2015/02/20	
  衝突勉強会1	

Experimental	
  hypervelocity	
  impact	  into	  quartz	
  sand	  -­‐	  Ⅱ,	  Eﬀects	  of	
  gravitational	
  acceleration	

Donald	
  E.	
  Gault,	
  John	
  A.	
  Wedekind	
  (1997)	
  Impact	
  and	  Explosion	
  Cratering,	
  Pergamon	
  Press	  (New	
  York),	
  p.	
  1231-­‐1244	

神戸大学大学院理学研究科	
  M1	
  高野翔太	  sejecta
Location of craters is accordingto the Mariner 10 surfaceconsare
ordinate system[Daviesand Batson,1975].
imilar* Crater Kuiper [Murray et al., 1974b].
from

Introduction	

on Mercurywouldhavea rangethat is a factor0.44
terthe deposits
less than the same material would attain on the moon, a valueylargersignificantly
smallerthan the observed
value•Rcm/Rct= 0.65.

onshipThe two values,however,are not directlycomparable,sinceuthe重力加速度：クレーター形成における重要なパラメーターの1つ	
formercorresponds
to total ballisticrangeRe for materialnd thea giveejectedfromwithinan excavationcraterof diameterDe,while(9)Ølatter
重力加速度がクレーター形成に与える影響	
theis the distance from the rim of craters with diameters(lO)

Dr to the limit of the continuousdeposits;
Re is greaterthan
クレーターの最終サイズ	
  R•, and Dr1)may
be considerably
greaterthan De, dependingon
the amountpostcratering
modificationsthat may haveoc2) ofエジェクタの弾道軌道・放射分布・二次クレーターの形成	
  curred. Moreover, the excavationcratersDe for the two cases3) 緩和過程	
of theoriginalassumptionof identical
xpres- will be differentbecause
pprox- conditions(i.e., KE) exceptfor gravity fields.

nd (10)65thecurianuesof
order
wo imaterial
he extresses
sothatbution,nditionThe
comparison
improvesif the hypotheticalconditionsareØ
月と水星のクレーターは	
  2),3)の違いが見られる(Gault	  et	
  al.,	
  1975)	

•l / CLASSICRATERSßMERCURY
エジェクタ堆積範囲	
•-tu L '•'xEARTH.5.[••••••
ß

•-I=_

....,
_•....Q..
'•'•-

x

0

5•

•

•00

•

•50

RIMDIAMETER,
km

I

200

250

水星/月	
  =	
  0.65	sejecta
Location of craters is accordingto the Mariner 10 surfaceconsare
ordinate system[Daviesand Batson,1975].
imilar* Crater Kuiper [Murray et al., 1974b].
from

Introduction	

on Mercurywouldhavea rangethat is a factor0.44
terthe deposits
less than the same material would attain on the moon, a valueylargersignificantly
smallerthan the observed
value•Rcm/Rct= 0.65.

onshipThe two values,however,are not directlycomparable,sinceuthe重力加速度：クレーター形成における重要なパラメーターの1つ	
formercorresponds
to total ballisticrangeRe for materialnd thea giveejectedfromwithinan excavationcraterof diameterDe,while(9)Ølatter
重力加速度がクレーター形成に与える影響	
theis the distance from the rim of craters with diameters(lO)

Dr to the limit of the continuousdeposits;
Re is greaterthan
クレーターの最終サイズ	
  R•, and Dr1)may
be considerably
greaterthan De, dependingon
the amountpostcratering
modificationsthat may haveoc2) ofエジェクタの弾道軌道・放射分布・二次クレーターの形成	
  curred. Moreover, the excavationcratersDe for the two cases3) 緩和過程	
of theoriginalassumptionof identical
xpres- will be differentbecause
pprox- conditions(i.e., KE) exceptfor gravity fields.

nd (10)65thecurianuesof
order
wo imaterial
he extresses
sothatbution,nditionThe
comparison
improvesif the hypotheticalconditionsareØ
月と水星のクレーターは	
  2),3)の違いが見られる(Gault	  et	
  al.,	
  1975)	

目的	•l / CLASSICRATERSßMERCURY
エジェクタ堆積範囲	
•-tu L '•'xEARTH.5.[••••••
ß....,_•....Q..
水星/月	
  =	
  0.65	
'•'•実験的な調査を行い、衝突クレーター

•-I=_

x
のサイズに対する重力の影響を調べる	
0
5•
•
•
I
•00

•50

RIMDIAMETER,
km

200

250

Experimental	
  Procedure	u 実験：NASA,Ames	
  Research	
  Centerの軽ガス銃	
  	
  →	
サイズと形成時間の関係	

u 弾丸：アルミ球	
  本研究	
 基礎実験	
 基礎実験	
直径(mm)	
  3.18	

質量(g)	

0.047	
 0.047	

速度(km/s)	
 6.64	
重力(g)	
  3.18	
0.4~8.0	

0.1~0.8	
 1	

1.59,	
  6.53	
0.006,	
  0.376	
1.4~6.6	
1	

直径とEkの関係性	u 標的：石英砂	 (強度効果を最小化重力効果を最大化)	
メジアン径 ：0.35mm	
  
バルク密度 ：1.65g/cm3	

Experimental	
  Procedure	
  標的の設置	u 模擬重力はバネ定数を変えて変化	u 加速時計は標的内に埋めてある	→標的加速度・衝突時間・定重力終了時間	
u チャンバー内圧力：1mmHg以下	
u 撮影：35mmの映画用カメラ	
>0.5g	

<0.5g	

cm	

$!
"

60cm	

. cm	

60コマ/s	
 30コマ/s	!"#Results	u 重力加速度とクレーター直径の関係	

D∝g-­‐0.165	
u 重力加速度とクレーター形状の関係	
  
Ø 系統的な形状の変化は見られない	d	  	
  ：元の表面からの深さ	  Da：クレーター直径	
  Dr	
  ：リム直径	Results	uEkとクレーター直径の関係	Ø フィッティング線の傾きに変化が見られる	
→クレーター形成過程が変化したことを現している	

最大衝撃応力>弾丸強度	
最大衝撃応力<弾丸強度	

1.3	
  and	
  1.5km/s	
4~5×108erg	

1977iecp.symp.1231G

Results	u 弾丸の変形について	
①最大衝撃応力<弾丸強度	
→弾丸が貫入する	
壊れずにもとの形状を維持	

1977i

①	

②	

②最大衝撃応力>弾丸強度	
→弾丸はクレーター底に残る	
薄板or破片	Ø 2.0~2.5km/sを超えると、ほとんど破片は残らない	Ø さらに高速だと弾丸の溶融・蒸発が起こる	

uクレーターの形状について	
①円錐型クレーター	
②お椀型クレーター	}	

高速度域が本研究の目的にふさわしい	D∝Ek0.181	

Results	
1977iecp.symp.1231Gu クレーター形成時間	
エジェクタプリュームの根元がリム半径の1.25倍に成長した時間	

t∝D0.477	

t∝g-­‐0.618	
グラフには示していないが…	

t∝KE0.105	

Discussion	
uクレーター形成過程の次元解析は重要	
Ø Charters	
  and	
  Summers	
  1959	
クレーター形成エネルギー	
  =	
  	
  
抵抗力に逆らってキャビティーを拡大する為に費やす仕事量	  強度・天体重力	①	

②	

①：強度に逆らうエネルギー	
②：重力に逆らうエネルギー	
③：ρgDは重力的な強度を表す	

Discussion	
uクレーター形成過程の次元解析は重要	

1977iecp.symp.1231G

1977iecp.symp.1231G

Ø 独立した2変数(クレーター直径D、形成時間t)	
  の関係性を4つの独立変数(運動エネルギーKE・強度s・重力加速度g・標的密度ρ)	
  で評価した	

バッキンガムΠ理論	
5(物理量の数)	
  –	
  3(次元の数)	
  =	
  2(無次元量の数)	

1977iecp.symp.
1977iecp.symp.1231G

Discussion	u 無重力(zero	
  g,	
  j(Π2)=1)の場合	
  クレーター直径：	  →	
エネルギーの1/3乗に比例	
  強度の1/3乗に反比例	

u 強度無し(zero	  s,	
  j(Π1)=1)の場合	
  →	
クレーター直径：	  エネルギーの1/4乗に比例	gの-­‐1/4乗に比例	Discussion	u 2つの場合分けのしきい値：	
 s/ρgD	s/ρgD	  >>	  1	  ：強度支配域	
  s/ρgD	  <<	  1	  ：重力支配域	
  u 本研究の場合	
 標的：石英砂	
引っぱり強度・圧縮強度	
  =	
  0	
弱い剪断強度を持つ	0	
  <	
  s/ρgD	
  <	
  1	
考慮していないが無視できない	  強度の効果が効いている可能性	1977iecp.symp.1231G

1977iecp.symp.1231

1977iecp.symp.1231G

Discussion	u 時間tに関しても無次元量で評価すると	EKを消す	

Ø 無重力(zero	
  g,	
  j(Π2)=j(Π4)=1)の場合	
  (4a)：	
  KE1/3に比例	クレーター形成時間	(5a)：	
クレーターサイズに比例	Ø 強度無し(zero	  s,	
  j(Π1)=j(Π3)=1)の場合	
  (4b)：	
  KE1/8に比例	
  (定重力の場合)	
  クレーター形成時間		
  g-­‐5/8に比例	  	  (KE一定の場合)	
(5b)：	
D1/2,	  g-­‐1/2に比例	1977iecp.symp.1231G

1977iecp.symp.1231

1977iecp.symp.1231G

Discussion	u 時間tに関しても無次元量で評価すると	EKを消す	

Ø (a),(b)の関係性は伝播速度の比に依存する	
² Gault	
  1973での小さいクレーター	
  =	
  10のオーダー	  ² 地球型惑星での巨大クレーター =	
  0に近い値	
右辺は強度の比を表す	

² 本研究での石英砂上のクレーター	
  =	
  10-­‐1(ほぼ	
  0)	

クレーター形成時間には強度よりも重力が効いている	Discussion	u 実験結果と次元解析の評価	
Ø 実験から求めたベキの値が次元解析から求めた値より小さくなった	Ø クレーター直径に関して最も大きな違いが生じた(①)	
² KE一定の場合	

実験結果： α =	
  1/6	  (0.165)	
  重力スケーリング： α =	
  1/4	  (	
  0.25	
  )	
  	
  	
  

Ø 形成時間に関するベキは次元解析と実験とで一致	
特に、③の一致・⑤の一致は強度でなく重力がクレーター形成に効いていることを示唆	
  

①	
②	
③	
④	
⑤	

Discussion	u 実験でのベキが小さくなる	
→	
  	
  	
  小さいが重要な強度が効いている可能性	
今回より大きなスケールでの実験だと、強度は無視できず純粋な重力スケーリングは適用できなくなることを示唆	

u スケーリングと実験の違いは強度だけの影響ではないことに注意が必要	
強度スケーリング	

重力スケーリング	
  KE1/3	

KE0.181	
KE1/4	

このモデルは受け入れがたく、別のファクターを考慮する必要性を示唆	
  Discussion	
u先行研究との比較	
Ø 砂上での爆破クレーター形成に関する重力の影響を調べた実験	
Viktorov	
  and	  Stepenov	  (1960)	
 Johnson	
  et	
  al	
  (1969)	

Ø

標的	

湿った砂	

乾燥した砂	

重力	1,	  25,	
  45,	
  65g	

0.17,	
  0.38,	
  1,	
  2.5g	圧力	

大気圧	

600mmHg	

1/4乗スケーリングより小さいベキ：0.08-­‐0.16	
 →衝突実験と一致	
0.08：湿った砂の結果	
強度	
  or	
  凝集力を持つ	
→重力加速度の効果を打ち消す	
² Schmidt	
  1977でも支持	①	
②	

粘土上での爆破クレーター形成実験	
  (遠心分離機を用いて480gまで加速)	

Discussion	
u先行研究との比較	

{	Ø Bryan	
  et	
  al	
  1977,	
  Killian	
  and	
  Germain	  1977	ベキの値は埋める深さに依存	
 →	
 埋める深さが深くなるとベキは増加	Ø Shoemaker	
  1962,	  Baldwin	
  1963,	
  Oberbeck	
  1971	
衝突現象は浅い爆発と良い相関関係を示す	
² Viktorov	  and	  Stepenov	  1960	：深い位置での爆破実験	
→比較するのは適切ではない	Ø Johnson	
  et	
  al	
  1969	² 衝突実験とほぼ一致	
(ベキ0.11)	
本研究のベキ0.165とのずれ	

1. 物性の違い(強度etc…)	
  2. 実験環境の真空度の違い	
  3. 爆破と衝突のクレーター形成過程の違い	

Discussion	Ø Johnson	
  et	
  al	
  1969	Ø 本研究	

標的：丸い粒子	

標的：角張った粒子	

弱い	

剪断強度・固着力	

強い	

強い	

重力加速度の効果	

弱い	

Johnson	
  et	
  al	
  1969は本実験より重力の影響が強く効き0.165
より大きなベキになるはず	↓	

しかし、0.11という値	
↓	

爆破実験と衝突実験でクレーター形成メカニズムが異なることを示唆する証拠かもしれない	Conclusion	
u本研究での実験と解析の結果から、任意の初期条件から生成されるクレーターの直径とその形成時間を計算することはできない。	
  u衝突クレーター形成過程において2つの独立変数の重要性に注目し協調した	  Ø 標的物質の強度と重力加速度である	uこれらの役割を深く理解し、定量化することが今後の研究の目的である	2015/02/20	
  衝突勉強会2	

Impact	  Cratering	
  Experiments	
  in	
  Microgravity	
  Environment	
Y.Takagi	
  et	
  al.,2007	  	  Lunar	
  and	  Planetary	
  Science	
  XXXVIII(2007)	
  神戸大学大学院理学研究科	
  M1	
  高野翔太	  Introduction	
u はやぶさ探査	Ø イトカワのラブルパイル構造	
  Ø 表面のレゴリス層	
クレーターが存在	

太陽系小天体の表面での現象の研究	
クレーター形成過程の理解が必要	
しかし、微小重力環境でのクレーター形成実験は技術的に困難であり、あまり行われていない	1977iecp.symp.1231G

先行研究	
Ø Colwell	
  J.	
  E.	
  (2003)	
低速度領域での実験(<100cm/s)	
Ø Gault	
  and	
  Wedekind	
  1977	
先ほど紹介	
小天体上での現象の理解・探査結果の最大限の利用	

微小重力環境下でのクレーター形成実験が望まれる	u 微小重力環境の再現	
1) パラボリックフライト	   (継続時間は長いが微小重力の質は低下)	
2) 落下塔施設の利用	

実験方法	u MGLAB(岐阜県土岐市)の落下塔施設	
→微小重力継続時間4.5s	
u 球弾丸：	
ナイロン・アルミニウム・鋼鉄	
φ=2~7mm,	
  m=5~510mg	
u 標的 ：	
ガラスビーズ 	  石英砂(Ottawa産)	

d=80~900µm	
  u セット方法：	
真空容器内に衝突銃と標的容器を設置	
小型一段式火薬銃	
  (衝突速度：45~360m/s)	

A：2組の衝突銃・標的容器(300mm),	
  衝突角度73°	
  ・・・30回	
  B：1組の衝突銃・標的容器(180mm)衝突角度90°	
  ・・・10回	

を変えて実験を行うことで見かけの重力を変化させましるアルミの円筒の先に 0.5 g 以下の球形の弾丸を付け，弾た．この実験では衝突エネルギーが固定されていたので，丸のみが標的に衝突するようにしました．サボは，銃身形成されるクレーターの直径 𝐷 と見かけの重力 𝑔 が，の先頭付近で止まって火薬の燃焼ガスがクレーター形成
𝐷∝𝑔

.

(3)

という関係を持つことを示しました．これは式 (2) の係
数 −0.25 より緩やかな重力依存性を示すものでした．その理由として，物質強度すなわち式 (1) の第 1 項の影響が小さいけれども無視できないためと，この論文の中では解釈されていました．
より最近のものとしては，スペースシャトルの相乗り（ヒッチハイク）ペイロードの中で，6 回の衝突実験が行われました 5)．この実験では，10 g 程度の質量の弾丸が，
石英砂または月レゴリス模擬物質に向かってばねの力により発射されました．しかし，衝突速度は 1 から 100
cm/sec と非常に遅く，クレーターの直径が計られたもの

Fig. 3

Small powder gun and target in the chamber.

りました．
実験を始めるにあたって，航空機実験と落下塔実験の比較を行いましたが，以下のような理由で落下塔実験の方がこの実験には適していると判断しました．
・火薬を使うため，航空機実験では手続きが煩雑になってしまう（「はやぶさ」サンプラーの実験を航空機で行ったことがある 7）ので不可能ではありません）．
・1 回弾丸を発射するごとに標的のセットアップをしな
おすため実験装置を分解しなければならず，1 フライ
トで 10 回程度の微小重力環境が実現できる航空機実験のメリットが活かせない．それどころか，1 日に 1
回しか実験ができないことになり効率的ではない．
・現象そのものは 1～2 秒以下で終了するので，継続時間は落下塔実験で十分である．
実験は MGLAB の落下カプセルの中に真空容器を置き（Fig. 2）
，その中に小型の火薬銃と標的をセット（Fig. 3）
して行いました．これから装置は，基本的部分は「はやぶさ」のサンプル採集装置の実験で用いたものを利用しました．
火薬銃は「はやぶさ」サンプラーの弾丸発射装置と同じ設計のものです．銃身の長さ 10 cm 程度の小型なもの
ですが，「はやぶさ」では 5 g の弾丸を 300 m/sec で発射する予定でした．この実験では，4 g ほどのサボと呼ばれるアルミの円筒の先に 0.5 g 以下の球形の弾丸を付け，弾丸のみが標的に衝突するようにしました．サボは，銃身の先頭付近で止まって火薬の燃焼ガスがクレーター形成

実験方法	

u MGLAB(岐阜県土岐市)の落下塔施設	
→微小重力継続時間4.5s	
u 球弾丸：	
ナイロン・アルミニウム・鋼鉄	
φ=2~7mm,	
  m=5~510mg	
u 標的 ：	
ガラスビーズ 	  石英砂(Ottawa産)	

d=80~900µm	
  u セット方法：	
真空容器内に衝突銃と標的容器を設置	
小型一段式火薬銃	
  (衝突速度：45~360m/s)	

A：2組の衝突銃・標的容器(300mm),	
  衝突角度73°	
  ・・・30回	
  B：1組の衝突銃・標的容器(180mm)衝突角度90°	
  ・・・10回	クレーター形成時間	
u 220µmより小さなガラスビーズ・F-­‐75石英砂を用いた実験	
0.1秒以内にクレーター形成終了	

{	

微小重力と1Gでの形成時間は同じ	

微小重力継続時間4.5秒は十分長い	※300µmより大きな石英砂では画像が不鮮明になり解析を継続中	

クレーターの
最終直径	

高木

靖彦

u クレーター直径は重力に依存せず一致	Ø 他の弾丸・標的でも同様の結果	䈬䈤䉌䈎䈫⸒䈉䈫䇮ᒝᐲ䉴䉬䊷䊥䊮䉫䈱୯ 㪈㪆㪊 䉋䉍䉅㊀ജ䉴䉬䊷䊥䊮䉫䈱୯ 㪈㪆㪋 䈮ㄭ䈇䇯䈖䈱䈖䈫䈲䇮䉪䊧䊷䉺䊷⋥ᓘ䈏ᒝᐲ䉴䉬䊷䊥䊮䉫䈮䉅ᓥ䈦䈩䈇䈭䈇䈖䈫䉕␜ໂ䈚䈩䈇䉎䇯☸ሶ㑆䈱േ៺ᡂ䈮㑐ଥ䈚䈢䉋䈉䈭ᣂ䈢䈭䉴䉬䊷䊥䊮䉫㗄䉕⠨䈋䉎ᔅⷐ䈏䈅䉎䈖䈫䉕␜䈚䈩䈇䉎น⢻ᕈ䈏䈅䉎䇯㩷Ø 重力スケーリング：1/4	
  ੹࿁䈱⚿ᨐ䈲䇮䉪䊧䊷䉺䊷ᒻᚑᤨ㑆䈮㑐䈚䈩䉅䉪䊧Ø 強度スケーリング1/3	䊷䉺䊷⋥ᓘ䈮㑐䈚䈩䉅㊀ജଐሽᕈ䈏ή䈇䈖䈫䉕␜䈚䈩䈇䉎䈏䇮䈖䉏䈲 㪞㪸㫌㫃㫋㩷㪸㫅㪻㩷㪮㪼㪻㪼㫂㫀㫅㪻㩷㪲㪌㪴䈱⚿ᨐ䈫⇣䈭䈦䈢䉅䈱䈫䈭䈦䈩䈇䉎䇯ᓐ䉌䈱⚿ᨐ䈲䇮ᒻᚑᤨ㑆䇮⋥ᓘ䈫䉅㊀ജ䈫⽶䈱⋧㑐䉕ᜬ䈧䈖䈫␜䈚䈩䈇䈢䇯䈖䈱㆑䈇䈱ේ࿃䈲੹䈱䈫䈖䉐᣿⏕䈮䈲䈭䈦䈩䈇䈭䈇䈏䇮േ៺ᡂ䈱㆑u フィッティング線の傾き	
  ：1/3.5	  -­‐	
  1/4.0	

強度スケーリングにも従っていない	

㩷
ȝFig.
G5
1G

Variation of crater diameter with projectile kinetic energy.

傾き：1/3.48	

ではないのか，もっと時間をかければクレーターはゆっ
一つ違いがあるのは，Ames の実験で使われた石英
くりと成長する」というものでした．しかし，ビデオ画（産地は今回使ったものと同じイリノイ州 Otawa）の100
像をみるかぎり，クレーターの成長が衝突後 1 秒程度で均粒径が 350 µμmで 500 µμm以上の砂粒も含まれていた
終了していることは明確で，この意見は正しくないといに対して，今回使った標的はガラスビーズにしても石えます．
砂にしても平均粒径が 225 µμm以下で良くふるいわけ
次に出てきた強い指摘の一つは，「1 G の記憶が残ってれていたことです．この粒径の違いにより，NASA Am
いる」，すなわち，「衝突前の微小重力状態の時間が短い」 研究所での実験では標的が直ちに小重力下の状態になというものです．微小重力環境であるべき粒子状態になたのに対して，我々の実験では粒子間の固着あるいはる前に衝突が起こっているのではないか，というもので擦が強く残ったままになった可能性はあります．
す．この指摘に対しては，データに基づき反論することができていないのが現状です．
4. 惑星科学の新たな研究手段としていずれにしろ，今回の実験結果を評価するうえでの一
砂礫移動現象にしてもクレーター形成過程にしても番の疑問点は，なぜ NASA Ames 研究所での実験 4) と全小天体上での振舞いを正しく理解するためには，粒子く異なる結果になったかという点です．残念ながら，この固着あるいは摩擦が微小重力・高真空下でどのようの論文は雑誌に載ったものではなく書籍の一つの章なので，実験条件等が必ずしも詳細には記述されていません． なるかを解明する必要があることが，様々な議論から10らかになってきました．しかし，このような極端な環
したがって，厳密な比較はできないのですが，衝突前後における粉粒体の振る舞いに関しては，粉体工学など
1E-02
1E-01
1E+00
1E+01
1E+02
の時間は今回の実験と同程度と想像されます．したがっ
分野においてはほとんど研究されてきていないようでて，今回の実験だけが特に 1 G の時の状態を保持したま惑星科学自身の課題であると認識して研究していく必
ま衝突が起こったという事はなさそうです．
があるでしょう．

Crater Diameter, mm

クレーター形成は重力に䈲 㪈㪆㪊㪅㪌㩷 㵨㩷 㪈㪆㪋㪅㪇 䈱▸࿐䈮౉䈦䈩䈇䉎䇯䈖䉏䉌䈱୯䈲䇮
支配されない	

弾丸：鋼球	
  標的：ガラスビーズ	
  Steel ĺ FGB#80(220µm)	

Late-stage Effective Energy, Jouleクレーターの
最終直径	

高木

靖彦

u クレーター直径は重力に依存せず一致	Ø 他の弾丸・標的でも同様の結果	䈬䈤䉌䈎䈫⸒䈉䈫䇮ᒝᐲ䉴䉬䊷䊥䊮䉫䈱୯ 㪈㪆㪊 䉋䉍䉅㊀ജ䉴䉬䊷䊥䊮䉫䈱୯ 㪈㪆㪋 䈮ㄭ䈇䇯䈖䈱䈖䈫䈲䇮䉪䊧䊷䉺䊷⋥ᓘ䈏ᒝᐲ䉴䉬䊷䊥䊮䉫䈮䉅ᓥ䈦䈩䈇䈭䈇䈖䈫䉕␜ໂ䈚䈩䈇䉎䇯☸ሶ㑆䈱േ៺ᡂ䈮㑐ଥ䈚䈢䉋䈉䈭ᣂ䈢䈭䉴䉬䊷䊥䊮䉫㗄䉕⠨䈋䉎ᔅⷐ䈏䈅䉎䈖䈫䉕␜䈚䈩䈇䉎น⢻ᕈ䈏䈅䉎䇯㩷Ø 重力スケーリング：1/4	
  ੹࿁䈱⚿ᨐ䈲䇮䉪䊧䊷䉺䊷ᒻᚑᤨ㑆䈮㑐䈚䈩䉅䉪䊧Ø 強度スケーリング1/3	䊷䉺䊷⋥ᓘ䈮㑐䈚䈩䉅㊀ജଐሽᕈ䈏ή䈇䈖䈫䉕␜䈚䈩䈇䉎䈏䇮䈖䉏䈲 㪞㪸㫌㫃㫋㩷㪸㫅㪻㩷㪮㪼㪻㪼㫂㫀㫅㪻㩷㪲㪌㪴䈱⚿ᨐ䈫⇣䈭䈦䈢䉅䈱䈫䈭䈦䈩䈇䉎䇯ᓐ䉌䈱⚿ᨐ䈲䇮ᒻᚑᤨ㑆䇮⋥ᓘ䈫䉅㊀ജ䈫⽶䈱⋧㑐䉕ᜬ䈧䈖䈫␜䈚䈩䈇䈢䇯䈖䈱㆑䈇䈱ේE.g) 粒子間の動摩擦	࿃䈲੹䈱䈫䈖䉐᣿⏕䈮䈲䈭䈦䈩䈇䈭䈇䈏䇮േ៺ᡂ䈱㆑u フィッティング線の傾き	
  ：1/3.5	  -­‐	
  1/4.0	

新たなスケーリング項を考える
強度スケーリングにも必要がある	  従っていない	

㩷
ȝFig.
G5
1G

Variation of crater diameter with projectile kinetic energy.

傾き：1/3.48	

ではないのか，もっと時間をかければクレーターはゆっ
一つ違いがあるのは，Ames の実験で使われた石英
くりと成長する」というものでした．しかし，ビデオ画（産地は今回使ったものと同じイリノイ州 Otawa）の100
像をみるかぎり，クレーターの成長が衝突後 1 秒程度で均粒径が 350 µμmで 500 µμm以上の砂粒も含まれていた
終了していることは明確で，この意見は正しくないといに対して，今回使った標的はガラスビーズにしても石えます．
砂にしても平均粒径が 225 µμm以下で良くふるいわけ
次に出てきた強い指摘の一つは，「1 G の記憶が残ってれていたことです．この粒径の違いにより，NASA Am
いる」，すなわち，「衝突前の微小重力状態の時間が短い」 研究所での実験では標的が直ちに小重力下の状態になというものです．微小重力環境であるべき粒子状態になたのに対して，我々の実験では粒子間の固着あるいはる前に衝突が起こっているのではないか，というもので擦が強く残ったままになった可能性はあります．
す．この指摘に対しては，データに基づき反論することができていないのが現状です．
4. 惑星科学の新たな研究手段としていずれにしろ，今回の実験結果を評価するうえでの一
砂礫移動現象にしてもクレーター形成過程にしても番の疑問点は，なぜ NASA Ames 研究所での実験 4) と全小天体上での振舞いを正しく理解するためには，粒子く異なる結果になったかという点です．残念ながら，この固着あるいは摩擦が微小重力・高真空下でどのようの論文は雑誌に載ったものではなく書籍の一つの章なので，実験条件等が必ずしも詳細には記述されていません． なるかを解明する必要があることが，様々な議論から10らかになってきました．しかし，このような極端な環
したがって，厳密な比較はできないのですが，衝突前後における粉粒体の振る舞いに関しては，粉体工学など
1E-02
1E-01
1E+00
1E+01
1E+02
の時間は今回の実験と同程度と想像されます．したがっ
分野においてはほとんど研究されてきていないようでて，今回の実験だけが特に 1 G の時の状態を保持したま惑星科学自身の課題であると認識して研究していく必
ま衝突が起こったという事はなさそうです．
があるでしょう．

Crater Diameter, mm

クレーター形成は重力に䈲 㪈㪆㪊㪅㪌㩷 㵨㩷 㪈㪆㪋㪅㪇 䈱▸࿐䈮౉䈦䈩䈇䉎䇯䈖䉏䉌䈱୯䈲䇮
支配されない	

弾丸：鋼球	
  標的：ガラスビーズ	
  Steel ĺ FGB#80(220µm)	

Late-stage Effective Energy, Joule先行研究との比較	
u本研究での結果	
クレーター形成時間・直径共に重力依存性なし	
→Gault	  and	
  Wedekind	
  と異なる結果	Ø 粒径：	
   本研究・・・80~900µm	
  Gault	
  and	
  Wedekind・・・0.35mm	

原因	
Gault	
  and	
  Wedekindでは、単位体積あたりの動摩擦力が本研究より小さく、重力の影響が出やすかった可能性	

動摩擦力の違いが影響している可能性	まとめ	u微小重力・真空環境下かつ、衝突速度100m/s以上で系統的な衝突クレーター形成実験を行った	
Ø 重力は、クレーター形成時間・直径に影響しない	Ø 小惑星や彗星のような太陽系小天体の表面現象の研究に対しても落下塔施設が有用な道具であることを示した