イジェクタカーテンの光散乱モデルの構築

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K05273
• 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)
• 研究分担者: 荒川 政彦 神戸大学, 理学研究科, 教授 (10222738) ; 木村 宏 名古屋大学, 理学研究科, 研究員 (10400011)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 天体衝突 / イジェクタ / イジェクタカーテン / 固体惑星探査 / 光散乱

研究実績の概要

本研究課題では，解析・数値計算・室内実験によってイジェクタカーテンの光散乱モデルを構築することを目的としている．平成28年度の研究実績の概要は以下の通りである．

１、衝突数値計算によるイジェクタカーテンの構造モデル（和田）：イジェクタカーテン内の粒子数密度や光学的厚さを地表面（イジェクタカーテンの根本）からの高さ（距離）の関数としてモデル化した．
２、イジェクタカーテンの光散乱計算（木村，Shalima P.）：平成27年度に引き続き、逆円錐形状のイジェクタカーテンに太陽光（波長550nmで代表させる）を照射したときの散乱光による輝度を算出している．平成28年度はとくに，イジェクタカーテンの光学的厚さが地表面（カーテンの根本）から高くなるにつれて減少するというより現実的なモデルを構築して計算を行うとともに，イジェクタ粒子を単純な球とした場合と複数の粒子の複合体であるアグリゲイトとした場合の散乱位相関数を用いて，その影響を検討した．小天体上の粒子は一般的にアグリゲイトであることが予想されるため、アグリゲイトであることが結果にどう影響するかを吟味することは，現実的なイジェクタカーテンの光散乱モデルを構築するうえで非常に重要である．現在詳細な解析を行っているところである．
３、室内衝突実験によるイジェクタカーテンの計測（荒川）：イジェクタカーテンの数値モデルと比較しイジェクタ放出速度のスケール則を構築するため，神戸大学に導入済みの縦型式ガス銃によって弾丸をガラスビーズ粒径500μmの石英砂へ衝突させる衝突クレータ形成実験を行った。平成28年度は、衝突速度5km/sの一定で、弾丸密度を1.2g/ccから8.9g/ccに変化させて放出粒子を高速ビデオカメラによる観測した。その結果、イジェクタ放出速度のスケール則に対する速度、弾丸密度依存性を明らかにした。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

平成28年度の研究においては，衝突シミュレーション，イジェクタカーテンの光散乱掲載，衝突室内実験，の各パートにおいてより現実的なイジェクタカーテンのモデル構築へ向けた取り組みが進められつつある．これらの結果をもとに引き続き研究を行うことで，平成29年度（最終年度）の総合的なモデル構築が可能となると考えられ，研究進捗はおおむね順調であると言える．

今後の研究の推進方策

平成29年度の研究は衝突シミュレーション，イジェクタカーテンの光散乱掲載，衝突室内実験，の各パートにおいて次のように計画する．
１、衝突数値計算によるイジェクタカーテンの構造モデル（和田）：衝突数値シミュレーションを確たるものにするうえで平成28年度の光散乱計算結果を受けて，より重点的に調べる必要のあるパラメータのイジェクタカーテン構造に対する影響を系統的に調べモデル化する．
２、イジェクタカーテンの光散乱計算（木村, Shalima P.）:平成28年度に引き続き，イジェクタカーテンの光散乱計算を行いアグリゲイト粒子の影響などを明らかにし，衝突実験によるイジェクタカーテンの輝度分布と比較することで妥当性を確認する．
３、室内衝突実験によるイジェクタカーテン輝度の測定（荒川）：イジェクタカーテン構造モデル構築および光散乱計算において取り組まれる各条件を衝突実験においても取り入れ，それらの検証を行っていく．
最終年度にあたり，１，２，３の結果を包括的に検討しイジェクタカーテンの光散乱モデルを構築する．さらに構築されたモデルは実際のイジェクタカーテンの観測データ，例えばDeepImpact計画で得られたデータの解析に用いて，その有用性を検証する（データはDeepImpact計画責任者であるメリーランド大学のM. A’Hearn教授に協力いただき入手する）．

次年度使用額が生じた理由

研究打ち合わせのための出張が当初予定していたものより少なく済んだため。

次年度使用額の使用計画

主に研究打ち合わせのための旅費に使用する予定。

研究成果

• [国際共同研究] Regional Institute of Education Mysore(インド)
  • 国名: インド
  • 外国機関名: Regional Institute of Education Mysore
• [雑誌論文] High Radiation Pressure on Interstellar Dust Computed by Light-scattering Simulation on Fluffy Agglomerates of Magnesium-silicate Grains with Metallic-iron Inclusions (2017)
  • 著者名/発表者名: Kimura Hiroshi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 839 ページ: L23～L23
  • DOI: 10.3847/2041-8213/aa6c2d
  • 査読あり
• [雑誌論文] System Configuration and Operation Plan of Hayabusa2 DCAM3-D Camera System for Scientific Observation During SCI Impact Experiment. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ogawa, K., K. Shirai, H. Sawada, M. Arakawa, R. Honda, K. Wada, K. Ishibashi, Y. Iijima, N. Sakatani, S. Nakazawa, H. Hayakawa
  • 雑誌名: Space Sci. Rev. 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1007/s11214-017-0347-7
  • 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: Ishibashi, K., K. Shirai, K. Ogawa, K. Wada, R. Honda, M. Arakawa, N. Sakatani, Y. Ikeda
  • 雑誌名: Space Sci. Rev. 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1007/s11214-016-0298-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Scientific objectives of Small Carry-on Impactor (SCI) and Deployable Camera 3 Digital (DCAM3-D): Observation of an ejecta curtain and a crater formed on the surface of Ryugu by an artificial high-velocity impact. (2016)
  • 著者名/発表者名: Arakawa, M., K. Wada, T. Saiki, T. Kadono, Y. Takagi, K. Shirai, C. Okamoto, H. Yano, M. Hayakawa, S. Nakazawa, N. Hirata, M. Kobayashi, P. Michel, M. Jutzi, H. Imamura, K. Ogawa, N. Sakatani, Y. Iijima, R. Honda, K. Ishibashi, H. Hayakawa, and H. Sawada
  • 雑誌名: Space Sci. Rev. 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1007/s11214-016-0290-z
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Small Carry-on Impactor (SCI) for Hayabusa2 Impact Experiment. (2016)
  • 著者名/発表者名: Saiki, T., H. Imamura, M. Arakawa, K. Wada, Y. Takagi, M. Hayakawa, K. Shirai, H. Yano, C. Okamoto
  • 雑誌名: Space Sci. Rev. 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1007/s11214-016-0297-5.
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 小天体探査における小型分離カメラDCAM の活用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石橋高，和田浩二，小川和律，澤田弘崇，白井慶，坂谷尚哉，本田理恵，荒川政彦，保井みなみ，中村昭子
  • 学会等名: 第17回宇宙科学シンポジウム
  • 発表場所: JAXA宇宙科学研究所（神奈川県相模原市）
  • 年月日: 2017-01-05 – 2017-01-06
• [学会発表] Cratering by SCI: as a means for estimating surface properties of Ryugu (2016)
  • 著者名/発表者名: Wada, K.
  • 学会等名: 1st International Regolith Science Group Workshop
  • 発表場所: JAXA宇宙科学研究所（神奈川県相模原市）
  • 年月日: 2016-11-29 – 2016-11-29
  • 国際学会
• [学会発表] 月画像解析によるクレーター光条線長さの計測：Z モデル との比較 (2016)
  • 著者名/発表者名: 木下敏輝, 中村昭子, 和田浩二,
  • 学会等名: 日本惑星科学会2016年度秋季講演会
  • 発表場所: ノートルダム清心女子大学カリタスホール（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2016-09-12 – 2016-09-14
• [学会発表] エジェクタ速度分布スケール則の構築とはやぶさ2インパクター衝突による地形変化領域の考察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松榮一真，荒川政彦，保井みなみ，辻堂さやか，長谷川直
  • 学会等名: 日本惑星科学会2016年度秋季講演会
  • 発表場所: ノートルダム清心女子大学カリタスホール（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2016-09-12 – 2016-09-14
• [学会発表] On the Photoelectric Quantum Yield of Small Dust Particles (2016)
  • 著者名/発表者名: Kimura, H.
  • 学会等名: Cosmic Dust
  • 発表場所: 東北大学青葉サイエンスホール（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-08-15 – 2016-08-19
  • 国際学会
• [学会発表] ダストの衝突合体成長と破壊 (2016)
  • 著者名/発表者名: 和田浩二
  • 学会等名: 宇宙生命計算科学連携拠点第２回ワークショップ
  • 発表場所: 筑波大学計算科学研究センター（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2016-04-27 – 2016-04-28
  • 招待講演
• [学会発表] DCAM5 in MMX (2016)
  • 著者名/発表者名: Wada, K., Sawada, H., Ogawa, K., Shirai, K., Sakatani, N., Ishibashi, K., Honda, R., Yasui, M., Arakawa, M.
  • 学会等名: MMX Science Workshop 2016
  • 発表場所: ベルリン工科大学, Berlin, Germany
  • 年月日: 2016-04-25 – 2016-04-26