2016 Fiscal Year Annual Research Report
衝突・振動による粉体の過渡レオロジーとその天体地形への応用
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15H03707
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
桂木 洋光 名古屋大学, 環境学研究科, 准教授 (30346853)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
諸田 智克 名古屋大学, 環境学研究科, 講師 (30415898)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 粉体物理 / 天体地形 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
粉体地形の振動による緩和実験において，流動化による粉体輸送則を昨年度得たものから更に改良してより普遍性の高い物理モデルを得るに至った．昨年度までは粉体地形の緩和はほぼ拡散に従うと解釈していたが，より詳細な実験データ解析により，輸送則が非線形的であることが明らかになった．この非線形輸送則は，従来考えられていた粉体流動層の概念とは大きく異なるモデリングであり，本成果は粉体物理の基礎理解の深化としての意義が大きい．本年度までの研究で，振動による粉体地形緩和の理解について実験的に明らかにできる部分は一段落したので，今後は数値計算などの手法と組み合わせてより詳細の物理過程を明らかにする予定としている．
その他にも，粉体対流の2次元系での実験，粉体摩擦や粉体流閉塞に関する実験研究にも取り組んだ．その結果，2次元粉体系に不連続な振動（タッピング）を加えることにより対流現象が誘起されることが明らかになり，これは本研究でこれまで取り組んできた粉体対流による小惑星表面レゴリス層の更新モデルの妥当性を支持する結果と言える．また，粉体摩擦が粉体層の充填率に強く依存することや，比較的充填率の高い粉体流の粒子速度分布などの特徴付けにも成功した．これらの粉体物理現象はいずれもレゴリスで構成される天体表面地形の理解のために有用なものであり，その素過程の解明に一定の成果をあげてきていると言える．
昨年度までに開発したレゴリス対流による小惑星更新モデルについても対流発生条件の見直しやタイムスケールの惑星科学的意義の検討などを進め，いくつかの改良を行った．
学会・研究会にも積極的に参加し成果の発表に努めた．今後は論文による成果発表も行っていく．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
粉体物理にかかる素過程の基礎理解に関して様々な現象で研究を行ってきており，得られた成果の一部は，代表研究者と分担研究者との共同によりレゴリス対流現象としてモデル化が進み，今年度は特にそのモデルの修正を行ってきた．今後は，現在進行中の研究を続行するとともに，連携研究者の協力を得て，素過程の数値的，理論的解釈にも力点を置いていく．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も引き続き，振動・衝突による粉体の流動等に関する基礎実験を進め，得られた知見の天体地形理解への応用に取り組む．いくつかのトピックが平行して進み，その知見がまとまりつつある．2次元粉体層の対流，粉体摩擦，粉体流の流れ場の特徴づけなどのトピックについてはデータがほぼ揃いつつあり，今後はその結果のまとめ，解釈，および発表に集中していきたいと考えている．振動による粉体地形の緩和については，実験で得られた部分について論文発表を行うとともに，数値的・理論的研究も行い，基礎物理過程のより深い理解を目指す．
また，衝突による地形進化に関する研究にも新たに取り組む予定としている．安息角以下に設定された傾斜粉体層に固体弾を衝突させると「傾斜粉体層が崩壊する場合」と「クレーターが形成されるのみで崩壊が起きない場合」の二種類の現象が観察される．これらの状況を決定する物理法則を明らかにすることを目的とした粉体層への衝突実験を行うことを想定している．この実験では粉体粒子同士の凝着力の効果を模擬するために濡れた粉体層を用いることも計画している．また，本研究課題の国際共同研究強化課題では，凝着力を持つ粉体として氷微粒子を用いた衝突実験にも取り組む予定にしており，その結果と本研究課題の結果を比較・検討することにより粉体衝突の基礎物理理解の深化を目指す．
一方，探査データ解析については，前年度実施したクレーター形状の緩和過程の時間スケールの見積もり結果に基づいて，緩和を引き起こす物理プロセスの検討を行う．
得られた知見の統合的理解についても，代表・分担・連携研究者間で議論を適宜進める．
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[Presentation] Impact2016
Author(s)
H. Katsuragi
Organizer
Granular Matter Gordon Research Conference
Place of Presentation
Stonehill College, Easton, MA, USA
Year and Date
2016-07-24 – 2016-07-29
Int'l Joint Research / Invited
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