原始惑星系円盤における珪酸塩微粒子の新しい衝突付着過程についての実証

• Project Area: A Paradigm Shift by a New Integrated Theory of Star Formation: Exploring the Expanding Frontier of Habitable Planetary Systems in Our Galaxy
• Project/Area Number: 19H05086
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: University of Occupational and Environmental Health, Japan
• Principal Investigator: 門野 敏彦 産業医科大学, 医学部, 教授 (60359198)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: サブミクロン粒子 / 衝突 / 合体成長 / 原始惑星系円盤 / 微粒子衝突 / 粉体の高速度衝突 / 速度計測 / 高速カメラ / 微粒子衝突・合体過程

Outline of Research at the Start

近年の天体観測や星・惑星形成理論は原始惑星系円盤が乱流状態であることを示唆しており，かき回された微粒子は相対速度が数百m/sに及ぶため合体成長できないとされている．しかしながら，工学の分野では微小粒子が数百m/sの速度で衝突する時，破壊はされるが付着する可能性が示唆されている．本研究計画は原始惑星系円盤内における素過程，すなわち，珪酸塩微小粒子が数百m/sで衝突する過程において付着が起こるのかどうかを実験的に調べることを目的とする．

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題の目的は，秒速数十ｍから数百ｍで衝突するサブミクロン微粒子の付着過程の検証である．初年度と次年度の進捗は遅れ気味であった．これは，申請者が所属する機関が所有していて付着過程の観察のために利用する予定であった電子顕微鏡が更新により使用できなくなったこと，さらにコロナ禍により所属機関が本研究課題の開始直後から実験を禁止したこと，などが原因であったが，その後，申請者の所属機関に電子顕微鏡があらたに導入され実験禁止の措置も解除されたため，研究を進めることが可能になった，これまでに微粒子集合体を作成しガス銃によって加速する技術を開発し，衝突速度の測定方法を確立させた．これにより大気圧の空気により微粒子が秒速600 mに加速されること，空気とヘリウムの混合ガスに対しては秒速800mにまで加速できることが確認されている．さらに高速度を目指してヘリウム単体で加速する場合の速度測定も行う計画であったがバルブの発注が遅れたために完了できなかった．これを令和３年度に行う予定であったが，速度計測は計測技術が確立されていていつでも測定可能なために先送りし，申請者の研究室に令和３年度にあらたに導入された卓上型電子顕微鏡を利用して本研究課題の本質である付着強度測定方法の開発を先に行うことにした．現在，付着した試料に対して一定の応力をかける方法を開発中であり，今後，様々なサイズ，組成の微粒子をガス銃で衝突させたときの付着強度を定量化することを目指す．

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] An artificial impact on the asteroid 162173 Ryugu formed a crater in the gravity-dominated regime (2020)
  • Author(s): Arakawa, M., Saiki, T., Wada, K., Ogawa, K., Kadono, T., Shirai, K., Sawada, H., Ishibashi, K., Honda, R., Sakatani, N., Iijima, Y., Okamoto, C., Yano, H., Takagi, Y., Hayakawa, M., Michel, P., Jutzi, M., Shimaki, Y., Kimura, S., Mimasu, Y., Toda, T., Imamura, H., Nakazawa, S., Hayakawa, H., Sugita, S., et al.
  • Journal Title: Science Volume: 368 Issue: 6486 Pages: 67-71
  • DOI: 10.1126/science.aaz1701
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Crater-ray formation through mutual collisions of hypervelocity-impact induced ejecta particles (2020)
  • Author(s): Kadono Toshihiko、Suzuki Ayako I.、Matsumura Rintaro、Naka Junta、Suetsugu Ryo、Kurosawa Kosuke、Hasegawa Sunao
  • Journal Title: Icarus Volume: 339 Pages: 260-264
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2019.113590
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Impact Experiment on Asteroid (162173) Ryugu: Structure beneath the Impact Point Revealed by In Situ Observations of the Ejecta Curtain (2020)
  • Author(s): Kadono Toshihiko、Arakawa Masahiko、Honda Rie、Ishibashi Ko、Ogawa Kazunori、Sakatani Naoya、Sawada Hirotaka、Shimaki Yuri、Shirai Kei、Sugita Seiji、Wada Koji
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 899 Issue: 1 Pages: L22-L22
  • DOI: 10.3847/2041-8213/aba949
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Space impact experiment on Ryugu: Pattern of ejecta curtain and the properties of particles in the surface and subsurface layers (2020)
  • Author(s): T. Kadono, M. Arakawa, R. Honda, K. Ishibashi, K. Ogawa, N. Sakatani, Y. Shimaki, K. Shirai, S. Sugita, K. Wada
  • Organizer: Japan Geoscience Union
  • Int'l Joint Research / Invited