2003 Fiscal Year Annual Research Report
星雲ガス衝撃波によるシリケイト粒子の加熱とコンドリュール形成に関する実験的研究
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13440156
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| Research Institution | HOKKAIDO UNIVERSITY |
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Principal Investigator |
荒川 政彦 北海道大学, 低温科学研究所, 助手 (10222738)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
香内 晃 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (60161866)
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| Keywords | コンドリュール / 衝撃波 / 原始太陽系星雲 / コンドライト阻石 / シリケイトアグリゲイト / 瞬間加熱 / 高速度カメラ / 衝撃波管 |
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| Research Abstract |
本年度は,前年度改良した自由ピストン型衝撃波管を用いて高マッハ数の衝撃波発生実験を行なった。窓付きステンレス製の圧力セルに1気圧の空気を封入し、衝突実験用真空チャンバーに設置した。圧力セルの入り口はマイラー膜に,より仕切られており、この入り口に向けて直径1.6mmのナイロン玉を打ち込む。ナイロン玉の打ち込みは2段式軽ガス銃により行なう。打ち込まれたナイロン玉は約3km/sで圧力セル内の飛行し、その周囲に強いBow shockを発生する。空気の音速は330m/s程度であるのでマッハ9以上の衝撃波が玉の周囲に発生していることになる。圧力セル内を飛行する玉とガス中に発生する衝撃波はイメージコンバーターカメラとシャドウグラフ光学系で可視化した。実験の結果、3.01km/sで飛翔するナイロン玉とその周囲に発生するBow shockの観測に成功した。観測時間は5μsecであった。この実験では衝撃波の観測に主眼をおいたため、圧縮されて高温になった空気からの発光やナイロン玉と空気の摩擦により発生した摩擦熱による発光は観察することができなかった。また、摩擦熱や空気の動圧によるナイロン玉の溶融分裂も観察できなかった。
上記装置による実験と伴に,水滴の高速気流分裂実験も昨年に引き続き行なった.今年は、より現実的なコンドリュール液滴の分裂条件を調べるため液層が固体のコアを覆うような二層構造を持つ場合の分裂条件を調べた。そのため、水を氷またはオリビン球の「コア」に付着させ,衝撃波管低圧部に設置して実験を行った.水は重力のためコアから垂れ下がるので,衝撃波管を縦型にして高速流を下方から上方に送り,直接水に吹き付けるようにした.低マッハ数用の衝撃波管を用いて、マッハ数1.01〜1.12での実験を行なった。衝撃波通過後の液体の様子を高速度デジタルビデオカメラによって撮影し,変形・分裂のモードや分裂後のサイズ分布を調べた.カメラの撮影速度は3千〜4千コマ/秒,露出時間は10〜20μsec,1画面の画素数は640x256ピクセルである.画面上の「破片」の面積から,形状を球と仮定してサイズを求めた.破片の積算個数分布(あるサイズ以上の液滴破片の個数)は指数関数で表されることがわかった.また,片対数でプロットした際の分布の傾き(平均サイズ)は,Weber数とともに減少することがわかった.
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[Publications] Arakawa, M.: "Ice-silicate fractionation among icy bodies due to the difference of impact strength between ice and ice-silicate mixture"Icarus. (In press). (2004)
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[Publications] Arakawa, M.: "Observation of crack propagation in water ice with fluid inclusion"Canadian Journal of Physics. 81. 159-166 (2003)
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[Publications] Arakawa, M.: "Effect of direct and alternating fields on friction between ice and metals"Canadian Journal of Physics. 81. 209-216 (2003)
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[Publications] Arakawa, M.: "Impact strength of porous ice-silicate mixture"Proc.36th ISAS Lunar and Planet.Symp.. 57-60 (2003)
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[Publications] Watanabe, N.: "The dependence of H_2CO and CH_3OH formation on temperature and thickness of H_2O-CO ice during successive hydrogenation of CO"Astrophys.J.Lett.. 588. 121-124 (2003)
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[Publications] Maeno, N.: "Adhesion shear theory of ice friction at low sliding velocities, combined with ice sintering"J.App.Phys.. 98. 134-139 (2004)
