[U-06_28PO1] 太陽系小天体研究の新展開

[U06-P05] 小天体表面における粒子サイズと空隙率の関係

*木内 真人¹、中村 昭子¹ (1.神戸大学大学院理学研究科)

キーワード：小惑星, レゴリス, 空隙率

小天体表層はレゴリス層と呼ばれる粒子層によって覆われており、レゴリス層の粒子サイズと空隙率は重要な物性値である。例として、天体表面の反射率や熱慣性は粒子サイズや空隙率に依存する。また、これらの物性値はクレーター効率のような衝突応答性に影響を与える。過去には、アポロ計画による月レゴリスの粒子サイズの直接測定が行われており、平均空隙率が51%と推定されている(Michell et al., 1974)。また、観測による推定として、地上レーダー観測による空隙率の推定では、小惑星表層の平均空隙率は51 ± 14% という結果を得ており(Magri et al., 2001）、反射率の角度依存性を用いた空隙率の推定では、S 型小惑星表層の空隙率の範囲は40 -80 %となっている (Hapke, 1986; Domingue et al., 2002)。本研究では、まず地上実験のデータより、空隙率と粒子にはたらく力の関係を得た。そして、その関係を小天体表面の条件に適用することで、レゴリス層の空隙率と粒子サイズの関係を求めた。
Yu et al. (2003）では、実験データをもとに、液架橋力をもとにした粒子間力Fv と粒子にかかる重力Fg の比RF と空隙率の関係が表されている。空隙率は粒子が密に充填していない状態でそれぞれ測定されており、粒子サイズによって空隙率は異なる値をとる。本研究では、粒子間力はァンデルワールス力が支配的だと想定し、ファンデルワールス力には吸着分子の影響を考慮した以下のモデル式(Perko et al., 2001)を適用した。
Fv=AS²r/48Ω² (1)
A はハマカー定数（物性値）、r は粒子半径、Ω は吸着分子半径（ここでは酸素イオン半径）である。またS はcleanliness ratio と呼ばれるもので、粒子表面の吸着分子の少なさを表しており、地球上では0.1 程度、宇宙空間では約1 という値をとる。過去研究のデータに我々が行ったフライアッシュの測定データを加え、また(1)式を用いることで、空隙率pとR_F(=Fv/Fg)の関係
p=p₀+(1-p₀)exp(-mR_F ^-2) (2)
を得た。ここで、p₀, m, nは定数である。また、(1)式を(2)式に代入することで、次式が得られる。
p=p₀+(1-p₀)exp｛-m(AS²/64πΩ²ρgr²)^-n｝ (3)
ここでρは粒子密度、gは重力加速度である。(3)式に小天体表面の条件を適用することで、小天体表層の粒子半径と空隙率の関係を得ることができる。例として小惑星イトカワ表面における空隙率と粒子半径の関係を得た。はやぶさの画像より得られたイトカワの粒子サイズは、細かい粒子層が広がる地域ではmm-cm サイズと推定されており(Yano et al., 2006）、今回得られた関係によると、この範囲の粒子サイズでは0.55－0.8の範囲の空隙率をもつと見積もられる。同様の方法で、その他の小天体表面における空隙率と粒子サイズの関係を見積ることができる。
またGundlach and Blum (2013)では、熱慣性データとレゴリス層における熱伝導率モデルから、レゴリス層の粒子サイズを推定している。ここで、(3)式の関係とGundlachand Blum (2013)の関係を組み合わせることで、小天体表面の粒子サイズと空隙率をそれぞれ推定することができ、その結果についても報告する。