超高速レーザー銃実験による惑星間衝突の実験的研究

2010 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21244069
• 研究機関: 千葉工業大学
• 研究代表者: 松井 孝典 千葉工業大学, 惑星探査研究センター, 所長 (80114643)
• 研究分担者: 杉田 精司 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (80313203) ; 門野 敏彦 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 准教授 (60359198) ; 中村 昭子 神戸大学, 大学院・理学研究科, 准教授 (40260012) ; 荒川 政彦 神戸大学, 大学院・理学研究科, 教授 (10222738)
• キーワード: レーザー銃 / 惑星進化 / 天体衝突 / 衝突蒸気雲 / 衝撃波 / 高速分光法 / 原子分光法 / 状態方程式

研究概要

本年度は、東京大学柏キャンパスおよび大阪大学レーザーエネルギー学研究センターの大型レーザーを用いて、3つの大きな課題に取り組んだ。具体的には、(1)超高速(>10km/s)衝撃条件下でのケイ酸塩鉱物の比熱計測および断熱緩和過程中における電離状態・解離状態の分光計測、(2)超高速(>10km/s)衝突による硫酸塩岩の脱ガスの分子組成の直接計測、(3)アンモニア・水混合氷の衝突脱ガス分子組成の直接計測、の3つである。第1のケイ酸塩の比熱計測からは、宇宙速度における衝突では、石英も輝石もその比熱が常温常圧状態に比べて数倍にまで上昇することが明らかになった。これは、天体衝突に際してのエントロピー増加が従来予想よりも遙かに大きいこと及び断熱膨張による衝突蒸気雲の加速が従来予想より遙かに長い時間にわたって起きることの2つを示している。これは、月を形成したとされる巨大衝突に際して周地球円盤の形成条件を大きく変更することになる可能性が高く、惑星科学的に非常に大きな意義がある。第2の硫酸塩岩の脱ガス分子組成計測からは、SO_3の大量生成が初めて明確に示された。これは、K/Pg衝突事件において地球規模の硫酸雨が降って大量絶滅が起きた可能性を強く示唆している。第3のアンモニア・水氷の衝突脱ガス計測からは、タイタンのN_2大気が、内部からの火山活動による連続脱ガスにも外部からのN_2直接持ち込みにも頼らず、地殻に豊富に含まれるアンモニアの衝突分解過程によって形成できることを示す結果を得た。これは、惑星大気の起源について、従来のどの仮説とも異なり、今後の惑星大気起源論において重要な役割を果たすことが期待される.

研究成果

• [雑誌論文] A ground-based observation of the LCROSS impact events using the Subaru Telescope (2011)
  • 著者名/発表者名: Hong, P. K., S. Sugita, N. Okamura, Y. Sekine, H. Terada, N. Takatoh, Y. Hayano, T. Fuse, T.-S. Pyo, H. Kawakita, D. H. Wooden, E. F. Young, P. G. Lucey, K. Kurosawa, H. Genda, J. Haruyama, R. Furusho, T. Kadono, R. Nakamura, S. Kamata, T. Hamura, T. Sekiguchi, M. Soma, H. Noda, J. Watanabe
  • 雑誌名: Icarus 巻: 214 ページ: 21-29
  • 査読あり
• [雑誌論文] Replacement and late formation of atmospheric N_2 on undifferentiated Titan by impacts (2011)
  • 著者名/発表者名: Sekine, Y., H.Genda, S.Sugita, T.Kadono, T.Matsui
  • 雑誌名: Nature Geoscience 巻: 4 ページ: 359-362
  • DOI: 10.1038/ngeo1147
  • 査読あり
• [雑誌論文] LCROSS (Lunar Crater Observation and Sensing Satellite) Observation Campain : Strategies, Implementation, and Lessons Learned (2011)
  • 著者名/発表者名: Heldman, J.L., A.Colaporete, D.H.Wooden, et al.
  • 雑誌名: Space Science Review 巻: (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental study on the rheological properties of polycrystalline solid nitrogen and methane : Implications for tectonic processes on Triton (2010)
  • 著者名/発表者名: Yamashita, Y., M. Kato, and M. Arakawa
  • 雑誌名: Icarus 巻: 207 ページ: 972-977
  • 査読あり
• [雑誌論文] 高速レーザー銃がもたらす惑星間衝突物理学の進展 (2010)
  • 著者名/発表者名: 杉田精司, 黒澤耕介, 門野敏彦
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 巻: 86 ページ: 589-593
• [雑誌論文] In-situ spectroscopic observations of silicate vaporization due to >10km/s impacts using laser driven projectiles (2010)
  • 著者名/発表者名: Kurosawa K., S.Sugita, T.Kadono, K.Shigemori, Y.Hironaka, K.Otani, T.Sano, A.Shiroshita, N.Ozaki, K.Miyanishi, T.Sakaiya, Y.Sekine, S.Tachibana, K.Nakamura, S.Fukuzaki, S.Ohno, R.Kodama, T.Matsui
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 37 ページ: doi:10.1029/2010GL045330
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact-induced N_2 production from ammonium sulfate (NH_4)_2SO_4 : Implications for the origin and evolution of N_2 in Titan's atmosphere (2010)
  • 著者名/発表者名: Fukuzaki, S., Y.Sekine, H.Genda, S.Sugita, T.Kadono, T.Matsui
  • 雑誌名: Icarus 巻: 209 ページ: 715-722
  • 査読あり
• [雑誌論文] A hydrocode calculation coupled with reaction kinetics of carbon compounds within animpact vapor plume and its implications for cometary impacts on Galilean satellites (2010)
  • 著者名/発表者名: Ishimaru, R., H.Senshu, S.Sugita, T.Matsui
  • 雑誌名: Icarus 巻: 210 ページ: 411-423
  • 査読あり
• [雑誌論文] A pressure measurement method for high-temperature rock vapor plumes using atomic line broadening (2010)
  • 著者名/発表者名: Kurosawa, K., S.Sugita
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 115 ページ: doi:10.1029/2010JE003575
  • 査読あり
• [雑誌論文] 宇宙速度衝突による珪酸塩蒸発過程のその場時間分解発光分光観測 (2010)
  • 著者名/発表者名: 黒澤耕介, 門野敏彦, 杉田精司, 重森啓介, 弘中陽一郎, 尾崎典雅, 城下明之, 長勇一郎, 境家達弘, 橘省吾, 大野宗祐, 藤岡慎介, Tommaso Vinci, 兒玉了祐, 松井孝典
  • 雑誌名: 日本惑星科学誌 遊星人 巻: 19 ページ: 332-339
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-Speed Time-Series Spectroscopic and Imaging Observations on Aerodynamic Ablation Processes within Vapor Plumes due to Oblique Impacts (2010)
  • 著者名/発表者名: Hamura, T., K.Kurosawa, S.Hasegawa, T.Matsui, S.Sugita
  • 雑誌名: Proceedings of 43th Lunar and Planetary Symposium 巻: 42(印刷中)
• [雑誌論文] LCROSS衝突の放出物のすばる望遠鏡による地上観測 (2010)
  • 著者名/発表者名: 洪鵬, 岡村奈津子, 杉田精司, 関根康人, 寺田宏, 高遠徳尚, 早野裕, 布施哲治, 河北秀世, 黒澤耕介, 春山純一, 古荘玲子, 門野敏彦, 中村良介, 羽村太雅, 関口朋彦, 渡部潤一
  • 雑誌名: 日本惑星科学会誌 遊星人 巻: 19 ページ: 96-104
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental study on static and impact strength of sintered agglomerates (2010)
  • 著者名/発表者名: Machii, N., Nakamura, A.M
  • 雑誌名: Icarus 巻: 211 ページ: 885-893
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Hayabusa spacefract asteroid multi-band imaging camera : AMICA (2010)
  • 著者名/発表者名: Ishiguro, M., ほか(15著者の7番めにNakamura, A.M.)
  • 雑誌名: Icarus 巻: 207 ページ: 714-731
  • 査読あり
• [雑誌論文] The shape distribution of boulders on asteroid 25143 Itokawa : Comparison with fragments from impact experiments (2010)
  • 著者名/発表者名: Michikami, T., A.M.Nakamura, N.Hirata
  • 雑誌名: Icarus 巻: 207 ページ: 277-284
  • 査読あり
• [雑誌論文] In Situ Observation of Penetration Process in Silica Aerogel : Deceleration Mechanism of Hard Spherical Projectiles. (2010)
  • 著者名/発表者名: Niimi, R., T.Kadono, M.Arakawa, M.Yasui, K.Dohi, A.M.Nakamura, Y.Iida, A.Tsuchiyama
  • 雑誌名: Icarus 巻: 211 ページ: 986-992
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rate-dependent strength of porous ice-silica mixtures and its implications for the shape of small to middle-sized icy satellites (2010)
  • 著者名/発表者名: Yasui, M., M.Arakawa
  • 雑誌名: Icarus 巻: 210 ページ: 956-967
  • 査読あり
• [学会発表] Experimental study of SO_3/SO_2 ratio in impact vapor clouds using a high-speed laser gun (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Ohno, T.Kadono, K.Kurosawa, T.Hamura, T.Sakaiya, S.Sugita, K.Shigemori, Y.Hironaka, T.Watari, T.Matsui
  • 学会等名: Lunar and Planetary Science Conference, XXXXII
  • 発表場所: The Woodlands, Texas, (U.S.A.)
  • 年月日: 2011-03-08
• [学会発表] Experimental results investigating impact velocity effects of crater growth and the transiet depth-diameter ratio (2011)
  • 著者名/発表者名: Barnouin, O.S., J.T.Heinick, S.Sugita, M.T.Cintala, D.A.Crawford, T.Matsui
  • 学会等名: Lunar and Planetary Science Conference, XXXXII
  • 発表場所: The Woodlands, Texas, (U.S.A.)
  • 年月日: 2011-03-08
• [学会発表] Prediction of the elecmental composition of olivine by laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Ishibashi, S.Ohnno, T.Arai, K.Wada, S.Kameda, H.Senshu, N.Namiki, T.Matsui, Y.Cho, S.Sugita
  • 学会等名: Lunar and Planetary Science Conference, XXXXII
  • 発表場所: The Woodlands, Texas, (U.S.A.)
  • 年月日: 2011-03-08
• [学会発表] Pressure measurements of self-luminous rock vapors using atomic line broadening (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Kurosawa, S.Sugita
  • 学会等名: Lunar and Planetary Science Conference, XXXXII
  • 発表場所: The Woodlands, Texas, (U.S.A.)
  • 年月日: 2011-03-08
• [学会発表] A new modified Gaussian model (MGM) using a Bayesian estimation approach : toward automated analysis of planetary spectra (2011)
  • 著者名/発表者名: Sugita, S., N.Nagata, N.Tsuboi, T.Hiroi, M.Okada
  • 学会等名: Lunar and Planetary Science Conference, XXXXII
  • 発表場所: The Woodlands, Texas, (U.S.A.)
  • 年月日: 2011-03-08
• [学会発表] Radiogenic heat source concentration in the lunar farside crust estimated from visocoelastic deformation of impact basins (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Kamata, S.Sugita, Y.Abe, Y.Ishi-hara, Y.Harada, N.Namiki, T.Iwata, H.Hanada, H.Araki
  • 学会等名: Lunar and Planetary Science Conference, XXXXII
  • 発表場所: The Woodlands, Texas, (U.S.A.)
  • 年月日: 2011-03-08
• [学会発表] Impact compaction experiments on high-porosity sintered targets (2011)
  • 著者名/発表者名: Okamoto, T., Nakamura, A.M., Hasegawa, S., Tsuchiyama.A., Ikezaki, K.
  • 学会等名: East Asia Young Astronomers Meeting 2011
  • 発表場所: 済州島(韓国)
  • 年月日: 2011-02-17
• [学会発表] Ejecta size distribution from hypervelocity impact cratering of planetary materials : Implication for dust production process of impact origin (2010)
  • 著者名/発表者名: Takasawa, S., Nakamura, A.M., Kadono, T., Arakawa, M., Dohi, K., Ohno, S., Seto, Y., Maeda, M., Shigemori, K., Hironaka, Y., Sakaiya, T., Sano, T., Watari, T., Sangen, K., Takeuchi, T.
  • 学会等名: European Planetary Science Congress 2010
  • 発表場所: Rome (Italy)
  • 年月日: 2010-09-24
• [学会発表] Flyer acceleration using high-power laser and impact experiments at velocities 10-60km/s (2010)
  • 著者名/発表者名: Kadono, T., ほか9著者
  • 学会等名: European Planetary Science Conference 2010
  • 発表場所: Roma (Italia)
  • 年月日: 2010-09-23
• [学会発表] Measurements of post shock temperature deposited in ice impact crater (2010)
  • 著者名/発表者名: Arakawa, M., M.Yasui
  • 学会等名: 12th International conference on the Physics and Chemistry of Ice
  • 発表場所: Sapporo (Japan)
  • 年月日: 2010-09-09
• [学会発表] Flyer Acceleration Using a High-Power Laser to Velocities Higher Than 10km/s (2010)
  • 著者名/発表者名: Kadono, T., ほか12著者
  • 学会等名: Western Pacific Geophysical Meeting 2010
  • 発表場所: Taipei (Taiwan)
  • 年月日: 2010-06-22
• [学会発表] Experimental study on impact craters formed on layered crusts (2010)
  • 著者名/発表者名: Arakawa, M., K.Dohi, C.Okamoto, S.Hasegawa
  • 学会等名: 2010 Western Pacific Geophysics Meeting
  • 発表場所: Taipei (Taiwan)
  • 年月日: 2010-06-22
• [学会発表] Experimental study on the impact disruption of rubble pile bodies (2010)
  • 著者名/発表者名: Fujita, Y., M.Arakawa
  • 学会等名: 2010 Western Pacific Geophysics Meeting, Taipei
  • 発表場所: Taipei (Taiwan)
  • 年月日: 2010-06-22