フラッシュX線を用いた衝突破壊の観測と小惑星サイズ頻度分布の衝突進化への応用

• 研究課題/領域番号: 16H04041
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 固体地球惑星物理学
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 荒川 政彦 神戸大学, 理学研究科, 教授 (10222738)
• 研究分担者: 大槻 圭史 神戸大学, 理学研究科, 教授 (00250910) ; 長澤 真樹子 久留米大学, 医学部, 教授 (00419847)
• 研究協力者: Jutzi Martin ; 保井 みなみ ; 岡崎 昌志 ; 中村 誠人 ; 長野 巧 ; 末次 竜
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円); 2018年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2017年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2016年度: 11,830千円 (直接経費: 9,100千円、間接経費: 2,730千円)
• キーワード: 衝突破壊強度 / 小惑星 / フラッシュX線 / 脱出速度 / 重力支配域 / 再集積天体 / 多孔質天体 / 空隙率 / 引っ張り強度 / 衝突再集積 / フラッシュＸ線 / 小惑星サイズ頻度分布 / 微惑星 / 物質強度 / 内部摩擦 / 粘性 / 衝突破片速度分布 / サイズ頻度分布 / カタストロフック破壊 / 二段式軽ガス銃 / 惑星形成・進化 / 固体惑星・衛星・小惑星 / 惑星探査

研究成果の概要

重力支配域における小惑星の衝突破壊強度を調べるために高速度衝突実験を行った。この研究では、異なる引っ張り強度や空隙率を持つ小惑星模擬試料に対してカタストロフィック破壊実験を行い、その時の様子をフラッシュX線により観測して、破片質量と速度の関係を調べた。その結果、初期標的質量の半分の質量が持つ速度の上限値である中間速度を求めた。この中間速度はエネルギー密度と伴に単純増加するが、引っ張り強度には依存しない。一方、中間速度は空隙率には強い依存性を持ち、50%の空隙率を持つ試料では約1/3となる。この中間速度を用いて、C型やS型などの様々な小惑星の重力支配域での衝突破壊強度を推定することができる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

数値計算と室内実験を比較・検討することで理論モデルの妥当性を評価することが可能となり、今回求めた「重力支配域の衝突破壊強度」は、従来得られていた原始惑星形成時間や惑星への衝突天体サイズ、小天体の衝突破壊進化過程に影響を与え、これらの見直しを迫る結果である。さらに、重力支配域の天体衝突において衝突破壊強度の構成物質依存性が明らかになったので、微惑星（数km）から準惑星（1000km）への衝突集積モデルの再検討が可能となった。また、小惑星帯には構成物質が異なる複数タイプの小惑星が存在することが知られているが、今回の結果からタイプ毎の小惑星のサイズ頻度分布について新しい仮説の提案が可能となった。

研究成果

• [国際共同研究] University of Bern(スイス)
• [雑誌論文] Thermal conductivity of lunar regolith simulant JSC-1A under vacuum (2018)
  • 著者名/発表者名: Sakatani, N., Ogawa, K., Arakawa, M., and Tanaka, S.
  • 雑誌名: Icarus 巻: 309 ページ: 13-24
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2018.02.027
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Thermal conductivity model for powdered materials under vacuum based on experimental studies (2017)
  • 著者名/発表者名: Sakatani N.、Ogawa K.、Iijima Y.、Arakawa M.、Honda R.、Tanaka S.
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 7 号: 1 ページ: 015310-015310
  • DOI: 10.1063/1.4975153
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 雪を通過する物体にかかる抵抗 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松本 学, 荒川 政彦, 前野 紀一
  • 雑誌名: 雪氷 巻: 79 ページ: 403-414
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal conductivity model for powdered materials under vacuum based on experimental studies (2017)
  • 著者名/発表者名: Sakatani, N.;Ogawa, K.;Arakawa, M.;Iijima, Y.;Honda, R.;Tanaka, S.
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 7 ページ: 015310-015310
  • 査読あり
• [雑誌論文] Performance of Hayabusa2 DCAM3-D camera for short-range imaging of SCI and ejecta curtain generated from the artificial impact crater formed on asteroid 162137 Ryugu (1999 JU3) (2016)
  • 著者名/発表者名: Arakawa, M.;Wada, K.;Saiki, T.;Kadono, T.;Takagi, Y.;Shirai, K.;Okamoto, C.;Yano, H.;Hayakawa, M.;Nakazawa, S.;Hirata, N.;Kobayashi, M.;Michel, P.;Jutzi, M.;Imamura, H.;Ogawa, K.;Sakatani, N.;Iijima, Y.;Honda, R.;Ishibashi, K.;Hayakawa, H.;Sawada, H.
  • 雑誌名: Space Science Review 巻: - 号: 1-4 ページ: 1-26
  • DOI: 10.1007/s11214-016-0290-z
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Recovery of shocked samples from ~100 GPa to Hugoniot elastic limit (2016)
  • 著者名/発表者名: Nagaki, K., T. Kadono, T. Sakaiya, T. Kondo, K. Kurosawa, Y. Hironaka, K. Shigemori, and M. Arakawa
  • 雑誌名: Meteoritics and Planetary Science 巻: 印刷中 号: 6 ページ: 1153-1162
  • DOI: 10.1111/maps.12654
  • 査読あり
• [雑誌論文] Compressional stress effect on thermal conductivity of powdered materials: Measurements and their implication to lunar regolith (2016)
  • 著者名/発表者名: Nagoya Sakatani, Kazunori Ogawa, Yu-ichi Iijima, Masahiko Arakawa, Satoshi Tanaka
  • 雑誌名: Icarus 巻: 267 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2015.12.012
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Experimental study on scaling laws for high-velocity impact phenomena on water ice targets (2018)
  • 著者名/発表者名: Masahiko Arakawa
  • 学会等名: 9th Workshop on Catastrophic Disruption in the Solar System
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Impact experiments on porous gypsum and glass simulating rocky planetesimals and proto planets: Collisional properties in oblique impacts (2018)
  • 著者名/発表者名: Yasui, M., Arakawa, M., Yoshida, Y., Matsue, K., Takano, S., and Ogawa, K.
  • 学会等名: 9th Workshop on Catastrophic Disruption in the Solar System
  • 国際学会
• [学会発表] 高空隙率シリカ層への衝突実験とクレータリングにおける空隙率の効果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石黒琢也，荒川政彦，保井みなみ
  • 学会等名: 日本惑星科学会2018年度秋季講演会
• [学会発表] 異なる粒径をもつ粒子の混合層へのクレーター形成実験：小惑星Ryugu上のクレーター地形との比較 (2018)
  • 著者名/発表者名: 保井みなみ，荒川政彦
  • 学会等名: 日本惑星科学会2018年度秋季講演会
• [学会発表] 多孔質天体上に形成する衝突クレーター周囲の衝突残留温度に関する実験的研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田澤拓，橋本涼平，小川和律，荒川政彦，保井みなみ
  • 学会等名: 日本惑星科学会2018年度秋季講演会
• [学会発表] 多孔質氷への高速度クレーター形成実験：クレーターサイズスケール則に対する衝突溶融の影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮野加菜，保井みなみ，荒川政彦
  • 学会等名: 日本惑星科学会2018年度秋季講演会
• [学会発表] 低強度粗粒レゴリスを用いた衝突実験：クレータースケール則と衝突励起振動に対する粒子強度の影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山本裕也，荒川政彦，保井みなみ
  • 学会等名: 日本惑星科学会2018年度秋季講演会
• [学会発表] High-velocity impact experiments on porous gypsum simulating C-type asteroids: In-situ measurements of post shock temperature around impact crater (2018)
  • 著者名/発表者名: 保井みなみ，橋本涼平，荒川政彦，小川和律
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
  • 国際学会
• [学会発表] フラッシュX線を用いた凍結粘土の衝突破壊過程のその場観察 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡崎昌志，荒川政彦，保井みなみ
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] Experimental study on crater size scaling law of porous silica layer (2018)
  • 著者名/発表者名: 石黒琢也，荒川政彦，保井みなみ
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
  • 国際学会
• [学会発表] 多孔質氷天体上への高速度クレーター形成実験：サイズスケール則に対する衝突溶融度の影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮野加菜，保井みなみ，荒川政彦
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] 多孔質石膏により弱く結合した石英砂ブロックへのクレーター形成実験：弱強度支配域のクレータースケール則 (2018)
  • 著者名/発表者名: 杉村瞭，石黒琢也，保井みなみ，荒川政彦
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] 氷微惑星を模擬した氷球の斜め衝突実験 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中村誠人，荒川政彦，保井みなみ
  • 学会等名: 本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] すばる望遠鏡Hyper Suprime-Cam によるケンタウルス族のカラー測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐久川遥、寺居剛、大槻圭史、吉田二美
  • 学会等名: 日本天文学会春季講演会
• [学会発表] Thermal conductivity model for powdered materials under vacuum based on experimental studies (2017)
  • 著者名/発表者名: Sakatani, N., Ogawa, K., Iijima, Y., Arakawa, M., Honda, R., and Tanaka, S.
  • 学会等名: 48th Lunar and Planetary Science Conference
  • 発表場所: The Woodlands (Texas, U.S.A.)
  • 年月日: 2017-03-20
  • 国際学会
• [学会発表] フラッシュX線を用いた衝突破壊現象の観測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡崎昌志, 荒川政彦, 保井みなみ, 長谷川直
  • 学会等名: 日本惑星科学会2017年度秋季講演会
• [学会発表] 石英砂への高速度クレーター形成実験：クレーターサイズとエジェクタ速度分布スケール則構築 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松榮一真, 和田浩二, 荒川政彦, 辻堂さやか
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] 含水率を変化させた粒子層への高速度衝突クレーター形成実験 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田澤拓, 荒川政彦, 松榮一真
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
• [学会発表] 隕石を模擬した試料の衝突破壊強度の確率分布と小惑星強度のサイズ依存性への応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 長友文哉, 荒川政彦, 岡本千里
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
• [学会発表] 高空隙率シリカ層への衝突実験と空隙率を考慮したクレーターサイズスケール則の構築 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石黒 琢也, 荒川 政彦
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
• [学会発表] Effect of oblique impact on impact strength of planetesimals (2016)
  • 著者名/発表者名: Yasui, M., Yoshida, Y., Matsue, K., Takano, S., Arakawa, M., Ogawa, K., and Okamoto, C.
  • 学会等名: DPS 48/EPSC 11 Meeting
  • 発表場所: Pasadena ( CA, U.S.A.)
  • 年月日: 2016-10-16
  • 国際学会
• [学会発表] 模擬氷天体地殻を用いた強度支配域のクレータースケール則に関する実験的研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高野翔太，荒川政彦，保井みなみ，長谷川直，千秋博紀
  • 学会等名: 日本惑星科学会2016年度秋季講演会
  • 発表場所: ノートルダム清心女子大学、(岡山県岡山市）
  • 年月日: 2016-09-12
• [学会発表] エジェクタ速度分布スケール則の構築とはやぶさ2インパクター衝突による地形変化領域の考察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松榮一真，荒川政彦，保井みなみ，辻堂さやか，長谷川直
  • 学会等名: 日本惑星科学会2016年度秋季講演会
  • 発表場所: ノートルダム清心女子大学、(岡山県岡山市）
  • 年月日: 2016-09-12
• [学会発表] 石英ガラス球の衝突破壊実験における斜め衝突の効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉田優作，荒川政彦，保井みなみ，小川和律，岡本千里
  • 学会等名: 日本惑星科学会2016年度秋季講演会
  • 発表場所: ノートルダム清心女子大学、(岡山県岡山市）
  • 年月日: 2016-09-12
• [学会発表] レゴリス層を模擬した粉粒体を伝播する衝突励起振動に関する実験的研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松榮一真，荒川政彦，保井みなみ，高野翔太，長谷川直
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2016年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ (千葉県幕張市)
  • 年月日: 2016-05-22
• [学会発表] High velocity impact experiments for frozen sands related to crater scaling laws in strength regime (2016)
  • 著者名/発表者名: 高野翔太，荒川政彦，保井みなみ，松榮一真，長谷川直
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2016年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ (千葉県幕張市)
  • 年月日: 2016-05-22
• [学会発表] 岩石天体の衝突破壊に対する斜め衝突の効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉田優作，荒川政彦，保井みなみ，小川和律，岡本千里
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2016年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ (千葉県幕張市)
  • 年月日: 2016-05-22
• [備考] 実験惑星科学教育研究分野 神戸大学 大学院理学研究科 惑星学専攻
  • URL: http://epsl.sakura.ne.jp/EPSL-Kobe/Welcome.html