| 研究課題/領域番号 |
20K04051
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分17010:宇宙惑星科学関連
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| 研究機関 | 一関工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
谷川 享行 一関工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (30422554)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | 惑星 / 円盤 / 数値流体シミュレーション / 自転 / 角運動量 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
土星・天王星・海王星の大きな自転軸傾斜のメカニズムを解明するため、原始惑星系円盤中で円盤ガスを捕獲しながら成長する原始ガス惑星が、円盤ガスをどのような向きに捕獲し、その結果として惑星の自転軸ががどういう向きになるかを、大規模数値流体シミュレーションを行って明らかにすることを目的とする。特に、惑星軌道面と原始惑星系円盤面のずれの度合いに対して惑星がどういう自転軸傾斜・自転角速度をもつかを系統的に調べる。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、ガス惑星の自転軸の起源を探るため、中心星（太陽）まわりのガス円盤（原始惑星系円盤）の中で円盤ガスを捕獲しながら成長する惑星について調べる。具体的には、惑星が原始惑星系円盤からの降着により捕獲したガスの角運動量ベクトルの向きと大きさを調べることで、惑星自転軸がガス降着によりどのような影響を受けるかを、主に数値流体シミュレーションを用いて検討することを目的としている。数値流体シミュレーションには、最終的には近年実用化されたメッシュフリー法（ＧＩＺＭＯ）を用いる。この方法は、メッシュ法で問題となる数値拡散（メッシュを流体が横切る際に生じる各物理量の人工的な拡散）が小さく、かつ粒子法で問題となるシア流に対する数値粘性も小さい、という両者の長所をあわせ持つため、本研究には最適な手法である。
今年度は、通常のメッシュ法を用いて計算を行ないつつ、メッシュフリー法でも計算を行ってみて計算結果にどのように影響するかを比較し、メッシュフリー法を行う際の特性を見極める。
その後、メッシュフリー法特有のデータの設定の仕方、特に密度の初期条件の設定方法について昨年度より引き続き検討を進める。具体的には、メッシュ法では計算領域が明確に設定されておりその内側においてその密度を任意に設定できるが、非メッシュ法の1つであるSPH法の場合は1つの要素に質量が設定されるため、低密度の領域では要素の大きさが非常に大きくなる問題があり、メッシュフリー法も基本的には同様の問題がある。本研究においては、円盤の中心面から大きく離れた領域の密度をメッシュフリー法においてどのように表現するのがより良いかを検討する必要がある。この点についてどのようにクリアーすべきかを、粒子法に詳しい研究者と相談している段階である。シミュレーションを行う環境（ローカル環境・外部のスーパーコンピュータの環境）については順次進める。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
学内業務の著しい増加のため、研究に割ける時間が想定より大幅に少なくなったため。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度も昨年度に引き続き、ローカル環境でのテスト計算を進め非メッシュ法の計算の特性を見極め、計算結果の大規模データの解析手法に習熟しつつ、外部のスーパーコンピュータでの本番環境の準備を進める。３次元円盤の密度構造（特に円盤に垂直方向の静水圧構造）を非メッシュ法で設定するのは技術的に難しいことが知られているので、テスト計算としてまず惑星が無い状態で設定し、作成した初期条件から計算が安定に進むことを確認する。次に、新しい数値流体計算コードにおいて、惑星を原始惑星系円盤中に存在させた状態で計算を行い、過去の計算結果を再現できるかを確認する。その際、惑星の軌道は円軌道を仮定して行う。惑星質量に対して惑星重力により励起される波のパターンおよびその振幅について確認し、計算が安定して進むことを確認する。この過程で、粒子的流体データ特有のデータ解析・可視化についての手法を調査して習得する。本計算において調べるべき２つのパラメータ（惑星軌道の離心率・軌道傾斜角）の内、より研究が行われている離心率依存性を調べる。
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