超高速レーザー銃実験による惑星間衝突の実験的研究

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21244069
• Research Institution: Chiba Institute of Technology
• Principal Investigator: 松井 孝典 千葉工業大学, 惑星探査研究センター, 所長 (80114643)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 杉田 精司 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (80313203) ; 門野 敏彦 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 准教授 (60359198) ; 中村 昭子 神戸大学, 大学院・理学研究科, 准教授 (40260012) ; 荒川 政彦 神戸大学, 大学院・理学研究科, 教授 (10222738)
• Keywords: レーザー銃 / 惑星進化 / 天体衝突 / 衝突蒸気雲 / 衝撃波 / 高速分光法 / 原子分光法 / 状態方程式

Research Abstract

最終年度の本年度には、阪大レーザー研の大型レーザーを用い、レーザー干渉計測(VISAR)による正確な衝撃波速度計測を行いつつ、前年度までに確立させた発光分光計測を同時に実施した。これにより、様々な衝突速度におけるユゴニオ圧縮曲線上の定積比熱の計測および断熱減圧後に生じるイオン種・中性原子種の同定が可能となった。さらに、我々はユゴニオ曲線上の計測データのみを用いて高精度な状態方程式を構成できる手法を確立させた。この手法を用いて、実験結果から新しい状態方程式を構成し、従来用いられてきた精密な状態方程式(e.g.,M-ANEOS,SESAME)との比較が可能となった。解析結果は、実験を行ったquartz,diopside,forsteriteの3つの鉱物のいずれについても、100-300GPa以上の高い衝撃圧力において、Dulong-Petiteの定積比熱(3R)を大きく上回ることを示した。また、このような比熱上昇が見られる条件においては、断熱減圧後に強いイオン輝線が観測されることも明らかとなった。さらに、計算結果は、この圧力領域でR程度の比熱に相当する熱が電子比熱としてシリケイトの比熱上昇に寄与することを明らかにした。高衝撃圧力条件下における高い比熱は、衝突蒸発効率が従来モデルよりはるかに高いことを示唆する。衝突蒸発効率が非常に高い場合には、惑星間衝突によって生じる衝突蒸気雲が宇宙空間に従来モデルの予測よりはるかに高い速度で膨張し、大スケールのsub-μmダストプリューム形成に繋がる。これは、最近のSpitzer望遠鏡による発見を説明できる可能性がある。その一方で、集積中の地球に起きたことが推定される巨大衝突によって形成する周地球円盤の蒸発率は非常に高くなる傾向を持つことになるため、月が形成できる条件は従来の理論予測より狭いものとなる可能性がある。

Research Products

• [Journal Article] A new spectral calculation scheme for long-term deformation of Maxwellian planetary bodies (2012)
  • Author(s): Kamata, S., S. Sugita, and Y. Abe
  • Journal Title: J. Geophys. Res Volume: 117 Pages: E02004
  • DOI: doi:10.1029/2011JE003945
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Shock-induced silicate vaporization : The role of electrons (2012)
  • Author(s): Kurosawa, K., T.Kadono, S.Sugita, K.Shigemori, T.Sakaiya, Y.Hironaka, N.Ozaki, A.Shiroshita, Y.Cho, S.Tachibana, T.Vinci, S.Ohno, R.Kodama, T.Matsui
  • Journal Title: Journal of Geophysical Resarch Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A ground-based observation of the LCROSS impact events using the Subaru Telescope (2011)
  • Author(s): Hong, P. K., S. Sugita, N. Okamura, Y. Sekine, H. Terada, N. Takatoh, Y. Hayano, T. Fuse, T.-S. Pyo, H. Kawakita, D. H. Wooden, E. F. Young, P. G. Lucey, K. Kurosawa, H. Genda, J. Haruyama, R. Furusho, T. Kadono, R. Nakamura, S. Kamata, T. Hamura, T. Sekiguchi, M. Soma, H. Noda, J. Watanabe
  • Journal Title: Icarus Volume: 214 Pages: 21-29
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 火星のアストロバイオロジー探査はどこまで進んだか (2011)
  • Author(s): 杉田精司
  • Journal Title: 地球化学 Volume: 45 Pages: 181-197
• [Journal Article] Bayesian Spectral Deconvolution with Exchange Monte Carlo Method (2011)
  • Author(s): Nagata, K., S.Sugita, M.Okada
  • Journal Title: Neural Networks Volume: 28 Pages: 82-89
  • DOI: 10.1016/j.neunet.2011.12.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Semi-Analytical On-Hugoniot EOS of Condensed Matter using a Up-Us relation (2011)
  • Author(s): Sugita, S., K.Kurosawa, T.Kadono
  • Journal Title: Proc.17th APS Topical Conf.on Shock Compression of Condensed Matter Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Time-resolved spectroscopic observations of shock-induced silicate ionization (2011)
  • Author(s): Kurosawa, K., T.Kadono, S.Sugita, K.Shigemori, Y.Hironaka, N.Ozaki, T.Sakaiya, A.Shiroshita, Y.Cho, S.Fujioka, S.Tachibana, T.Vinci, S.Ohno, R.Kodama, T.Matsui
  • Journal Title: Proc.17th APS Topical Conf.on Shock Compression of Condensed Matter Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Flyer acceleration by high-power laser and impact experiments at velocities higher than 10km/s (2011)
  • Author(s): Kadono, T., T.Sakaiya, Y.Hironaka, T.Watari, K.Otani, T.Sano, T.Fujiwara, T.Mochiyama, M.Arakawa, S.Takasawa, A.M.Nakamura, K.Kurosawa, T.Hamura, S.Ohno, S.Sugita, T.Matsui, H.Nagatomo, S.Fujioka, K.Shigemori
  • Journal Title: Proc.17th APS Topical Conf.on Shock Compression of Condensed Matter Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct measurement of chemical composition of SO_x in Impact vapor using a laser gun (2011)
  • Author(s): Ohno, S., T.Kadono, K.Kurosawa, T.Hamura, T.Sakaiya, S.Sugita, K.Shigemori, Y.Hironaka, T.Watari, T.Matsui
  • Journal Title: Proc.17th APS Topical Conf.on Shock Compression of Condensed Matter Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] EPOXI : Comet 103P/Hartley 2 Observations from a worldwide campaing (2011)
  • Author(s): Meech, K.J., et al., 共著197人中160番目S.Sugita
  • Journal Title: Astrophysics Journal Pages: L1-L9
  • DOI: 10.1088/2041-8205/734/1/L1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Replacement and late formation of atmospheric N_2 on undifferentiated Titan by impacts (2011)
  • Author(s): Sekine, Y., H.Genda, S.Sugita, T.Kadono, T.Matsui
  • Journal Title: Nature Geoscience Volume: 4 Pages: 359-362
  • DOI: 10.1038/ngeo1147
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Young mare volcanism in the orientale region contemporary with ～2Ga PKT volcanism peak period (2012)
  • Author(s): Cho, Y., T.Morota, M.Yasui, N.Hirata, J.Haruyama, S.Sugita
  • Organizer: Lunar Planet.Sci.Conference., XXXXIII
  • Place of Presentation: The Woodlands, Texas, U.S.A
  • Year and Date: 2012-03-22
• [Presentation] A ground-hugging downrange vapor cloud due to oblique impacts (2012)
  • Author(s): Hamura, T., K.Kurosawa, S.Hasegawa, S.Sugita
  • Organizer: Lunar Planet.Sci.Conference., XXXXIII
  • Place of Presentation: The Woodlands, Texas, U.S.A
  • Year and Date: 2012-03-22
• [Presentation] Analysis method for minerals with laser-induced breakdown, spectroscopy (LIBS) for in-situ lunar mineral measurement (2012)
  • Author(s): Ishibashi, K., T.Arai, K.Wada, M.Kobayashi, S.Ohno, H.Senshu, N.Namiki, T.Matsui, S.Kameda, Y.Cho, S.Sugita
  • Organizer: Lunar Planet.Sci.Conference., XXXXIII
  • Place of Presentation: The Woodlands, Texas, U.S.A
  • Year and Date: 2012-03-22
• [Presentation] Impact-induced sulfur release from a carbonaceous chondritic impactor : implication to the K/PG event (2012)
  • Author(s): Ohno, S., T.Kadono, K.Kurosawa, T.Sakaiya, H.Yabuta, K.Shigemori, Y.Hironaka, T.Sano, T.Hamura, S.Sugita, T.Arai, T.Matsui
  • Organizer: Lunar Planet.Sci.Conference., XXXXIII
  • Place of Presentation: The Woodlands, Texas, U.S.A
  • Year and Date: 2012-03-22
• [Presentation] 3-μM spectroscopic observations of asteroid 21 LUTETIA using AKARI satellite (2012)
  • Author(s): Okamura, N., S.Hasegawa, T.Hiroi, T.Ootsubo, T.G.Muller, F.Usui, S.Sugita
  • Organizer: Lunar Planet.Sci.Conference., XXXXIII
  • Place of Presentation: The Woodlands, Texas, U.S.A
  • Year and Date: 2012-03-22
• [Presentation] A High-Precision Semi-Analytical on-Hugoniot EOS for Geologic Materials (2012)
  • Author(s): Sugita, S., K.Kurosawa, T.Kadono, T.Sano
  • Organizer: Lunar Planet.Sci.Conference., XXXXIII
  • Place of Presentation: The Woodlands, Texas, U.S.A
  • Year and Date: 2012-03-20
• [Presentation] Shock-induced decarbonation in an open system using a 2-stage light gas gun (2012)
  • Author(s): Kurosawa, K., S.Ohno, S.Sugita, T.Mieno, S.Hasegawa
  • Organizer: Lunar Planet.Sci.Conference., XXXXIII
  • Place of Presentation: The Woodlands, Texas, U.S.A
  • Year and Date: 2012-03-20
• [Presentation] sensitivity to atmospheric methane abundance and the implications for multiple stable states of Titan's climate system (2012)
  • Author(s): Larson, E., Y.Sekine, S.Sugita, T.Sasamori, C.McKay, Tholin
  • Organizer: Lunar Planet.Sci.Conference., XXXXIII
  • Place of Presentation: The Woodlands, Texas, U.S.A
  • Year and Date: 2012-03-20