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[PPS06-P18] 小天体上のクレーター形成に伴う衝突体の残存と混合過程に関する実験的研究
キーワード：クレーター形成、衝突体、残存、混合過程
背景 月や小惑星などの大気を持たない固体天体の表層は、数多くの衝突クレーターで覆われている。そのクレーターは小惑星や彗星などの小天体の衝突で作られたと考えられており、衝突の度に標的天体の表層は掘り起こされ、衝突体の一部は付加・混合されていると考えられる。この過程はレゴリス・ガーデニングと言われ、様々な種類の角礫岩が形成されることが月の岩石や普通コンドライト隕石などの研究から知られている。一方、小惑星探査から、小惑星リュウグウはC型小惑星であるが、S型小惑星由来と思われるボルダーが発見されており[1]，従って、小惑星表層の衝突進化を明らかにするには、小惑星表面のレゴリス・ガーデニングの研究が必要である。そこで、まずは衝突体の残存率の評価が重要であると考えた。
しかし、従来の衝突実験では標的の衝突破壊強度に関する研究が主に行われ、衝突体の破壊に関する詳細な検討は十分に行われてこなかった。そこで、先行研究[2]では、衝突体の衝突破壊強度の影響に着目し、標的の種類や衝突条件による衝突体(弾丸)の破壊の特性についての違いを示した。この研究は、衝突体に岩石を用いており、S型小惑星同士の衝突について研究を深めるための重要なデータとなっている。本研究では彗星やＣ型小惑星によるレゴリス・ガーデニングを明らかにするため、それらを模擬した有機物を含む弾丸や弱強度の弾丸を用いて室内衝突実験を行いて衝突実験を行った。そして。弾丸の残存率及びそのレゴリス層との混合過程を明らかにした。
実験方法 衝突実験には神戸大学の縦型一段式軽ガス銃を使用し、弾丸を衝突速度67m/s〜209m/sで標的に衝突させた。弾丸には、直径10mm、高さ10mmの円筒形弾丸を用い、それらは、石英砂と石膏を20:1、15:1、10:1で混合させたもの及びパラフィンを用いて作成した。標的としては、閃緑岩、石英砂(500μm)、ガラスビーズ(10mm)の3種類を使用した。衝突の様子は高速カメラ2台を用いて5000fpsで撮影し、弾丸の破壊及び混合過程を解析した。さらに、衝突後の弾丸の破片を回収・計測し、標的の種類による積算個数分布や衝突破壊強度の違いを解析した。
結果と議論 パラフィン弾丸を閃緑岩標的に衝突させた場合は、衝突速度によって弾丸が破壊される場合と破壊が起こらず変形のみが生じる場合があった。一方、石英砂標的では弾丸の変形のみが確認され、ガラスビーズ標的を用いた場合は破壊のみという結果になった。また、パラフィン弾丸の破壊が起こった閃緑岩及びガラスビーズ標的では、積算個数分布の特徴が異なり、衝突破壊強度は一致したものの、破片のサイズ頻度分布に違いがみられた。さらに、パラフィン弾丸の変形のみが起こった石英砂標的では、運動エネルギーの増加に伴い弾丸の変形量が線形的に増加していた。この結果は、運動エネルギーの増大による衝撃圧力の上昇に起因していると考えられる。また、運動エネルギーの増加に伴いクレーターリム直径も増加した。この結果は、石英砂(500μm)のクレータースケール則[3]とほぼ一致した。
石英砂と石膏を混ぜた弱強度弾丸（0.12MPa）を石英砂標的に衝突させた場合は、実験を行った全ての衝突速度において弾丸の破壊が確認され、破片の大きさや散らばり方は衝突速度に依存することが分かった。
本発表では、これらを基に衝突体の残存及びその混合過程について詳細に議論する。
[1] Tatsumi, E. et al. (2021). Nature Astronomy, 5(1), 39-45.
[2] Nagaoka et al. (2014). Meteoritics & Planetary Science 49, Nr 1, 69–79
[3] Tsujido et al. (2015). Icarus 262 79-92
しかし、従来の衝突実験では標的の衝突破壊強度に関する研究が主に行われ、衝突体の破壊に関する詳細な検討は十分に行われてこなかった。そこで、先行研究[2]では、衝突体の衝突破壊強度の影響に着目し、標的の種類や衝突条件による衝突体(弾丸)の破壊の特性についての違いを示した。この研究は、衝突体に岩石を用いており、S型小惑星同士の衝突について研究を深めるための重要なデータとなっている。本研究では彗星やＣ型小惑星によるレゴリス・ガーデニングを明らかにするため、それらを模擬した有機物を含む弾丸や弱強度の弾丸を用いて室内衝突実験を行いて衝突実験を行った。そして。弾丸の残存率及びそのレゴリス層との混合過程を明らかにした。
実験方法 衝突実験には神戸大学の縦型一段式軽ガス銃を使用し、弾丸を衝突速度67m/s〜209m/sで標的に衝突させた。弾丸には、直径10mm、高さ10mmの円筒形弾丸を用い、それらは、石英砂と石膏を20:1、15:1、10:1で混合させたもの及びパラフィンを用いて作成した。標的としては、閃緑岩、石英砂(500μm)、ガラスビーズ(10mm)の3種類を使用した。衝突の様子は高速カメラ2台を用いて5000fpsで撮影し、弾丸の破壊及び混合過程を解析した。さらに、衝突後の弾丸の破片を回収・計測し、標的の種類による積算個数分布や衝突破壊強度の違いを解析した。
結果と議論 パラフィン弾丸を閃緑岩標的に衝突させた場合は、衝突速度によって弾丸が破壊される場合と破壊が起こらず変形のみが生じる場合があった。一方、石英砂標的では弾丸の変形のみが確認され、ガラスビーズ標的を用いた場合は破壊のみという結果になった。また、パラフィン弾丸の破壊が起こった閃緑岩及びガラスビーズ標的では、積算個数分布の特徴が異なり、衝突破壊強度は一致したものの、破片のサイズ頻度分布に違いがみられた。さらに、パラフィン弾丸の変形のみが起こった石英砂標的では、運動エネルギーの増加に伴い弾丸の変形量が線形的に増加していた。この結果は、運動エネルギーの増大による衝撃圧力の上昇に起因していると考えられる。また、運動エネルギーの増加に伴いクレーターリム直径も増加した。この結果は、石英砂(500μm)のクレータースケール則[3]とほぼ一致した。
石英砂と石膏を混ぜた弱強度弾丸（0.12MPa）を石英砂標的に衝突させた場合は、実験を行った全ての衝突速度において弾丸の破壊が確認され、破片の大きさや散らばり方は衝突速度に依存することが分かった。
本発表では、これらを基に衝突体の残存及びその混合過程について詳細に議論する。
[1] Tatsumi, E. et al. (2021). Nature Astronomy, 5(1), 39-45.
[2] Nagaoka et al. (2014). Meteoritics & Planetary Science 49, Nr 1, 69–79
[3] Tsujido et al. (2015). Icarus 262 79-92