粒子計算手法による衝突掘削物の放出角度決定機構の解明

• 研究課題/領域番号: 19K03955
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 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: 千葉工業大学
• 研究代表者: 和田 浩二 千葉工業大学, 惑星探査研究センター, 主席研究員 (10396856)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 天体衝突 / 数値シミュレーション / イジェクタ / 掘削流 / 宇宙衝突実験 / 固体惑星探査 / 衝突シミュレーション / 小惑星

研究開始時の研究の概要

固体天体上に隕石のような天体が衝突すると，衝突クレータが形成される．その際掘削された物質が放出される(放出物はイジェクタと呼ばれる) が，その放出角度を決定する機構は衝突探査によって天体の表層・内部状態を推定するうえで必要であるが，十分理解されていない．本研究では，衝突数値シミュレーションを通じて，衝突掘削物の放出角度が衝突・標的環境条件にどう依存するかを明らかにしてモデル化する．

研究実績の概要

固体天体上に隕石のような天体が衝突すると，衝突クレータが形成される．その際掘削された物質が放出される(放出物はイジェクタと呼ばれる) が，その放出角度を決定する機構は衝突探査によって天体の表層・内部状態を推定するうえで必要であるが，十分理解されていない．本研究では，衝突数値シミュレーションを通じて，衝突掘削物の放出角度が衝突・標的環境条件にどう依存するかを明らかにしてモデル化する．
2023年度においては，貴重な観測データである「はやぶさ２」搭載衝突体による小惑星リュウグウへの衝突時に発生したイジェクタカーテンの解析を引き続き進めており，撮像機器である分離カメラの解析が終了し論文化され，撮像データの較正準備が整いつつあり，現在論文化を目指して解析中である．また，同時に数値シミュレーションに基づくモデル化も進めている．

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

2023年度は数値シミュレーションの解析ほか進めているが，大会運営委員長を務める地球惑星科学連合大会の対応準備に忙殺されたという事情もあって，計算結果の整理・解析が十分に進められていない．一方で，「はやぶさ２」における本物の小惑星上での衝突実験の解析が大きく進展し，数値シミュレーションと合わせてより大きな成果としてまとめられると期待される．

今後の研究の推進方策

2024年度は，これまでのシミュレーション結果の整理・解析を進めるととものに，「はやぶさ２」の宇宙衝突実験で得られた画像データを較正したうえで解析しモデルと比較する．その結果，掘削流をはじめ圧力・密度分布や圧縮・非圧縮領域の把握および粒子の運動制約など物理的描像を明確にする予定である．

研究成果

• [国際共同研究] University of Colorado Boulder(米国)
• [国際共同研究] Institute for Basic Science(韓国)
• [国際共同研究] DLR(ドイツ)
• [国際共同研究] CNES/コートダジュール 観測所/University of Lorraine(フランス)
• [国際共同研究] University of Arizona/NASA/Carnegie Institution for Science(米国)
• [国際共同研究] Instituto de Astrofisica de Canarias(スペイン)
• [国際共同研究] University of Liverpool(英国)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] Manipal Centre for Natural Sciences(インド)
• [雑誌論文] Simultaneous geometric calibration and orbit-attitude determination of Hayabusa2's deployable camera (DCAM3) (2024)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi S.、Shirai K.、Ishibashi K.、Wada K. et al.
  • 雑誌名: Advances in Space Research 巻: - 号: 2 ページ: 899-936
  • DOI: 10.1016/j.asr.2024.04.057
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Preliminary design of the Hayabusa2 extended mission to the fast-rotating asteroid 1998 KY26 (2023)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Shota、Mimasu Yuya、Takei Yuto、Saiki Takanao、Scheeres Daniel J.、Hirabayashi Masatoshi、Wada Koji、Yoshikawa Makoto、Watanabe Sei-ichiro、Tanaka Satoshi、Tsuda Yuichi
  • 雑誌名: Acta Astronautica 巻: 211 ページ: 295-315
  • DOI: 10.1016/j.actaastro.2023.06.010
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Phase ratio in single-scattering dust particles: Implication to future DESTINY+ study of asteroid (3200) Phaethon (2023)
  • 著者名/発表者名: Zubko Evgenij、Wada Koji
  • 雑誌名: Icarus 巻: 404 ページ: 115652-115652
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2023.115652
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Collisional Growth and Fragmentation of Dust Aggregates. II. Mass Distribution of Icy Fragments (2023)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa Yukihiko、Suzuki Takeru K.、Tanaka Hidekazu、Kobayashi Hiroshi、Wada Koji
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 944 号: 1 ページ: 38-38
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acadda
  • 査読あり / オープンアクセス / 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] Effect of projectile shape and interior structure on crater size in strength regime (2022)
  • 著者名/発表者名: Kadono T.、Arakawa M.、Tsujido S.、Yasui M.、Hasegawa S.、Kurosawa K.、Shirai K.、Okamoto C.、Ogawa K.、Iijima Y.、Shimaki Y.、Wada K.
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 74 号: 1 ページ: 131-131
  • DOI: 10.1186/s40623-022-01690-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Site selection for the Hayabusa2 artificial cratering and subsurface material sampling on Ryugu (2022)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Shota、Watanabe Sei-ichiro、Wada Koji、Saiki Takanao、Yabuta Hikaru、Sugita Seiji、Abe Masanao、Arakawa Masahiko、Cho Yuichiro、Hayakawa Masahiko et al.
  • 雑誌名: Planetary and Space Science 巻: 219 ページ: 105519-105519
  • DOI: 10.1016/j.pss.2022.105519
  • 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] Preliminary analysis of the Hayabusa2 samples returned from C-type asteroid Ryugu (2021)
  • 著者名/発表者名: Yada Toru、Abe Masanao、et al.
  • 雑誌名: Nature Astronomy 巻: 6 号: 2 ページ: 214-220
  • DOI: 10.1038/s41550-021-01550-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Resurfacing processes on asteroid (162173) Ryugu caused by an artificial impact of Hayabusa2's Small Carry-on Impactor (2021)
  • 著者名/発表者名: Honda Rie、Arakawa Masahiko、Shimaki Yuri、Shirai Kei、Yokota Yasuhiro、Kadono Toshihiko、Wada Koji、et al.
  • 雑誌名: Icarus 巻: 366 ページ: 114530-114530
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2021.114530
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Anomalously porous boulders on (162173) Ryugu as primordial materials from its parent body (2021)
  • 著者名/発表者名: N. Sakatani, S. Tanaka, T. Okada, et al.
  • 雑誌名: Nature Astronomy 巻: － 号: 8 ページ: 766-774
  • DOI: 10.1038/s41550-021-01371-7
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Surface environment of Phobos and Phobos simulant UTPS (2021)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto Hideaki、Niihara Takafumi、Wada Koji、et al.
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 73 号: 1 ページ: 214-214
  • DOI: 10.1186/s40623-021-01406-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Size of particles ejected from an artificial impact crater on asteroid 162173 Ryugu (2021)
  • 著者名/発表者名: Wada K.、Ishibashi K.、Kimura H.、Arakawa M.、Sawada H.、Ogawa K.、Shirai K.、Honda R.、Iijima Y.、Kadono T.、Sakatani N.、Mimasu Y.、Toda T.、Shimaki Y.、Nakazawa S.、Hayakawa H.、Saiki T.、Takagi Y.、Imamura H.、Okamoto C.、Hayakawa M.、Hirata N.、Yano H.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 647 ページ: A43-A43
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202039777
  • 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] 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] Impact Experiment on Asteroid (162173) Ryugu: Structure beneath the Impact Point Revealed by In Situ Observations of the Ejecta Curtain (2020)
  • 著者名/発表者名: Kadono Toshihiko、Arakawa Masahiko、Honda Rie、Ishibashi Ko、Ogawa Kazunori、Sakatani Naoya、Sawada Hirotaka、Shimaki Yuri、Shirai Kei、Sugita Seiji、Wada Koji
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 899 号: 1 ページ: L22-L22
  • DOI: 10.3847/2041-8213/aba949
  • 査読あり
• [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] Is water ice an efficient facilitator for dust coagulation? (2020)
  • 著者名/発表者名: Kimura Hiroshi、Wada Koji、Kobayashi Hiroshi、Senshu Hiroki、Hirai Takayuki、Yoshida Fumi、Kobayashi Masanori、Hong Peng K、Arai Tomoko、Ishibashi Ko、Yamada Manabu
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 498 号: 2 ページ: 1801-1813
  • DOI: 10.1093/mnras/staa2467
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An artificial impact on the asteroid 162173 Ryugu formed a crater in the gravity-dominated regime (2020)
  • 著者名/発表者名: Arakawa, M., Saiki, T., Wada, K., Ogawa, K., Kadono, T., Shirai, K., Sawada, H., Ishibashi, K., Honda, R., Sakatani, N., Iijima, Y., Okamoto, C., Yano, H., Takagi, Y., Hayakawa, M., Michel, P., Jutzi, M., Shimaki, Y., Kimura, S., Mimasu, Y., Toda, T., Imamura, H., Nakazawa, S., Hayakawa, H., Sugita, S., et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 368 号: 6486 ページ: 67-71
  • DOI: 10.1126/science.aaz1701
  • 査読あり / オープンアクセス / 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] A generalised methodology for analytic construction of 1:1 resonances around irregular bodies: Application to the asteroid Ryugu’s ejecta dynamics (2020)
  • 著者名/発表者名: Soldini Stefania、Takanao Saiki、Ikeda Hitoshi、Wada Koji、Yuichi Tsuda、Hirata Naru、Hirata Naoyuki
  • 雑誌名: Planetary and Space Science 巻: 180 ページ: 104740-104740
  • DOI: 10.1016/j.pss.2019.104740
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ballistic deployment from quasi-satellite orbits around Phobos under realistic dynamical and surface environment constraints (2019)
  • 著者名/発表者名: Celik Onur、Baresi Nicola、Ballouz Ronald-Louis、Ogawa Kazunori、Wada Koji、Kawakatsu Yasuhiro
  • 雑誌名: Planetary and Space Science 巻: 178 ページ: 104693-104693
  • DOI: 10.1016/j.pss.2019.06.010
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 火星衛星探査計画MMXの到着前着陸候補地域選定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 和田浩二，他
  • 学会等名: 第67回宇宙科学技術連合講演会
• [学会発表] エジェクタカーテン中のパターンと標的粒子のサイズ分布 (2023)
  • 著者名/発表者名: 門野敏彦、荒川大，荒川政彦，笠木祥喜，黒澤耕介， 嶌生有理，末次竜，杉田精二，鈴 木絢子， 中惇太，中村昭子，永山秀一，長谷川直， 春山純一，松村倫太郎，山本聡，和田浩二
  • 学会等名: 日本惑星科学会2023年秋季講演会
• [学会発表] PHOTOMETRIC PARAMETERS OF THE EJECTA DEPOSITS AROUND AN ARTIFICIAL CRATER ON ASTEROID RYUGU (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Yokota, ..., K. Wada etal.
  • 学会等名: Lunar Planet. Sci. Conf. 54th
  • 国際学会
• [学会発表] Particle size of Ryugu regolith inferred from SCI impact cratering (2021)
  • 著者名/発表者名: Koji Wada, K. Ishibashi, H. Kimura, M. Arakawa, H. Sawada, K. Ogawa, K. Shirai, R. Honda, Y. Iijima, T. Kadono, N. Sakatani, Y. Mimasu, T. Toda, Y. Shimaki, S. Nakazawa, H. Hayakawa, T. Saiki, Y. Takagi, H. Imamura, C. Okamoto, M. Hayakawa, N. Hirata, and H. Yano
  • 学会等名: Dust Workshop Reloaded
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] はやぶさ2衝突装置による科学的成果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 和田浩二, はやぶさ２ SCI/DCAM3 チーム
  • 学会等名: 日本機械学会2021 年度年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] はやぶさ2 の統合サイエンス (2021)
  • 著者名/発表者名: 渡邊誠一郎, 薮田ひかる, 和田浩二, 平田成, 平田直之, 嶌生有理, 野口里奈, 杉田精司, 北里宏平, 岡田達明, 並木則行, 橘省吾, 荒川政彦, 田中智
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] Particle size of Ryugu’s subsurface layer inferred from observation of SCI crater’s ejecta curtain (2021)
  • 著者名/発表者名: 和田浩二, 石橋高, 木村宏, 荒川政彦, 澤田弘崇, 小川和律, 白井慶, 本田理恵, 飯島祐一, 門 野敏彦, 坂谷尚哉, 三桝裕也, 戸田知朗, 嶌生有理, 中澤暁, 早川基, 佐伯孝尚, 高木靖彦, 今村裕志, 岡本千里, 早川雅彦, 平田成, 矢野創
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] Particle size of Ryugu's subsurface layer inferred from ejecta curtainof SCI crater observed by DCAM3 (2021)
  • 著者名/発表者名: Koji Wada et al.
  • 学会等名: IDP2021
  • 国際学会
• [学会発表] The size of ejecta particles of the artificial impact crater formed by Hayabusa2 Small Carry-on Impactor (2020)
  • 著者名/発表者名: Koji Wada et al.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020: Virtual
  • 国際学会
• [学会発表] 「はやぶさ２」搭載分離カメラDCAM3により SCI衝突実験時に観測された放出ボルダ (2020)
  • 著者名/発表者名: 石橋 高，白井 慶，和田 浩二，小川 和律，坂谷 尚哉，嶌生 有理，横田 康弘，本田 理恵，門野 敏彦，荒川 政彦
  • 学会等名: 惑星科学会秋季講演会
• [学会発表] Space impact experiment on Ryugu: Pattern of ejecta curtain and the properties of particles in surface and subsurface (2020)
  • 著者名/発表者名: Toshihiko Kadono, Masahiko Arakawa, Rie Honda, Ko Ishibashi, Kazunori Ogawa, Naoya Sakatani, Yuri Shimaki, Seiji Sugita, Koji Wada
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020: Virtual
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Artificial impact crater formed by Hayabusa2 small carry-on impactor on the surface of asteroid Ryugu (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Arakawa, T. Saiki, T. Kadono, Y. Takagi, K. Wada(34名中5番目), et al.
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Space Impact Experiment on Ryugu: Ejecta Curtain Observed by DCAM3 (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Arakawa, K. Shirai, H. Sawada, R. Honda, K. Ishibashi, K. Wada, T. Kadono, Y. Iijima, N. Sakatani, Y. Shimaki, Y. Mimasu, T. Toda, S. Nakazawa, H. Hayakawa, T. Saiki, Y. Takagi, H. Imamura, C. Okamoto1, H. Yano, M. Hayakawa, N. Hirata
  • 学会等名: Asteroid Science in the Age of Hayabusa2 and OSIRIS-REx
  • 国際学会
• [学会発表] The structure and strength of Ryugu’s surface layer inferred from the SCI crater (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Arakawa, T. Saiki, K. Wada(68名中3番目), et al.
  • 学会等名: IRSG & M-scale 3rd Joint Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] First result of Hayabusa2 impact experiment on Ryugu (2019)
  • 著者名/発表者名: Arakawa, M., Saiki, T., Kadono, T., Takagi, Y., Wada, K.(34名中5番目), et al.
  • 学会等名: EPSC-DPS Joint Meeting 2019,
  • 国際学会
• [学会発表] 「はやぶさ２」による小惑星リュウグウ上 での宇宙衝突実験 (2019)
  • 著者名/発表者名: 和田浩二，荒川政彦，はやぶさ２プロジェクト
  • 学会等名: 第12 回構造物の衝撃問題に関するシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] SCI クレータから放出されたイジェクタ粒子のサイズ推定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 和田浩二，他22名
  • 学会等名: 第15 回衝突研究会「天体の衝突物理の解明(XIV)」
• [学会発表] はやぶさ２衝突装置によって生成されたイジェクタカーテンの解析から推定される小惑星リュウグウの表層物性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 和田浩二，他22名
  • 学会等名: 2019 年日本惑星科学会秋季講演会