3年度が最終年度であるため、記入しない。