微小重力実験による小天体レゴリス上のクレータースケール則の構築

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K03723
• 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) ; 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)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 低重力 / クレーター / レゴリス

研究実績の概要

今年度は、宇宙航空研究開発機構(JAXA)施設内にある縦型式二段銃の真空チャンバー内に、模擬微小重力衝突実験装置を組み立て、予備的な高速度衝突クレーター実験を行った。
高さ2メートルの真空チャンバー内に組み立て式の枠を置き、レールをとりつけてボールベアリングを用いて標的容器を鉛直に落下させる装置を取り付けた。落下させる前の標的容器は電磁石を用いてチャンバー天井付近に保持し、電磁石を切る信号をトリガーとして弾丸を発射させた。試料容器に固定した加速度計で加速度を測定し、クレーター形成過程は真空チャンバーの上窓からの高速度カメラ画像で確認した。
弾丸は、直径5ミリメートルのポリカーボネート球、標的は直径30センチメートル、高さ10センチメートルのステンレス容器に充填した粒径約400ミクロンの硅砂とした。模擬重力0.06 ～ 0.07Gの範囲で、衝突速度 1.2 km/s で実験を行い、低重力下では1G下よりもクレーター形成時間が長く、クレーター直径が大きくなっていることが確認できた。
並行して、昨年度に引き続き、低重力・低速度で弾丸が粉体層へ潜り込む深さを測定する装置を製作し神戸大学で実験を行った。昨年度は定荷重バネを用いて試料容器を落下させたが、今年度はシャフトに沿って落下させる方式とし、0.1G以下の模擬重力を実現した。二種類の粉体試料に対して実験を行った結果は、1G下の実験で得られた半経験式の予想する弾丸潜り込み深さと系統的なずれはあったが、重力依存性は経験式と調和的であることが示された。

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

宇宙航空研究開発機構(JAXA)施設内にある縦型式二段銃の真空チャンバー内で用いる組み立て式の模擬微小重力衝突実験装置を設計・開発し、低重力高速度衝突クレーターのテスト実験を行い、クレーター直径の計測結果を得た。これにより、今後のクレーター実験実施にあたっての課題を整理することができた。

今後の研究の推進方策

高速度・低重力実験を引き続き行う。クレーター形成時間に対して低重力継続時間を長くするために、弾丸サイズを小さくし、標的容器の落下時間をより長く確保できるよう装置を改良する。また、高速度デジタルカメラを標的容器に取り付け、クレーター形成過程を連続的に撮像できるようにする。実験条件を系統的に変えてデータを取得する。
低速度衝突実験に関しては、1Gのモデル式との系統的なずれの原因を究明する。
これらの成果を、学会等で発表し、論文を執筆する。

次年度使用額が生じた理由

神戸大学の小型真空チャンバーの改修が終わっていないために、次年度使用額が生じた。今後、真空チャンバーの改修およびそれを用いた実験のための消耗品の購入、成果発表旅費、論文執筆のための費用として用いる。

研究成果

• [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 ページ: 67-71
  • DOI: 10.1126/science.aaz1701
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Q-type asteroids: Possibility of non-fresh weathered surfaces (2019)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa, S., Hiroi, T., Ohtsuka, K., Ishiguro, M., Kuroda, D., Ito, T., Sasaki, S.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 71 ページ: 103 (13 pages)
  • DOI: 10.1093/pasj/psz088
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Experimental study on gravitational effects on crater size formed by low-velocity impacts into granular media (2019)
  • 著者名/発表者名: Kiuchi, M., Nakamura, A. M., Wada, K.
  • 学会等名: JpGU2019, Makuhari Messe, May. 26-30, 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Laboratory impact penetration experiments conducted at simulated reduced gravity (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, A. M., Morizono, K., Nagaashi, Y.
  • 学会等名: JpGU2019, Makuhari Messe, May. 26-30, 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 微小重力下での高速度衝突クレーター形成実験 (2019)
  • 著者名/発表者名: 木内真人, 中村昭子, 岡本尚也
  • 学会等名: 令和元年度宇宙科学に関する室内実験シンポジウム, JAXA宇宙科学研究所, 3月2-3日, 2019. (書面発表)
• [学会発表] はやぶさ2 SCIによる小惑星リュウグウ上での衝突実験 (2019)
  • 著者名/発表者名: 荒川政彦, 佐伯孝尚, 門野敏彦, 高木靖彦, 和田浩二, 他
  • 学会等名: 日本惑星科学会2019年度秋季講演会，京都産業大学神山ホール，2019年10月7日-9日
• [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, 石橋高, 木村宏, 荒川政彦, 澤田弘崇, 他
  • 学会等名: 第15回衝突研究会：天体の衝突物理の解明 (XV) ～小惑星の表層進化～, 千葉工業大学 東京スカイツリータウンキャンパス, 11月27-29日, 2019