異なる模擬重力下で行う粉粒体への衝突実験による小天体進化の研究

• 研究課題/領域番号: 25400453
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 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: 中村 昭子 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (40260012)
• 研究分担者: 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)
• 研究協力者: 木内 真人 神戸大学, 大学院理学研究科, 大学院生 ; 大村 知美 神戸大学, 大学院理学研究科, 大学院生 ; Guettler Carsten 神戸大学, 大学院理学研究科, 学振外国人特別研究員
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2015年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2014年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2013年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 小惑星 / 衝突 / 数値シミュレーション / レゴリス / 低重力 / クレーター / 小天体 / 微小重力 / 粒子シミュレーション / 重力

研究成果の概要

小天体レゴリス層での衝突クレーター過程を理解するために、模擬低重力衝突実験装置を開発し、低速度衝突クレーター形成実験を、0.01-1 G の範囲で大気圧下と 10 Pa 以下で行った。クレーター直径は、重力加速度の約 -0.2 乗に比例することがわかった。また、粉粒体層の空隙率の重力依存性に関する経験則を得た。一方、重力が減ってもクレーター直径があまり大きくならない、粒子間力が卓越する場合があることも実験的に示した。一方で、衝突時の放出物量は、反発係数や摩擦係数といったエネルギー散逸をもたらす粒子間相互作用によらないことが数値シミュレーションで示された。

研究成果

• [雑誌論文] Centrifugal Experiments with Simulated Regolith: Effect of Gravity, Size Distribution, and Particle Shape on Porosity (2016)
  • 著者名/発表者名: Omura, T., Kiuchi, M., Guettler, C., Nakamura, A. M.
  • 雑誌名: Trans. JSASS Aerospace Tech. Japan 巻: 14
  • NAID: 130006902260
  • 査読あり / 国際共著
• [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] インパクターの破壊 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中村昭子
  • 雑誌名: 遊星人 巻: 24 ページ: 233-238
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crater-Ray Formation by Impact-Induced Ejecta Particles (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Kadono, A. I. Suzuki, K. Wada, N. K. Mitani, S. Yamamoto, M. Arakawa, S. Sugita, J. Haruyama, and A. M. Nakamura
  • 雑誌名: Icarus 巻: 250 ページ: 215-221
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2014.11.030
  • 査読あり
• [雑誌論文] 離散要素法による衝突の数値シミュレーション の歩み (2015)
  • 著者名/発表者名: 和田浩二
  • 雑誌名: 遊星人 巻: 24 ページ: 201-213
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dynamics of hypervelocity jetting during oblique impacts of spherical projectiles investigated via ultrafast imaging (2015)
  • 著者名/発表者名: Kurosawa, K., Nagaoka, Y., Senshu, H., Wada, K., Hasegawa, S., Sugita, S., and Matsui, T.
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: 120 号: 7 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1002/2014je004730
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cohesion of amorphous silica spheres: Toward a better understanding of the coagulation growth of silicate dust aggregates (2015)
  • 著者名/発表者名: Kimura, H., Wada, K., Senshu, H., and Kobayashi, H.
  • 雑誌名: Astrophys. J. 巻: 812 号: 1 ページ: 67-67
  • DOI: 10.1088/0004-637x/812/1/67
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Photoelectric dust levitation around airless bodies revised using realistic photoelectron velocity distributions (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Senshu, H. Kimura, T. Yamamoto, K. Wada, M. Kobayashi, N. Namiki, and T. Matsui
  • 雑誌名: Planetary and Space Science 巻: 未定 ページ: 18-29
  • DOI: 10.1016/j.pss.2015.03.009
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ejecta curtain radiative transfer modeling for probing its geometry and dust optical properties (2015)
  • 著者名/発表者名: Shalima P., K. Wada, and H. Kimura
  • 雑誌名: Planetary and Space Science 巻: 未定 ページ: 39-47
  • DOI: 10.1016/j.pss.2015.03.017
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Corrigendum to ''Relationship between regolith particle size and porosity on small bodies'' [Icarus 239 (2014) 291-293] (2015)
  • 著者名/発表者名: Kiuchi, M., Nakamura, A. M.
  • 雑誌名: Icarus 巻: 248 ページ: 221-221
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2014.10.039
  • 査読あり
• [雑誌論文] Size dependence of the disruption threshold: Laboratory examination of millimeter-centimeter porous targets (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, A. M., Yamane, F., Okamoto, T., Takasawa, S.
  • 雑誌名: Planetary and Space Science 巻: 107 ページ: 45-52
  • DOI: 10.1016/j.pss.2014.07.011
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Impact experiments on highly porous targets: Cavity morphology and disruption thresholds in the strength regime (2015)
  • 著者名/発表者名: Okamoto, T., Nakamura, A. M., Hasegawa, S
  • 雑誌名: Planetary and Space Science 巻: 107 ページ: 36-44
  • DOI: 10.1016/j.pss.2014.08.008
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Relationship between regolith particle size and porosity on small bodies (2014)
  • 著者名/発表者名: Kiuchi, M. and Nakamura, A. M.
  • 雑誌名: Icarus 巻: 239 ページ: 291-293
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2014.05.029
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Laboratory experiments on the impact disruption of iron meteorites at temperature of near-Earth space (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Katsura, A. M. Nakamura, A. Takabe, T. Okamoto, K. Sangen, S. Hasegawa, X. Liu, and T. Mashimo
  • 雑誌名: Icarus 巻: 241 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2014.06.007
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Experimental study of impact-cratering damage on brittle cylindrical column model as a fundamental component of space architecture (2014)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara, A., Onose, N., Setoh, M., Nakamura, A. M., Hiraoka, K., Hasegawa, S., and Okudaira, K.
  • 雑誌名: Adv. Space Res. 巻: 54 号: 8 ページ: 1479-1486
  • DOI: 10.1016/j.asr.2014.06.015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrostatic lofting of dust aggregates near the terminator of airless bodies and its implication for the formation of exozodiacal disks (2014)
  • 著者名/発表者名: Kimura, H., Senshu, H., and Wada, K.
  • 雑誌名: Planetary and Space Science 巻: 未定 ページ: 64-72
  • DOI: 10.1016/j.pss.2014.03.017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Degree of impactor fragmentation under collision with a regolith surface- Laboratory impact experiments of rock projectiles (2014)
  • 著者名/発表者名: Nagaoka, H., Takasawa, S., Nakamura, A. M., and Sangen, K.
  • 雑誌名: Meteoritics and Planetary Science 巻: 49 号: 1 ページ: 69-79
  • DOI: 10.1111/maps.12126
  • 査読あり
• [雑誌論文] An Examination of Collisional Growth of Silicate Dust in Protoplanetary Disks (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, T., Kadono,T. and Wada, K.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 783 号: 2 ページ: L36-L36
  • DOI: 10.1088/2041-8205/783/2/l36
  • 査読あり
• [雑誌論文] A formation mechanism for concentric ridges in ejecta surrounding impact craters in a layer of fine glass beads (2013)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, A. I., Nakamura, A. M., Kadono, T., Wada, K., Yamamoto, S., & Arakawa, M.
  • 雑誌名: Icarus 巻: 225 号: 1 ページ: 298-307
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2013.03.027
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experiments on the consolidation of chondrites and the formation of dense rims around chondrules. (2013)
  • 著者名/発表者名: E. Beitz, C. Guttler, A.M. Nakamura, A. Tsuchiyama, J. Blum
  • 雑誌名: Icarus 巻: 225 号: 1 ページ: 558-569
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2013.04.028
  • 査読あり
• [雑誌論文] Collision of a chondrule with matrix: relation between static strength of matrix and impact pressure (2013)
  • 著者名/発表者名: Machii., N., Nakamura, A. M., Guettler, C., Beger, D., Blum, J
  • 雑誌名: Icarus 巻: 226 号: 1 ページ: 111-118
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2013.05.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Static compression of porous dust aggregates (2013)
  • 著者名/発表者名: Akimasa Kataoka
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: (印刷中)(oin press)(未定) ページ: A4-A4
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201321325
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluffy dust forms icy planetesimals by static compression (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Kataoka, H. Tanaka, S. Okuzumi, and K. Wada
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 557 ページ: L4-L4
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201322151
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth efficiency of dust aggregates through collisions with high mass ratios (2013)
  • 著者名/発表者名: Wada, K., Tanaka, H., Okuzumi, S., Kobayashi, H., Suyama, T., Kimura, H., and Yamamoto, T.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 559 ページ: A62-A62
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201322259
  • 査読あり
• [雑誌論文] 火の鳥「はやぶさ」未来編その3 ～SCI/DCAM3と衝突の科学～ (2013)
  • 著者名/発表者名: 荒川政彦，和田浩二，はやぶさ2 SCI/DCAM3 チーム
  • 雑誌名: 日本惑星科学会誌（遊・星・人） 巻: 22 ページ: 152-158
  • NAID: 110009660454
• [雑誌論文] Impact and intrusion experiments on the deceleration of low-velocity impactors by small-body regolith (2012)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, A. M., Setoh, M., Wada, K. et al.
  • 雑誌名: Icarus 巻: 223 号: 1 ページ: 222-233
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2013.02.023
  • 査読あり
• [学会発表] 振動による微粉体の圧縮特性に関する実験的研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大村知美, 中村昭子
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学
• [学会発表] 低重力下クレーターサイズに対するレゴリス粒子固着力の影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 木内真人, 中村昭子, 和田浩二
  • 学会等名: 平成28年度 宇宙科学に関する室内実験シンポジウム
  • 発表場所: 宇宙科学研究所
• [学会発表] Experimental study on compression property of regolith analogues (2016)
  • 著者名/発表者名: Omura, T., Nakamura, A. M.
  • 学会等名: The 9th meeting on Cosmic
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2016-08-15
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental study on compression property of granular material (2016)
  • 著者名/発表者名: Omura, T., Nakamura, A. M.
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2016
  • 発表場所: Makuhari Messe（千葉県・千葉市）
  • 年月日: 2016-05-22
  • 国際学会
• [学会発表] The origin of Itokawa dimples and a comparison with the surface structure of Phobos (2016)
  • 著者名/発表者名: Kiuchi, M., Nakamura, A. M.
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2016
  • 発表場所: Makuhari Messe（千葉県・千葉市）
  • 年月日: 2016-05-22
  • 国際学会
• [学会発表] 振動によるレゴリス層の密度進化に関する実験的研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大村知美, 中村昭子
  • 学会等名: 天体の衝突物理の解明 (XII)～水質変成から探る太陽系物質進化～
  • 発表場所: 神戸大学
• [学会発表] 室内実験によるレゴリス最表層密度進化の研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大村知美, 中村昭子
  • 学会等名: 日本惑星科学会2016秋季講演会
  • 発表場所: ノートルダム清心女子大学
• [学会発表] 模擬低重力下における低速度クレーター形成実験：微小重力下クレーターサイズに対するレゴリス粒子固着力の影響の推定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 木内真人, 中村昭子, 和田浩二
  • 学会等名: 日本惑星科学会2016秋季講演会
  • 発表場所: ノートルダム清心女子大学
• [学会発表] Experimental study on compression property of granular material (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomomi Omura, Akiko M. Nakamura
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会2016年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ
• [学会発表] The origin of Itokawa dimples and a comparison with the surface structure of Phobos (2016)
  • 著者名/発表者名: Masato Kiuchi, Akiko M. Nakamura
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会2016年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ
• [学会発表] 砂標的に対する衝突クレーターサイズの真空度依存性の検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 木内真人, 中村昭子
  • 学会等名: 日本惑星科学会2015秋季講演会
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都・目黒区）
  • 年月日: 2015-10-14
• [学会発表] 粉粒体天体内部の密度構造に関する実験的研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大村知美, 木内真人, Guettler Carsten, 中村昭子
  • 学会等名: 日本惑星科学会2015秋季講演会
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都・目黒区）
  • 年月日: 2015-10-14
• [学会発表] The effect of gravity acceleration and internal friction angle of regolith on impact crater size on asteroid surface (2015)
  • 著者名/発表者名: Kiuchi, M., Nakamura, A. M.
  • 学会等名: Bridging the gap III, Impact cratering in nature, experiment, and modeling
  • 発表場所: Freiburg (Germany)
  • 年月日: 2015-09-21
  • 国際学会
• [学会発表] The effect of gravity acceleration and internal friction angle of regolith on impact crater size on asteroid surface (2015)
  • 著者名/発表者名: Kiuchi, M., Nakamura, A. M.
  • 学会等名: The 8th meeting on Cosmic Dust
  • 発表場所: Tokyo Skytree Town Campus of Chiba Institute of Technology（東京都・墨田区）
  • 年月日: 2015-08-17
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental study on impact into granular materials under simulated reduced gravities (2015)
  • 著者名/発表者名: Kiuchi, M., Nakamura, A. M.
  • 学会等名: 30th International Symposium on Space Technology and Science
  • 発表場所: Kobe International Conference Center（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-07-04
  • 国際学会
• [学会発表] Centrifugal experiments with simulated regolith: Effect of gravity, size distribution, and particle shape on porosity (2015)
  • 著者名/発表者名: Omura, T., Kiuchi, M., Guettler, C., Nakamura, A. M.
  • 学会等名: 30th International Symposium on Space Technology and Science
  • 発表場所: Kobe International Conference Center（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-07-04
  • 国際学会
• [学会発表] 砂標的への低速度衝突クレーター形成実験：重力依存性と真空度依存性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 木内真人, 中村昭子
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会2015年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県・千葉市）
  • 年月日: 2015-05-24
• [学会発表] 粉粒体の小天体表面の空隙率－圧力と空隙率の関係 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大村知美, 木内真人, Guettler Carsten, 中村昭子
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会2015年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県・千葉市）
  • 年月日: 2015-05-24
• [学会発表] 模擬低重力下における砂標的への低速度衝突クレーター形成実験 (2014)
  • 著者名/発表者名: 木内真人，中村昭子
  • 学会等名: 日本惑星科学会秋季講演会
  • 発表場所: 東北大学片平キャンパスさくらホ－ル
  • 年月日: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [学会発表] 粒子径分布と形状がレゴリス層の空隙率に及ぼす影響についての実験的研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大村知美，木内真人，Carsten Guettler，中村昭子
  • 学会等名: 日本惑星科学会秋季講演会
  • 発表場所: 東北大学片平キャンパスさくらホ－ル
  • 年月日: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [学会発表] イジェクタ構成粒子の空間密度分布および光散乱特性がイジェクタカーテンの輝度分布に与える影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: ブティヤベティルシャリマ，和田浩二，木村宏
  • 学会等名: 日本惑星科学会秋季講演会
  • 発表場所: 東北大学片平キャンパスさくらホ－ル
  • 年月日: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [学会発表] はやぶさ２分離カメラ (DCAM3-D)の開発状況とサイエンス (2014)
  • 著者名/発表者名: 荒川政彦，和田浩二，小川和津，澤田弘崇，石橋高，白井慶，本田理恵，坂谷尚哉，早川基，門野敏彦，小林正規，木村宏，中澤暁
  • 学会等名: 日本惑星科学会秋季講演会
  • 発表場所: 東北大学片平キャンパスさくらホ－ル
  • 年月日: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [学会発表] 小天体表面における粒子サイズと空隙率の関係 (2014)
  • 著者名/発表者名: 木内真人，中村昭子
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [学会発表] TIR によるSCI クレーターの検出方法の検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 和田浩二，中村昭子，黒澤耕介，SCIチーム，TIRチーム
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [学会発表] はやぶさ２小型搭載型衝突装置による科学 (2014)
  • 著者名/発表者名: 和田浩二，SCI チーム，DCAM3チーム
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-04-28 – 2014-05-02
  • 招待講演
• [学会発表] 遠心加速装置を用いた粉体層圧密過程の実験的研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大村 知美，木内 真人，Guettler Carsten，中村昭子
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [学会発表] Large Scale Impact Experiments Simulating Small Carry-On Impactor (SCI) Equipped on Hayabusa-2 (2014)
  • 著者名/発表者名: Wada, K., Arakawa, M., Saiki, T., Imamura, H., Hayakawa, M., Okamoto, C., Shirai, K., Takagi, Y., Kadono, T., Tsuda, Y., Yano, H., Nakazawa, S., Hirata, N., Ogawa, K., Iijima, Y., Michel, P., and Jutzi, M.
  • 学会等名: Lunar Planet. Sci. Conf. 45th
  • 発表場所: Woodlands, TX, USA
• [学会発表] 小天体進化における衝突の役割 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中村昭子
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年度連合大会
  • 発表場所: 幕張メッセ，千葉
  • 招待講演
• [学会発表] イジェクタカーテン観測からイジェクタの放出角度と速さを推定する方法 (2013)
  • 著者名/発表者名: 和田浩二, 辻堂さやか, 荒川政彦
  • 学会等名: 日本惑星科学会2013 年秋季講演会
  • 発表場所: 石垣市民会館，沖縄
• [学会発表] 模擬低重力下での砂標的へのクレーター形成実験 (2013)
  • 著者名/発表者名: 木内真人, 中村昭子
  • 学会等名: 日本惑星科学会2013 年秋季講演会
  • 発表場所: 石垣市民会館，沖縄