17:15 〜 18:45
[PPS02-P04] 石英砂に埋没したボルダーに対するクレーター形成実験：アーマリング効果に対するボルダーの深さ依存性
キーワード：小惑星、クレーター形成過程、アーマリング効果、ボルダー、埋没深さ、引張強度
探査機はやぶさは，小惑星イトカワの表面が数センチから数メートルの小石や巨礫(ボルダー)で覆われているのを観測し，ラブルパイル天体の直接的観測として初の例となった．またイトカワは，月と比較して小さなクレーターが非常に少ないことや，ボルダー上に穴や割れ目があることも明らかになり，このことからイトカワのクレーター形成過程にはアーマリング効果が働いていることが示唆された．ボルダーで覆われた小惑星表面模擬物質を用いたこれまでの室内衝突実験ではアーマリング効果が検証されているが，使用されている標的粒子の粒径が同じであったため，１つのボルダーに着目し，ボルダーに衝突した際のクレーター形成に伴うボルダーの挙動については不明な点が多い．
また，小惑星上のボルダーの強度については，幾つか推定がされている．例えば，小惑星ベンヌのボルダー上のクレーターの解析から，ボルダーの衝撃強度は0.44-1.7 MPaと推定されている(Ballouz et al., 2020)．また，熱慣性のデータから，リュウグウ上のボルダーの引張強度は0.20-0.28MPaと制約されている(Grott et al., 2019)．しかし，これまでの粗粒標的を用いた先行研究ではそれよりも１桁以上大きな強度の粒子を使っており，実際の小惑星のボルダー強度範囲での検証は行われていない．
そこで本研究の目的は，ラブルパイル小惑星表面模擬物質を用いたクレーター形成実験を行い，地表面上や表面下のボルダーへの衝突が及ぼすクレーター形成過程への影響を調べることである．特に，ボルダーの埋没深さや強度，衝突速度に対するアーマリング効果に着目する．
ボルダー模擬物質は，直径100μmの石英砂と石膏を質量比2:1〜20:1で混合して作成した．その強度は2:1で770kPa，8:1で140 kPa，20:1で19kPaである．混合球の直径は低速度では40 mm，高速度では60 mmとし，100μmの石英砂を敷き詰めたたらいの中心に設置した．その際，混合球の設置深さとボルダーの直径比d/DBを定義し，d/DB= 0 (砂表面上) 〜 1 (砂表面下)の範囲で変化させた．また，石英砂のみ(ボルダーなし)の標的も比較のために用意した．低速度の実験は，神戸大学の縦型一段式軽ガス銃を使用し，弾丸は直径10 mmのナイロン球を用いた．高速度の実験は，宇宙科学研究所の縦型二段式軽ガス銃を使用し，弾丸は直径4.7 mmのポリカーボネート球を用いた．衝突速度は約150 m/s(低速度)と約1.8 km/s(高速度)である．衝突の様子は高速カメラで撮影し，衝突点位置の確認とエジェクタカーテンの形状観察，ボルダーの破壊の様子を観察した．
混合球を設置した場合，深さによってクレーター形成過程に大きな違いが見られた．d/DB= 0 ではクレーターは形成されず，衝突で破壊された混合球の破片が放射状に飛び散り，衝突点を中心とした放射状の跡が砂表面に形成された． d/DB= 0.5 ではクレーターは形成されたが，その周囲に放射状の小さくいびつなクレーターが観察された．クレーター中心には混合球の最大破片が埋まっており，エジェクタカーテンは非常に薄かった．d/DB= 1 では石英砂のみの場合と同様に，円錐型のクレーターが形成され， 混合球の破壊は非常に小さく，最大破片は埋まったままで残っていた．埋没深さによるクレーター形状の違いは，混合球の強度で大きく変わらなかった．しかし，強度が低下するほど混合球の破壊の程度は大きく，破片サイズが小さくなり数が増加した．そのため，強度が低下するほど，クレーターリム上に見られる凹凸が多くなり，よりいびつな形状となった．
各埋没深さでのクレーターリム直径を比較すると，二つの傾向に分かれた．まず低速度領域では，d/DB= 0 ~ 0.25 では直径はほぼ0となった．一方，d/DB= 0.5 ~ 1.25 ではクレーター直径は大きくなったが，この深さ間のデータに大きな違いはなく，クレーター直径は石英砂のみの場合の80 ~ 90 %となった．強度が低下すると，d/DB= 0.5 ~ 1 では大きな違いは見られなかった．一方， d/DB= 0.5 以下では破片が細かく石英砂のみの場合と同様の掘削流となる可能性があり，クレーター直径が大きくなることが示唆された．
また，小惑星上のボルダーの強度については，幾つか推定がされている．例えば，小惑星ベンヌのボルダー上のクレーターの解析から，ボルダーの衝撃強度は0.44-1.7 MPaと推定されている(Ballouz et al., 2020)．また，熱慣性のデータから，リュウグウ上のボルダーの引張強度は0.20-0.28MPaと制約されている(Grott et al., 2019)．しかし，これまでの粗粒標的を用いた先行研究ではそれよりも１桁以上大きな強度の粒子を使っており，実際の小惑星のボルダー強度範囲での検証は行われていない．
そこで本研究の目的は，ラブルパイル小惑星表面模擬物質を用いたクレーター形成実験を行い，地表面上や表面下のボルダーへの衝突が及ぼすクレーター形成過程への影響を調べることである．特に，ボルダーの埋没深さや強度，衝突速度に対するアーマリング効果に着目する．
ボルダー模擬物質は，直径100μmの石英砂と石膏を質量比2:1〜20:1で混合して作成した．その強度は2:1で770kPa，8:1で140 kPa，20:1で19kPaである．混合球の直径は低速度では40 mm，高速度では60 mmとし，100μmの石英砂を敷き詰めたたらいの中心に設置した．その際，混合球の設置深さとボルダーの直径比d/DBを定義し，d/DB= 0 (砂表面上) 〜 1 (砂表面下)の範囲で変化させた．また，石英砂のみ(ボルダーなし)の標的も比較のために用意した．低速度の実験は，神戸大学の縦型一段式軽ガス銃を使用し，弾丸は直径10 mmのナイロン球を用いた．高速度の実験は，宇宙科学研究所の縦型二段式軽ガス銃を使用し，弾丸は直径4.7 mmのポリカーボネート球を用いた．衝突速度は約150 m/s(低速度)と約1.8 km/s(高速度)である．衝突の様子は高速カメラで撮影し，衝突点位置の確認とエジェクタカーテンの形状観察，ボルダーの破壊の様子を観察した．
混合球を設置した場合，深さによってクレーター形成過程に大きな違いが見られた．d/DB= 0 ではクレーターは形成されず，衝突で破壊された混合球の破片が放射状に飛び散り，衝突点を中心とした放射状の跡が砂表面に形成された． d/DB= 0.5 ではクレーターは形成されたが，その周囲に放射状の小さくいびつなクレーターが観察された．クレーター中心には混合球の最大破片が埋まっており，エジェクタカーテンは非常に薄かった．d/DB= 1 では石英砂のみの場合と同様に，円錐型のクレーターが形成され， 混合球の破壊は非常に小さく，最大破片は埋まったままで残っていた．埋没深さによるクレーター形状の違いは，混合球の強度で大きく変わらなかった．しかし，強度が低下するほど混合球の破壊の程度は大きく，破片サイズが小さくなり数が増加した．そのため，強度が低下するほど，クレーターリム上に見られる凹凸が多くなり，よりいびつな形状となった．
各埋没深さでのクレーターリム直径を比較すると，二つの傾向に分かれた．まず低速度領域では，d/DB= 0 ~ 0.25 では直径はほぼ0となった．一方，d/DB= 0.5 ~ 1.25 ではクレーター直径は大きくなったが，この深さ間のデータに大きな違いはなく，クレーター直径は石英砂のみの場合の80 ~ 90 %となった．強度が低下すると，d/DB= 0.5 ~ 1 では大きな違いは見られなかった．一方， d/DB= 0.5 以下では破片が細かく石英砂のみの場合と同様の掘削流となる可能性があり，クレーター直径が大きくなることが示唆された．