Formation and topographic relaxation of spinning top-shaped asteroids

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H01951
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 渡邊 誠一郎 名古屋大学, 環境学研究科, 教授 (50230967)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 桂木 洋光 大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (30346853) ; 諸田 智克 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (30415898)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 小惑星 / 微惑星 / 粉体 / 回転変形 / 惑星探査 / 高速回転装置 / 遠心力 / コマ型形状

Outline of Annual Research Achievements

コマ型形状形成の数値シミュレーションの論文化、砂山の回転変形実験結果の詳細解析・物理的解釈・論文化、小惑星リュウグウの表面流動の画像解析・論文化などに主に取り組んだ。概ね計画通りに進み、2022年度（繰越年度）までに計画していたほとんどの論文を公表した。ただし、繰越を行ったものの、COVID-19の影響で、平滑化粒子法（SPH法）の数値シミュレーション結果を有限要素法の結果と比較する計画については十分に行えなかった。
SPH法のシミュレーションによって、小天体が数百Paの付着力に相当する実効的摩擦角を持つ粉体層から構成されていれば、高速自転でコマ型形状が形成されること、自転の加速率が小さいほど非軸対称な形状となり易いことなどを明らかにした論文が国際誌に掲載された。これは楕円体／コマ型の形状の違いが付着力によって決まることを示唆する重要な成果であると評価できる。
実験研究において得られた成果は、(1)砂山粉体層の高速回転実験装置の開発とそれを使用した実効的付着強度測定法の開発、(2)砂山粉体層の回転変形を説明する粉体摩擦モデルの開発と粉体摩擦特性挙動の解明、(3)それらの回転速度変化履歴に対する依存性、(4)粉体層表面への固体接触による変形に関する基礎実験研究であり、それぞれ論文として国際誌に掲載された。変形時の砂粒の流動は数粒子程度の表面薄層に限られることを明らかにしたことは特筆される。
画像解析からは、リュウグウの自転速度が現在より速くなると、実効斜面方向と岩塊の配向との相関が弱くなることがわかり、岩塊の配向が最近作られたことがわかった。また、メートルサイズの小クレーターの数の統計から、それらが消去される表層過程があることや、はやぶさ2が作った人工クレータ周辺の前後変化の解析から、地震動によって移動したらしい岩塊を発見するなどの成果を複数の論文として国際誌に公表した。

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。

Research Products

• [Journal Article] Formation and evolution of carbonaceous asteroid Ryugu: Direct evidence from returned samples (2023)
  • Author(s): Nakamura T.、Matsumoto M.、Amano K.、Enokido Y.、Zolensky M. E.、Mikouchi T.、Genda H.、Tanaka S.、Zolotov M. Y.、Kurosawa K.、Wakita S.、Hyodo R.、Nagano H.、Nakashima D.、Takahashi Y.、Fujioka Y.、Kikuiri M.、Kagawa E.、Matsuoka M.、Brearley A. J.、... 、Watanabe S.、Tsuda Y.
  • Journal Title: Science Volume: 379 Pages: －
  • DOI: 10.1126/science.abn8671
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] History-dependent growth and reduction of the ripples formed on a swept granular track (2022)
  • Author(s): Hata Shunto、Katsura Makoto、Katsuragi Hiroaki
  • Journal Title: The European Physical Journal E Volume: 45 Pages: －
  • DOI: 10.1140/epje/s10189-022-00165-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] History-dependent deformation of a rotated granular pile governed by granular friction (2022)
  • Author(s): Irie Terunori、Yamaguchi Ryusei、Watanabe Sei-ichiro、Katsuragi Hiroaki
  • Journal Title: Advanced Powder Technology Volume: 33 Pages: 103629～103629
  • DOI: 10.1016/j.apt.2022.103629
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Resurfacing processes constrained by crater distribution on Ryugu (2022)
  • Author(s): Takaki Naofumi、Cho Yuichiro、Morota Tomokatsu、Tatsumi Eri、Honda Rie、Kameda Shingo、Yokota Yasuhiro、Sakatani Naoya、Kouyama Toru、Hayakawa Masahiko、Matsuoka Moe、Yamada Manabu、Honda Chikatoshi、Suzuki Hidehiko、Yoshioka Kazuo、Ogawa Kazunori、Sawada Hirotaka、Michel Patrick、Sugita Seiji
  • Journal Title: Icarus Volume: 377 Pages: 114911～114911
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2022.114911
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Particle size distributions inside and around the artificial crater produced by the Hayabusa2 impact experiment on Ryugu (2022)
  • Author(s): Ogawa K.、Sakatani N.、Kadono T.、Arakawa M.、Honda R.、Wada K.、Shirai K.、Shimaki Y.、Ishibashi K.、Yokota Y.、Saiki T.、Imamura H.、Tsuda Y.、Nakazawa S.、Takagi Y.、Hayakawa M.、Yano H.、Okamoto C.、Iijima Y.、Morota T.、... 、Sugita S.
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 74 Pages: －
  • DOI: 10.1186/s40623-022-01713-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pebbles and sand on asteroid (162173) Ryugu: In situ observation and particles returned to Earth (2022)
  • Author(s): Tachibana S.、Sawada H.、Okazaki R.、Takano Y.、Sakamoto K.、Miura Y. N.、Okamoto C.、Yano H.、Yamanouchi S.、Michel P.、Zhang Y.、Schwartz S.、Thuillet F.、Yurimoto H.、Nakamura T.、Noguchi T.、Yabuta H.、Naraoka H.、Tsuchiyama A.、Imae N.、... 、Watanabe S.、Tsuda Y.
  • Journal Title: Science Volume: 375 Pages: 1011～1016
  • DOI: 10.1126/science.abj8624
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Measurement of surface deformation and cohesion of a granular pile under the effect of centrifugal force (2021)
  • Author(s): Irie Terunori、Yamaguchi Ryusei、Watanabe Sei-ichiro、Katsuragi Hiroaki
  • Journal Title: Measurement Science and Technology Volume: 32 Pages: 125301～125301
  • DOI: 10.1088/1361-6501/ac1b25
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Deformation of a rotated granular pile governed by body-force-dependent friction (2021)
  • Author(s): Irie Terunori、Yamaguchi Ryusei、Watanabe Sei-ichiro、Katsuragi Hiroaki
  • Journal Title: Physical Review E Volume: 104 Pages: －
  • DOI: 10.1103/PhysRevE.104.064902
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Geologic History and Crater Morphology of Asteroid (162173) Ryugu (2021)
  • Author(s): Cho Y.、Morota T.、Kanamaru M.、Takaki N.、Yumoto K.、Ernst C. M.、Hirabayashi M.、Barnouin O. S.、Tatsumi E.、Otto K. A.、Schmitz N.、Wagner R. J.、Jaumann R.、Miyamoto H.、Kikuchi H.、Hemmi R.、Honda R.、Kameda S.、Yokota Y.、Kouyama T.、... 、Sugita S.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Planets Volume: 126 Pages: －
  • DOI: 10.1029/2020JE006572
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] SPH simulations for shape deformation of rubble-pile asteroids through spinup: The challenge for making top-shaped asteroids Ryugu and Bennu (2021)
  • Author(s): Sugiura Keisuke、Kobayashi Hiroshi、Watanabe Sei-ichiro、Genda Hidenori、Hyodo Ryuki、Inutsuka Shu-ichiro
  • Journal Title: Icarus Volume: 365 Pages: 114505～114505
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2021.114505
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] YORP Effect on Asteroid 162173 Ryugu: Implications for the Dynamical History (2021)
  • Author(s): Kanamaru Masanori、Sasaki Sho、Morota Tomokatsu、Cho Yuichiro、Tatsumi Eri、Hirabayashi Masatoshi、Hirata Naru、Senshu Hiroki、Shimaki Yuri、Sakatani Naoya、Tanaka Satoshi、Okada Tatsuaki、Usui Tomohiro、Sugita Seiji、Watanabe Sei‐ichiro
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Planets Volume: 126 Pages: －
  • DOI: 10.1029/2021JE006863
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Construction of the local digital elevation models of the asteroid Ryugu by structure-from-motion method (2023)
  • Author(s): Y. Aikyo, T. Morota, S. Sugita, Y. Cho, N. Hirata, T. Michikami, R. Honda, E. Tatsumi, N. Sakatani, S. Kameda, M. Yamada, Y. Yokota, M. Matsuoka, C. Honda, T. Kouyama, H. Suzuki, M. Hayakawa, K. Yoshioka, K. Ogawa
  • Organizer: 54th Lunar and Planetary Science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Formation and evolution of planetesimals revealed from the Hayabusa2 mission (2023)
  • Author(s): Sei-ichiro Watanabe
  • Organizer: 82nd Fujihara Seminar
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 粉体ヒープの回転による付着力評価 (2022)
  • Author(s): 入江輝紀，山口隆正，渡邊誠一郎，桂木洋光
  • Organizer: 日本物理学会 第77回年次大会
• [Presentation] 2次元回転砂山の変形と摩擦角の体積力依存性 (2022)
  • Author(s): 桂木洋光, 入江輝紀, 渡邊誠一郎, 山口隆正
  • Organizer: 日本物理学会 2022年秋季大会
• [Presentation] はやぶさ2 ONC画像から構築したリュウグウ表面ローカル三次元地形モデルの精度評価と微小地形の計測 (2022)
  • Author(s): 愛敬雄太，諸田智克，杉田精司，長勇一郎，平田成，本田理恵，巽瑛理，坂谷尚哉，亀田真吾，山田学，横田康弘，松岡萌，本田親寿，神山徹，鈴木秀彦，早川雅彦，吉岡和夫，小川和律，澤田弘崇
  • Organizer: 日本惑星科学会2022年秋季講演会
• [Presentation] 自転変化に伴うリュウグウの表層進化 (2022)
  • Author(s): 渡邊誠一郎，山田理央奈，諸田智克
  • Organizer: 日本惑星科学会2022年秋季講演会
• [Presentation] Scientific discoveries of the Hayabusa2 mission, sample return from asteroid Ryugu (2022)
  • Author(s): Sei-ichiro Watanabe
  • Organizer: 31th General Assembly, Inrernational Astronomical Union
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Surface age of Ryugu's boulders based on small crater statistics (2021)
  • Author(s): Y. Takai, T. Morota
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Orientaions of boulders and relationship with gravitational slope on asteroid Ryugu: implications for surface evolution (2021)
  • Author(s): T. Ebihara, T. Morota
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2021
  • Int'l Joint Research