コマ型小惑星の形状形成過程と地形緩和過程の解明

• 研究課題/領域番号: 19H01951
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分17010:宇宙惑星科学関連
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 渡邊 誠一郎 名古屋大学, 環境学研究科, 教授 (50230967)
• 研究分担者: 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)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円); 2021年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2020年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2019年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
• キーワード: 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 / 小惑星探査 / 小惑星リュウグウ / ラブルパイル天体 / 高速自転天体 / 太陽系形成論 / 高速度回転装置

研究開始時の研究の概要

惑星の材料となった微惑星の力学的性質を知るには、小惑星探査の情報が非常に重要で
ある。特徴的なコマ型形状をした小惑星リュウグウおよびBennuのはやぶさ2およびOSIRIS-RExによる表面画像から、形状・地形の形成・進化過程と岩塊（boulders）の分布・移動を可能な限り読み出す。かつての天体の高速自転によって、このコマ型形状と岩塊の一様かつ高密度な分布が作られるかを室内粉体実験と計算機シミュレーションから明らかにする。また、自転周期が長くなった後のコマ型形状の天体衝突による変化過程が、衝撃波の減衰率への依存性も調べる。これらの結果から微小重力天体の形状形成とその後の変化を明らかにする。

研究成果の概要

低重力小天体では、構成粒子間の数Pa以上の凝集力による実効的摩擦力が働けば、高速自転時に地滑りによりコマ型の形状ができることを明らかにした。地滑りは表層部に限定されることを室内実験およびリュウグウでの流動岩塊のサイズ依存性の解析から明らかにした。また、最終形状は重力・遠心力・摩擦力のつりあいで精度良く記述できることを実験的に示した。さらに隕石衝突励起震動によって、小クレーターの緩和や表面流動の存在を明らかにした。リュウグウは約1000万年前の高速自転時に地滑りでコマ型形状となった後、YORP効果でスピンダウンした結果、近年は赤道から極方向へ、振動で励起された表面流動が起きていると推定される。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究成果の学術的意義は次の点である。(1)高速自転小天体の物理を明らかにするための実験的手法を確立したこと、(2)数値シミュレーション、室内実験、探査データ解析を総合して、太陽系小天体の1つの典型的な形状であるコマ型形状の成因について、蓋然性の高いモデルを提唱したこと、(3)重力・遠心力・摩擦力のつりあいという単純なモデルで瓦礫集積天体の形状が表現できることを明らかにしたこと。
本研究の社会的意義は、国民の高い関心を集めたはやぶさ2による小惑星リュウグウ探査に基づいて、天体形状や岩塊分布といった視覚的にも把握しやすい謎を提示して、高校生でも理解できる説明が可能な結果を得た点にある。

研究成果

• [国際共同研究] DLR(ドイツ)
• [国際共同研究] CNES(フランス)
• [国際共同研究] Univesity of Arizona(米国)
• [雑誌論文] Formation and evolution of carbonaceous asteroid Ryugu: Direct evidence from returned samples (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakamura T.、Matsumoto M.、Amano K.、Enokido Y.、Zolensky M. E.、Mikouchi T.、Genda H.、Tanaka S.、Zolotov M. Y.、Kurosawa K. .. Yabuta H. ... et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 379 号: 6634 ページ: 8671-8671
  • DOI: 10.1126/science.abn8671
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] History-dependent growth and reduction of the ripples formed on a swept granular track (2022)
  • 著者名/発表者名: Hata Shunto、Katsura Makoto、Katsuragi Hiroaki
  • 雑誌名: The European Physical Journal E 巻: 45 号: 1 ページ: 8-8
  • DOI: 10.1140/epje/s10189-022-00165-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] History-dependent deformation of a rotated granular pile governed by granular friction (2022)
  • 著者名/発表者名: Irie Terunori、Yamaguchi Ryusei、Watanabe Sei-ichiro、Katsuragi Hiroaki
  • 雑誌名: Advanced Powder Technology 巻: 33 号: 8 ページ: 103629-103629
  • DOI: 10.1016/j.apt.2022.103629
  • 査読あり
• [雑誌論文] Resurfacing processes constrained by crater distribution on Ryugu (2022)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Icarus 巻: 377 ページ: 114911-114911
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2022.114911
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Particle size distributions inside and around the artificial crater produced by the Hayabusa2 impact experiment on Ryugu (2022)
  • 著者名/発表者名: Ogawa K.、Sakatani N.、Kadono T.、Arakawa M.、Honda R.、Wada K.、et al.
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 74 号: 1 ページ: 153-153
  • DOI: 10.1186/s40623-022-01713-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Pebbles and sand on asteroid (162173) Ryugu: In situ observation and particles returned to Earth (2022)
  • 著者名/発表者名: Tachibana S.、Abe M. et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 375 号: 6584 ページ: 1011-1016
  • DOI: 10.1126/science.abj8624
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Measurement of surface deformation and cohesion of a granular pile under the effect of centrifugal force (2021)
  • 著者名/発表者名: Irie Terunori、Yamaguchi Ryusei、Watanabe Sei-ichiro、Katsuragi Hiroaki
  • 雑誌名: Measurement Science and Technology 巻: 32 号: 12 ページ: 125301-125301
  • DOI: 10.1088/1361-6501/ac1b25
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deformation of a rotated granular pile governed by body-force-dependent friction (2021)
  • 著者名/発表者名: Irie Terunori、Yamaguchi Ryusei、Watanabe Sei-ichiro、Katsuragi Hiroaki
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 104 号: 6 ページ: 064902-064902
  • DOI: 10.1103/physreve.104.064902
  • 査読あり
• [雑誌論文] Geologic History and Crater Morphology of Asteroid (162173) Ryugu (2021)
  • 著者名/発表者名: Cho Y.、Morota T.、Kanamaru M.、Takaki N.、Yumoto K.、Ernst C. M.、et al.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Planets 巻: 126 号: 8
  • DOI: 10.1029/2020je006572
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] SPH simulations for shape deformation of rubble-pile asteroids through spinup: The challenge for making top-shaped asteroids Ryugu and Bennu (2021)
  • 著者名/発表者名: Sugiura Keisuke、Kobayashi Hiroshi、Watanabe Sei-ichiro、Genda Hidenori、Hyodo Ryuki、Inutsuka Shu-ichiro
  • 雑誌名: Icarus 巻: 365 ページ: 114505-114505
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2021.114505
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] YORP Effect on Asteroid 162173 Ryugu: Implications for the Dynamical History (2021)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Planets 巻: 126 号: 12
  • DOI: 10.1029/2021je006863
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Collisional history of Ryugu’s parent body from bright surface boulders (2021)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi E.、Sugimoto C.、Riu L.、... Yabuta, H. ... et al. (75人中67番目)
  • 雑誌名: Nature Astronomy 巻: 5 号: 1 ページ: 39-45
  • DOI: 10.1038/s41550-020-1179-z
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Crater depth-to-diameter ratios on asteroid 162173 Ryugu (2021)
  • 著者名/発表者名: Noguchi Rina、Hirata Naoyuki、Hirata Naru、Shimaki Yuri、Nishikawa Naoki、Tanaka Sayuri、Sugiyama Takaaki、Morota Tomokatsu、Sugita Seiji、Cho Yuichiro、Honda Rie、Kameda Shingo他
  • 雑誌名: Icarus 巻: 354 ページ: 114016-114016
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2020.114016
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Thermally altered subsurface material of asteroid (162173) Ryugu (2021)
  • 著者名/発表者名: Kitazato K.、Milliken R. E.、Iwata T. .. Yabuta, H. ... et al. (101人中76番目)
  • 雑誌名: Nature Astronomy 巻: 5 号: 3 ページ: 246-250
  • DOI: 10.1038/s41550-020-01271-2
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Sample collection from asteroid (162173) Ryugu by Hayabusa2: Implications for surface evolution (2020)
  • 著者名/発表者名: Morota, T., Sugita, S., Cho, Y., Kanamaru, M., Tatsumi, E., Sakatani, N., Honda, R., Hirata, N. et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 368 号: 6491 ページ: 654-659
  • DOI: 10.1126/science.aaz6306
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Spin-driven evolution of asteroids' top-shapes at fast and slow spins seen from (101955) Bennu and (162173) Ryugu (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirabayashi Masatoshi、Nakano Ryota、Tatsumi Eri、Walsh Kevin J.、Barnouin Olivier S.、Michel Patrick、Hartzell Christine M.、Britt Daniel T.、Sugita Seiji、Watanabe Sei-ichiro、Bottke William F.、Scheeres Daniel J.、Ballouz Ronald-Louis、Cho Yuichiro、Morota Tomokatsu、Howell Ellen S.、Lauretta Dante S.
  • 雑誌名: Icarus 巻: 352 ページ: 113946-113946
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2020.113946
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hayabusa2 Landing Site Selection: Surface Topography of Ryugu and Touchdown Safety (2020)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Shota、Watanabe Sei-ichiro、Saiki Takanao、Yabuta Hikaru et al. (53人中4番目)
  • 雑誌名: Space Science Reviews 巻: 216 号: 7 ページ: 116-116
  • DOI: 10.1007/s11214-020-00737-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The spatial distribution of impact craters on Ryugu (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirata Naoyuki、Morota Tomokatsu、Cho Yuichiro、Kanamaru Masanori、Watanabe Sei-ichiro、Sugita Seiji、Hirata Naru、Yamamoto Yukio、Noguchi Rina、Shimaki Yuri、Tatsumi Eri、Yoshioka Kazuo、Sawada Hirotaka、Yokota Yasuhiro、Sakatani Naoya、Hayakawa Masahiko、Matsuoka Moe、Honda Rie、Kameda Shingo
  • 雑誌名: Icarus 巻: 338 ページ: 113527-113527
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2019.113527
  • NAID: 120006766134
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Highly porous nature of a primitive asteroid revealed by thermal imaging (2020)
  • 著者名/発表者名: T.Okada, T.Fukuhara, S.Tanaka, M.Taguchi, T.Arai, H.Senshu, N.Sakatani, Y.Shimaki, H.Demura, Y.Ogawa, K.Suko, T.Sekiguchi, T.Kouyama, J.Takita, T.Matsunaga, T.Imamura, T.Wada, S.Hasegawa, J.Helbert, T.G.Muller, A.Hagermann, J.Biele, M.Grott, M.Hamm, M.Delbo, N.Hirata, N.Hirata, Y.Yamamoto, A.Miura, et al.
  • 雑誌名: Nature 巻: 579 号: 7800 ページ: 518-522
  • DOI: 10.1038/s41586-020-2102-6
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hayabusa2 arrives at the carbonaceous asteroid 162173 Ryugu?A spinning top?shaped rubble pile (2019)
  • 著者名/発表者名: Watanabe S.、Hirabayashi M.、Hirata N. et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 364 号: 6437 ページ: 268-272
  • DOI: 10.1126/science.aav8032
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The geomorphology, color, and thermal properties of Ryugu: Implications for parent-body processes (2019)
  • 著者名/発表者名: Seiji Sugita, R. Honda, T. Morota, S. Kameda, H. Sawada, E. Tatsumi, M. Yamada, C. Honda, Y. Yokota, T. Kouyama, N. Sakatani, K. Ogawa, H. Suzuki, T. Okada, N. Namiki, S. Tanaka, Y. Iijima, K. Yoshioka, M. Hayakawa, Y. Cho, M. Matsuoka, N. Hirata, N. Hirata, H. Miyamoto, Jun Kimura
  • 雑誌名: Science 巻: 17 号: 6437 ページ: 252-252
  • DOI: 10.1126/science.aaw0422
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Images from the surface of asteroid Ryugu show rocks similar to carbonaceous chondrite meteorites (2019)
  • 著者名/発表者名: Jaumann R., Schmitz N., Ho T.-M., Schrider S. E., Otto K. A., Stephan K., Elgner S., Krohn K., Preusker F., Scholten F., Biele J., Ulamec S., Krause C., Sugita S., Matz K.-D., Roatsch T., Parekh R., Mottola S., Grott M., Michel P., ..., Yabuta H., ... et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 365 号: 6455 ページ: 817-820
  • DOI: 10.1126/science.aaw8627
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Boulder size and shape distributions on asteroid Ryugu (2019)
  • 著者名/発表者名: Michikami Tatsuhiro、Honda Chikatoshi、Miyamoto Hideaki、Hirabayashi Masatoshi、Hagermann Axel、Irie Terunori、Nomura Keita、Ernst Carolyn M.、et al.
  • 雑誌名: Icarus 巻: 331 ページ: 179-191
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2019.05.019
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Construction of the local digital elevation models of the asteroid Ryugu by structure-from-motion method (2023)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 54th Lunar and Planetary Science Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Formation and evolution of planetesimals revealed from the Hayabusa2 mission (2023)
  • 著者名/発表者名: Sei-ichiro Watanabe
  • 学会等名: 82nd Fujihara Seminar
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 粉体ヒープの回転による付着力評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 入江輝紀，山口隆正，渡邊誠一郎，桂木洋光
  • 学会等名: 日本物理学会 第77回年次大会
• [学会発表] 2次元回転砂山の変形と摩擦角の体積力依存性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 桂木洋光, 入江輝紀, 渡邊誠一郎, 山口隆正
  • 学会等名: 日本物理学会 2022年秋季大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本惑星科学会2022年秋季講演会
• [学会発表] 自転変化に伴うリュウグウの表層進化 (2022)
  • 著者名/発表者名: 渡邊誠一郎，山田理央奈，諸田智克
  • 学会等名: 日本惑星科学会2022年秋季講演会
• [学会発表] Scientific discoveries of the Hayabusa2 mission, sample return from asteroid Ryugu (2022)
  • 著者名/発表者名: Sei-ichiro Watanabe
  • 学会等名: 31th General Assembly, Inrernational Astronomical Union
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Surface age of Ryugu's boulders based on small crater statistics (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. Takai, T. Morota
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Orientaions of boulders and relationship with gravitational slope on asteroid Ryugu: implications for surface evolution (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Ebihara, T. Morota
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Impact Strength of Ryugu's Boulder Inferred from Meter-Sized Crater Statistics (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Morota、S. Sugita、Y. Cho、E. Tatsumi、N. Sakatani、R. Honda、S. Kameda、M. Yamada、Y. Yokota、C. Honda、t. Kouyama、M. Matsuoka、M. Hayakawa、H. Sawada、K. Ogawa、H. Suzuki、K. Yoshioka、M. Kanamaru、M. Hirabayashi、T. Michikawa
  • 学会等名: Lunar and Planetary Science Conference 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Statistics of Small Craters Observed on Boulder Surface of Asteroid Ryugu (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. Takai, T. Morota、K. Yumoto、R. Honda、S. Kameda、E. Tatsumi、Y. Cho、K. Yoshioka、H. Sawada、Y. Yokota、N. Sakatani、M. Hayakawa、M. Matsuoka、M. Yamada、T. Kouyama、H. Suzuki、C. Honda、K. Ogawa、S. Sugita
  • 学会等名: Lunar and Planetary Science Conference 2021
  • 国際学会
• [学会発表] 遠心力による砂山の形状変化および流動特性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 入江輝紀, 山口隆正, 渡邊誠一郎, 桂木洋光
  • 学会等名: 日本惑星科学会 2020年秋季講演会
• [学会発表] 回転実験による砂山形状変化のヒステリシスと自転コマ型小惑星の形状安定性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 入江輝紀, 山口隆正, 渡邊誠一郎, 桂木洋光
  • 学会等名: 混相流シンポジウム2020
• [学会発表] はやぶさ２のタッチダウンによって明らかとなった小惑星リュウグウの表層の進化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 諸田智克ほか
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Paucity of boulders in shallow craters on asteroid 162173 Ryugu (2020)
  • 著者名/発表者名: Sei-ichiro Watanabe et al.
  • 学会等名: 51th Lunar and Planetary Science Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Color and albedo changes of Ryugu's surface observed in the touchdown operation of Hayabusa2 (2020)
  • 著者名/発表者名: Tomokatsu Morota et al.
  • 学会等名: 51th Lunar and Planetary Science Conference
  • 国際学会
• [学会発表] The shape and origin of the rubble-pile asteroid Ryugu (2019)
  • 著者名/発表者名: Sei-ichiro Watanabe et al.
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 探査機はやぶさ 2 のリュウグウ近傍探査の総括 (2019)
  • 著者名/発表者名: 渡邊誠一郎ほか
  • 学会等名: 日本惑星科学会秋季講演会 2019
• [学会発表] 小惑星リュウグウのクレーターと周辺ボルダーの関係に着目した表層の層構造の推定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 赤羽大貴、渡邊誠一郎、諸田智克ほか
  • 学会等名: 日本惑星科学会秋季講演会 2019
• [学会発表] 小惑星 Ryugu の表面の色変化と層序 (2019)
  • 著者名/発表者名: 諸田智克ほか
  • 学会等名: 日本惑星科学会秋季講演会 2019
• [学会発表] An overview of Hayabusa2 mission and asteroid 162173 Ryugu (2019)
  • 著者名/発表者名: Sei-ichiro Watanabe et al.
  • 学会等名: Asteroid Science in the Age of Hayabusa20 and OSIRIS-Rex
  • 国際学会