[P-PS07] 惑星科学

[PPS07-09] 天体構成粒子塊の階層構造が強度獲得過程に及ぼす影響：実験による評価

*大村 知美¹、桂木 洋光²、豊田 優佳里³ (1.大阪産業大学全学教育機構高等教育センター、2.大阪大学大学院理学研究科宇宙地球科学専攻、3.神戸大学大学院理学研究科)

キーワード：微惑星、ダスト、階層構造、圧密、引張強度

微惑星の強度は天体の進化過程を左右するパラメータのひとつであるが，これは構成粒子がなす粒子構造によって変化する．原始惑星系円盤の自己重力不安定によって形成された微惑星は，「階層構造粒子塊」，すなわち個々の粒子 (grain) の凝集体 (pebble) の集合体であると考えられる．このような粒子塊ははじめpebbleの集合体としての物性を示すはずだが，自己重力による圧密等でpebbleの変形や破壊，合体が進むと，最終的にはgrainの均質な集合体と同様の物性を示すと考えられる．本研究では特にこの遷移過程における圧密およびそれに伴う強度獲得の様子に着目している．本発表では，階層構造粒子塊と均質粒子塊のサンプルによる実験結果を比較し，圧密挙動とpebble強度の関係，また圧密後粒子塊の引張強度にpebble粒子が及ぼす影響について報告する．
サンプル粉体には直径4.2 μm のガラスビーズ (Potters-Ballotini, EMB-10) を用いた．もともとの，あるいは湿らせたサンプル粉体中に含まれる「だま」をpebbleとして用いた．実験には直径が1-2 mmのpebbleを用いた．pebbleを円筒容器に充填したサンプル (pebbleサンプル) とサンプル粉体を円筒容器に充填したサンプル (powderサンプル) を作成し，圧密試験および圧密後サンプルの引張強度測定を行った．圧密試験では，サンプルにかける最大圧力を10⁴ – 10⁶ Pa のオーダーで変化させた．圧密後サンプルの引張強度はBrazilian testで測定した．pebbleの強度は作成時や保管時の条件に依存して異なるため，サンプルごとにpebbleの強度測定も行った．一部の圧密後サンプルについてはCTスキャンによる内部の観察も行った．
圧密試験の結果から得られた，試料の充填率と試料に働いていた圧力の関係(圧密曲線)を比較すると，圧密の初期段階において，同じ充填率のサンプルを圧密する際に必要な圧力は，powderサンプルよりpebbleサンプルの方が大きかった．また，pebbleの強度が大きいほど圧密に要する圧力は増加した．サンプルの圧密が進むとサンプル間の差は失われていった．このことは，圧密がある程度以上に進むとpebbleの物性の影響が失われることを示唆している．また，pebbleサンプルとpowderサンプルの差が見られなくなる圧力もpebbleの強度と共に増加した．pebbleサンプルの圧密曲線の圧力をpebble強度で規格化して比較すると，圧力がpebble強度のおよそ10倍よりも低く，充填率がおよそ0.5よりも小さな範囲では，規格化された圧密曲線はおおむね共通の直線上に乗ることが明らかになった．このことから，この範囲ではpebble粒子の破壊によって圧密が進んでいることも示唆される．発表では圧密後サンプル強度や内部観察結果についても報告する．