17:15 〜 19:15
[PPS06-P15] ロードセルを用いたクレーター形成過程の観測：エジェクタカーテンの運動量の見積り、疑似重力の推定
キーワード：衝突クレーター、エジェクタ
背景：太陽系において、天体同士の高速度衝突現象は重要な物理過程の一つである。その衝突により、クレーターの形成やそれに伴う天体間での運動量輸送が起こる。これらの現象を理解することは固体天体表層の衝突進化やプラネタリーディフェンスに重要と考えられている。近年では、はやぶさ2によるSCIクレーター形成実験や、NASAのDARTミッションにおける、小惑星への衝突による軌道修正実験などが行われ、天体衝突に関する実験的研究への関心が高まっている。また、これまでにクレーター形成過程において重力の影響を調べる先行研究はいくつか行われているが、巨大な装置を必要とするため実験例が少ないという課題がある。そのため、本研究では簡便な装置を用いてエジェクタの放出を制限する、拘束クレーター実験を行い、その際、エジェクタの放出を止めるために必要な荷重をロードセルで観測する手法を開発した。そして、クレーター形成に対する摩擦応力とその摩擦を発生させる静水圧（見かけの重力）の影響を調べる実験手法を提案する。また、放出を制限したエジェクタの運動量に注目し、小惑星など強度の弱い天体間で起こる運動量輸送効率に対する新たな計測方法を提案する。
実験手法：標的に用いる試料は粒径500µmの石英砂で、重力支配域でのクレーター形成過程を再現する。中心に円形の穴の空いた正方形のアルミ板を荷重受けとして用い、水平にならした砂標的上に設置する。衝突実験には神戸大学の縦型一段式軽ガス銃を使い、アルミ板の穴の中心に弾丸を衝突させる。衝突によるクレーター成長は、穴の大きさで制限され、アルミ板によってエジェクタの放出が抑えられる。この際にアルミ板にかかる荷重の測定を歪みゲージ式ロードセルを用いて実施する。ロードセルは、アルミ板に軽く接触させるように設置する。衝突時に標的からの砂の放出や移動が起こるので、それに伴ってアルミ板が上昇しようとする。このアルミ板の運動によって発生する荷重を、ロードセルを用いて計測する。本研究では、アルミ板に空いた穴の大きさを直径20mmと30mm、衝突速度を112m/s〜270m/sと変化させて実験を行う。
実験結果と議論：実験の結果、弾丸の運動量が増加するにつれてロードセルにかかる荷重が大きくなることが観測された。一方で、弾丸の運動量が同じ時、穴の大きさによる荷重の大きさには変化が見られなかった。本研究において、ロードセルにかかる最大荷重（衝突後の最大荷重から衝突前の荷重を引いたもの）からロードセルにかかる平均圧力を計算し、その圧力を静水圧と捉えることで疑似重力を推定した。20mm、30mmのどちらの場合の疑似重力の推定値も先行研究のものから数倍小さい値となった。[1]また、ロードセルにかかる荷重の時間変化を積分し、衝突によってロードセルにかかる力積を計算した。この値を、アルミ板によって制限したエジェクタカーテンによる運動量と捉え、弾丸衝突によるエジェクタの運動量輸送効率(β-1)を見積もった。このβ-1の結果は、高速度で行われた先行研究のものよりわずかに大きい値となった。[2]
[1] Matsue et al. (2020), Measurements of seismic waves induced by high-velocity impacts: Implications for seismic shaking surrounding impact craters on asteroids, Icarus, volume 338, 113520
[2] Chourey et al. (2020), Determining the momentum transfer in regolith-like targets using the TUM/LRT electro-thermal accelerator, Icarus, volume 194, 105112
実験手法：標的に用いる試料は粒径500µmの石英砂で、重力支配域でのクレーター形成過程を再現する。中心に円形の穴の空いた正方形のアルミ板を荷重受けとして用い、水平にならした砂標的上に設置する。衝突実験には神戸大学の縦型一段式軽ガス銃を使い、アルミ板の穴の中心に弾丸を衝突させる。衝突によるクレーター成長は、穴の大きさで制限され、アルミ板によってエジェクタの放出が抑えられる。この際にアルミ板にかかる荷重の測定を歪みゲージ式ロードセルを用いて実施する。ロードセルは、アルミ板に軽く接触させるように設置する。衝突時に標的からの砂の放出や移動が起こるので、それに伴ってアルミ板が上昇しようとする。このアルミ板の運動によって発生する荷重を、ロードセルを用いて計測する。本研究では、アルミ板に空いた穴の大きさを直径20mmと30mm、衝突速度を112m/s〜270m/sと変化させて実験を行う。
実験結果と議論：実験の結果、弾丸の運動量が増加するにつれてロードセルにかかる荷重が大きくなることが観測された。一方で、弾丸の運動量が同じ時、穴の大きさによる荷重の大きさには変化が見られなかった。本研究において、ロードセルにかかる最大荷重（衝突後の最大荷重から衝突前の荷重を引いたもの）からロードセルにかかる平均圧力を計算し、その圧力を静水圧と捉えることで疑似重力を推定した。20mm、30mmのどちらの場合の疑似重力の推定値も先行研究のものから数倍小さい値となった。[1]また、ロードセルにかかる荷重の時間変化を積分し、衝突によってロードセルにかかる力積を計算した。この値を、アルミ板によって制限したエジェクタカーテンによる運動量と捉え、弾丸衝突によるエジェクタの運動量輸送効率(β-1)を見積もった。このβ-1の結果は、高速度で行われた先行研究のものよりわずかに大きい値となった。[2]
[1] Matsue et al. (2020), Measurements of seismic waves induced by high-velocity impacts: Implications for seismic shaking surrounding impact craters on asteroids, Icarus, volume 338, 113520
[2] Chourey et al. (2020), Determining the momentum transfer in regolith-like targets using the TUM/LRT electro-thermal accelerator, Icarus, volume 194, 105112