粒子物性評価に基づく月面表層土堆積過程の解明とその応用

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22340158
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 松島 亘志 筑波大学, システム情報系, 准教授 (60251625)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐伯 和人 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (50292363) ; 大竹 真紀子 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部, 助教 (30373442)
• Keywords: 月面表層土の堆積構造 / アポロ計画回収サンプル / かぐや / 惑星表面の反射スペクトル / SPring-8 / マイクロX線CT / 個別要素法(DEM) / 分光解析

Research Abstract

本研究の目的は、米国アポロ計画で回収された月面表層土の粒子物性を高精度に計測し、それを基にした粒子シミュレーションを行うことによって、月面表層の堆積過程を定量的に明らかにし、得られた堆積構造情報をかぐやの月全球情報と組み合わせて、惑星表面の反射率補正の高精度化、クレーター形成定量評価による深さ方向物質分布の解明、将来の将来の月面探査のためのローバー走行性などの検証を行うことである。本年度の研究成果は以下の通りである。
(1)SPring-8にて撮影された月面表層土サンプルの高解像度CT画像を解析し、粒子サイズ、粒子形状および粒子内部構造の統計データを取得し、それらの特徴を把握した。
(2)地盤工学における標準砂などを用いて、複雑な粒子形状を有する粒子集合体の個別要素法解析の定量性の検討、粒度分布が及ぼす影響などを検討した。
(3)かぐやデータ解析に用いる比較データ取得のための地上反射スペクトル取得準備を行った。具体的には、月面模擬サンプルの準備として米国ワイオミング州の斜長岩の岩石薄片を作成し、光学顕微鏡による岩石組織等の観察を行った。なお、模擬サンプルの地上反射スペクトル取得実験は、震災の影響でH23年度の作業とすることとした。(予算の繰越申請済み)
(4)かぐやデータ解析を行いて月面マップの作成作業を進めた。
(5)位相角可変分光装置を製作した。光源の選択やフィルタ設定、レンズ組み合わせ、試料台等を、本研究目的に適合するように特注し、本年度で完成した。また、暗室などの周辺設備も整え、様々な試料を様々な観測幾何条件で分光測定できるようになった。
(6)月の斜長岩の反射スペクトル形状を変える要因の一つと考えられる、含有微量鉄の酸化還元状態変化を、酸化還元電気炉を使って強制的に起こす実験を行った。結果、月面の還元的な環境下でも二価鉄に起因する吸収は保存される可能性が高いことがわかった。

Research Products

• [Journal Article] Mechanical aspects of non-convex shaped particle in sheared granular assembly (2011)
  • Author(s): Matsushima, T., Chang, C.-S.
  • Journal Title: Granular Matter Volume: (accepted)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Timing and characteristics of the latest mare eruption on the Moon (2011)
  • Author(s): T.Morota, J.Haruyama, M.Ohtake, T.Matsunaga, C.Honda, Y.Yokota, J.Kimura, Y.Ogawa, N.Hirata, H.Demura, A.Iwasaki, T.Sugihara, K.Saiki, R.Nakamura, S.Kobayashi, Y.Ishihara, H.Takeda, H.Hiesinger
  • Journal Title: Earth and Planetary Science Letters Volume: 302 Pages: 255-266
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 月面表層土の粒子特性とバルクの力学特性 (2010)
  • Author(s): 松島亘志,片桐淳,上田高生,佐伯和人,土`山明,大竹真紀子
  • Journal Title: 日本惑星科学会誌 Volume: 19,2 Pages: 105-111
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Simple shear simulation of 3D irregularly-shaped particles by image-based DEM (2010)
  • Author(s): Katagiri, J., Matsushima, T., Yamada, Y.
  • Journal Title: Granular Matter Volume: 12(5) Pages: 491-497
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of particle size ratio on shear strength of dense binary mixtures (2010)
  • Author(s): Ueda, T., Matsushima, T., Yamada, Y.
  • Journal Title: Geomechanics and Geotechnics : From Micro to Macro(Jiang, Liu, Bolton eds) Volume: 1 Pages: 507-512
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 粒子サイズおよび粒子形状が粒状体のせん断強度に及ぼす影響の定量評価 (2010)
  • Author(s): 片桐淳, 福田和彰, 松島亘志, 山田恭央
  • Journal Title: 第59回理論応用力学講演会講演論文集 Volume: 1 Pages: 323-324
• [Journal Article] 2粒度粒状体のせん断層厚に関するDEMシミュレーション (2010)
  • Author(s): 上田高生, 松島亘志, 山田恭央
  • Journal Title: 第59回理論応用力学講演会講演論文集 Volume: 1 Pages: 307-308
• [Presentation] Vertical compositional trend within the lunar highland crust (2011)
  • Author(s): Makiko Ohtake, Tsuneo Mastunaga, Hiroshi Takeda, Yasuhiro Yokota, Satoru Yamamoto, Tomokatsu Morota, Yoshiko Ogawa, Takahiro Hiroi, Ryosuke Nakamura, Junichi Haruyama
  • Organizer: 42nd LPSC
  • Place of Presentation: The woodlands, texas, U.S.A.
  • Year and Date: 20110307-20110311
• [Presentation] Progress Report on Landing Site Evaluation for the Next Japanese Lunar Exploration Project : SELENE-2 (2010)
  • Author(s): Saiki, K., Arai, T., Araki, H., Ishihara, Y., Ohtake, M., Karouji, Y., Kobayashi, N., Sugihara, T., Haruyama, J., Honda, C.
  • Organizer: American Geophysical Union Fall Meeting 2010
  • Place of Presentation: Moscone convention center, San Francisco, USA
  • Year and Date: 20101213-20101217
• [Presentation] Liquefaction and resolidification of dense granular assembly (2010)
  • Author(s): Takashi Matsushima
  • Organizer: Recent Progress in Physics of Dissipative Particles.-From fine powders to macroscopic behaviors of granular particles-
  • Place of Presentation: Yukawa Institute for The oretical Physics (YITP), Kyoto University(招待講演)
  • Year and Date: 2010-11-24
• [Presentation] Granular mechanics research with micro-X ray CT (2010)
  • Author(s): T. Matsushima
  • Organizer: The 1st international Workshop on X-ray CT Visualization for Socio-Cultural Engineering & Environmental Materials
  • Place of Presentation: Kumamoto University, Kumamoto, JAPAN
  • Year and Date: 2010-11-18
• [Presentation] 月の斜長石の反射スペクトルにおける1.25μm吸収帯と含有微量Feとの関係 (2010)
  • Author(s): 神前喬, 佐伯和人, 下林典正, 大竹真紀子, 荒井朋子, 玉山明
  • Organizer: 日本惑星科学会秋期講演会
  • Place of Presentation: 名古屋大学,愛知県名古屋市
  • Year and Date: 2010-10-07
• [Presentation] 次期月探査計画SELENE-2の着陸地点検討報告 (2010)
  • Author(s): 佐伯和人, 荒井朋子, 荒木博志, 石原吉明, 大竹真紀子, 唐牛譲, 小林直樹, 杉原孝充, 春山純一, 本田親寿
  • Organizer: 日本惑星科学会秋期講演会
  • Place of Presentation: 名古屋大学,愛知県名古屋市
  • Year and Date: 2010-10-07
• [Presentation] 3D particle characterization of geomaterials and its application to DEM simulation (2010)
  • Author(s): Takashi Matsushima
  • Organizer: Particulate Materials in Extreme Environments, PMEE 2010
  • Place of Presentation: Lawrence Livermore National Laboratory, CA, USA(招待講演)
  • Year and Date: 2010-09-20
• [Presentation] A Micromechanics-based Constitutive Model of Granular Assemblies with Force-Chain Buckling Mechanism (2010)
  • Author(s): Takashi Matsushima
  • Organizer: EMI2010 : Annual conference of Engineering Mechanics Institute, ASCE
  • Place of Presentation: Univ.of Southern California, USA
  • Year and Date: 2010-08-09
• [Presentation] 月高地地殻の化学組成推定 (2010)
  • Author(s): 大竹真紀子, 武田弘, 松永恒雄, 春山純一, 諸田智克, 山本聡, 横田康弘, 中村良介
  • Organizer: 月・惑星シンポジウム論文集
  • Place of Presentation: 宇宙科学研究所,神奈川県
  • Year and Date: 2010-08-04
• [Presentation] Shear band formation due to the degradation of granular structure (2010)
  • Author(s): T. Matsushima
  • Organizer: WCCM2010 (9th World Congress on Computational Mechanics)
  • Place of Presentation: Sydney Convention and Exhibition Centre, Australia
  • Year and Date: 2010-07-19