| 研究課題/領域番号 |
22H00179
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分17:地球惑星科学およびその関連分野
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
荒川 政彦 神戸大学, 理学研究科, 教授 (10222738)
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| 研究分担者 |
長谷川 直 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 主任研究開発員 (10399553)
小林 浩 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (40422761)
保井 みなみ 神戸大学, 理学研究科, 講師 (30583843)
白井 慶 神戸大学, 理学研究科, 技術員 (90870519)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2025年度)
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| 配分額 *注記 |
42,510千円 (直接経費: 32,700千円、間接経費: 9,810千円)
2025年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2024年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2023年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2022年度: 19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円)
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| キーワード | 鉄隕石母天体 / 天体衝突 / 水星コア / M型小惑星 / 惑星形成過程 / 分化溶融微惑星 / 鉄隕石 / 水星核 / 衝突破壊強度 / カタストロフィック破壊 / フラッシュX線 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
M型小惑星は鉄隕石の母天体であり、熱進化により内部が融解・分化した微惑星を起源とする。しかしながら、小惑星帯にはこの分化微惑星の岩石マントルに対応する小惑星がほとんど見つかっておらず「失われたマントル問題」と言われる。本研究は、地球型惑星領域の惑星形成期に存在した分化溶融微惑星に着目し、室内実験と数値計算からその衝突破壊と破片の重力再集積により形成されるラブルパイル天体の鉄・岩石比率を調べる。さらにこのラブルパイル天体の衝突寿命の鉄・岩石比率依存性と衝突後形成される微小天体のサイズ頻度分布の時間進化を実験・理論から調べる。その結果、M型小惑星や水星の巨大金属コアの起源について検討する。
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| 研究実績の概要 |
今年度は、昨年度に引き続き鉄・岩石ラブルパイル天体の衝突破壊実験を継続した。模擬標的は、直径10mmの鉄球、もしくは、ガラス球を32個、最密充填となるように瞬間接着剤で固着して作成した。衝突実験は、10mmのナイロン球、もしくは、直径7mmのポリカーボネート球を20 m/s - 1960 m/s まで加速し、標的に正面衝突させて実施した。衝突実験の様子は、２台の同期した高速カメラによりステレオ撮影し、個々の構成球の軌跡を解析し、衝突直後の初期速度を計測した。実験では、構成球が持つ速度とその速度より遅い速度の構成球の積算質量との関係から、標的質量の半分がその速度よりも遅くなる速度（中間速度）を求めた。この中間速度とエネルギー密度との関係を鉄及び岩石標的で調べたところ、鉄標的の中間速度は、岩石標的の約半分となることが分かった。この中間速度とラブルパイル天体の脱出速度を比較することで、重力支配域における衝突破壊強度を見積もることができるが、鉄ラブルパイル天体は、岩石ラブルパイル天体より衝突破壊強度が大きく、衝突寿命も長いことが推定された。
また、分化溶融微惑星の衝突破壊の模擬実験を行うために、球状のコア・マントル二層球標的に対する衝突破壊実験を行った。今年度は、固体の金属コアを持つ二層球標的に対する実験を実施した。標的には金属コアとしてビスマス系合金、岩石マントルとして石膏モルタルを用いた。衝突実験は、直径7mm、もしくは、直径4.7mmのポリカーボネート球を弾丸として用い、衝突速度 2 - 6 km/s の範囲で行った。今回の実験範囲内では、マントルはカタストロフィックに破壊したが、固体コアの破壊は見られなかった。さらに、液体金属コアを持つ層構造試料の衝突破壊実験を行うために、同じ試料を加熱して金属コアを融解させる加熱条件を調べた。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
鉄ラブルパイル天体の模擬標的を用いた衝突実験は一通り終了し、その結果、鉄ラブルパイル天体の重力支配域での衝突破壊強度を推定することが可能となった。それによれは、鉄ラブルパイル天体は、岩石ラブルパイル天体よりも衝突寿命が長いことが明らかになった。また、分化溶融微惑星の模擬標的の作成方法を確立した。この標的は、低融点のビスマス系合金を金属コアとして用い、石膏モルタルを岩石マントルとして用いている。この標的を用いて、金属コアが固体の場合の衝突実験を系統的に行い、初期結果を得ている。さらに、フラッシュX線を用いた金属コア・岩石マントル標的の破壊の観察にも成功している。そして、この層構造標的との比較のために、金属コアだけ、もしくは、岩石マントルだけの均質標的の衝突破壊実験も実施し、それぞれの衝突破壊強度を決めた。来年度に向けて、溶融コアを模擬するために、金属コア・岩石マントル標的を加熱して、コアの溶融条件を調べた。その結果、コアの溶融状態で保ったままで衝突破壊実験を行うことが充分可能であることが分かった。
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| 今後の研究の推進方策 |
最終年度は、分化溶融微惑星を模擬した標的の衝突破壊実験を重点的に実施する。昨年度、金属コア・岩石マントル模擬標的において、金属コアを溶融したまま衝突破壊実験を行う加熱条件を決める事ができたので、この手法を実際の衝突実験に応用する。加熱用ハロゲンランプもしくは恒温槽で200℃程度に事前加熱した標的は、室内では5分以上コアが融解した状態を保っている。そこで、事前加熱した標的を実験用チャンバー内に素早く設置し、真空断熱することで、融けたコアを持つ標的の衝突破壊実験を可能とする。この実験手法を確立した上で、溶融コア・マントル標的の衝突破壊実験を宇宙研で実施し、その様子をフラッシュX線を用いて撮影する。
これまでの室内実験の結果と分化溶融微惑星の衝突破壊に関する数値シミュレーション、及び、星雲ガス中での微惑星の衝突集積に関する理論的研究を総合することで、内惑星領域における岩石と金属の機械的分別作用に関する検討を行う。そして、M型小惑星の起源や分化小惑星の失われたマントル問題、さらには水星の巨大金属コアに関する議論を進める。
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