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日本惑星科学会誌 Vol. 26, No. 4, 2017

「iSALE講習会2017」参加報告

金丸 仁明

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2017 年 8 月 1 日 か ら 8 月 3 日 の 3 日 間 に か け て，Web ページを参考に電子メールで申請を行っていた「iSALE 講習会 2017」が国立天文台三鷹キャンパスにだきたい [2]．国内のユーザグループの方々も相談において開催された．本稿では，惑星科学の分野で衝突乗っていただけるのではないかと思う．

現象の数値シミュレーションに用いられる iSALE にiSALE はソースコードを書き換えなくとも，入力ついての簡単な説明，および講習会の参加報告を行う．

ファイルのパラメータを設定するだけで，ある程度のiSALE と は， 数 値 流 体 計 算 コ ー ド の 一 種 で あ る計算を行うことができる．そのため初学者にとってのSALE コードをもとに 1990 年代から開発された衝突ハードルはそれほど高くはないはずである．iSALE計算コードである [1，2]．Tillotson や ANEOS といったを実行すると，各タイムステップにおける温度や圧力状態方程式が組み込まれており，複数の物質を扱うこ等の計算結果が出力される．可視化のための解析ツーともできる．弾性変形や塑性変形のふるまいに加え，ルも一緒に提供されているので，比較的簡便に衝突計強度モデルや空隙率による圧密のモデルも計算に組み算を始めることができるであろう．現在では，室内実込むことが可能である．計算領域を多数のメッシュに

験 と の 比 較 や SPH（Smoothed Particle Hydro-区切って計算を行う iSALE は自己重力の計算は得意dynamics） 法など異なる計算手法による結果との比ではないものの，天体中心に向かった一定の重力加速較 な ど か ら， コ ー ド の 妥 当 性 が 検 証 さ れ て い る．

度を加えることは可能である．重力天体上でのクレー

iSALE を使った計算で論文を執筆する際にも計算結ター形成の問題などを扱うのに困ることはないであろ果の解釈や議論に集中しやすいと思われる．現在も開う．

発者らの手によって改良が続けられていることもiSALE は，科学研究の目的であれば無料で利用でiSALE 利用の大きな利点であると言えよう．

きる．しかしながら，完全なオープンソースではないプログラムため，開発者に申請の上，承認を得る必要がある．一
般ユーザが利用できるのは，2 次元座標系（円柱座標系，2017年8月1日（火）

直交座標系）での計算コードに限られる．円柱座標系

14：00 － 15：00

iSALE の解説

において，軸対称の衝突現象を扱うことで，3 次元空

15：15 － 16：15

計算サーバへのログインとiSALE2D の実行間におけるシミュレーションと同等の結果を得ること

iSALE を使った計算例の紹介ができる．2 次元の iSALE では斜め衝突などの現象

16：30 － 17：00を取り扱うことはできない．3 次元の衝突計算に対応

2017年8月2日（水）

したコードも 10 年ほど前から開発されているものの，10：00 － 11：30

iSALE2D の初期設定ファイルの編集の仕方

こちらは開発者のみ使用することができる．iSALEを 利 用 し て み た い と い う 方 は，iSALE グ ル ー プ の

13：00 － 14：30

基本課題

1. 大阪大学大学院理学研究科宇宙地球科学専攻
kanamaru-masanori@hotmail.co.jp

14：45 － 15：00

CfCA 計算サーバ見学

15：15 － 17：00

pySALEPlot の使い方 1

「iSALE講習会2017」
参加報告／金丸2017年8月3日（木）
10：00 － 10：30

pySALEPlot の使い方 2185

状態方程式や強度モデル，空隙モデルを選択するためのものである．

10：45 － 15：00

自分の課題

15：00 － 15：30

参加者の成果発表の不連続面を扱う際の注意点をあげておく．iSALE

15：30 － 16：00

計算サーバへの申請方法の説明

では，流体の運動方程式に人工粘性を加えることで，今後利用を検討している方のために，衝撃波面など衝撃波面を捉えられるようにしている．これは衝撃波面周辺で振動して不安定になる解を抑え込む役割を果
iSALE の国内ユーザグループの主催により，これたす．その結果，衝撃波面は 5 セル分ほどの幅をもまで勉強会や講習会が行われてきた．過去の勉強会にって表現される．衝撃波面近傍を解析したい場合は，関する情報や資料等は，iSALE 国内ユーザグループ目的に応じて計算の解像度をあげる必要があるだろう．のウェブページで公開されている [3]．第 2 回目となる

続いて，脇田氏（国立天文台），末次氏（産業医科大）今回の iSALE 講習会は，表のようなプログラムで行から iSALE を使った研究例を紹介していただいた．

われた．今回の講習会は，三日間という短い時間の中脇田氏は，直径 10 km の微惑星を様々なサイズの微惑で，基本的な使い方の説明から，練習問題の実行，各星に衝突させるシミュレーションを行った [4]．微惑

自の興味にもとづいた衝突シミュレーション，そして星どうしの衝突による加熱がコンドリュールの生成に計算結果の可視化まで一通り行った．

寄与している可能性を示している．続いて，末次氏か

初日は，主催者の黒澤氏（千葉工大）から iSALE のら iSALE を用いた微惑星の衝突素過程に関する研究特徴や計算手順を説明していただいた．iSALE によを紹介していただいた．微惑星が衝突によって半分のる計算は，二つの入力ファイルを用意するところから質量を失うときの衝突のエネルギーを臨界衝突エネル始まる．一つは，計算領域と格子サイズの設定や，衝ギーと呼び，微惑星どうしの衝突規模を議論する際の突天体および標的天体の設定などを行うファイルであ目安となる．臨界衝突エネルギーの計算において，る．衝突天体をいくつの格子に分割するか，標的の形

iSALE は高解像度の SPH 法と調和的な結果を示して状は球体か，平面かなどをこちらの入力ファイルを用いる．

いて設定する．書き出す物理量の指定やトレーサー粒

二 日 目 は， 基 本 的 な 練 習 問 題 を 試 し な が ら，子の設定を行うこともできる．トレーサー粒子を用い

pySALEPlot に よ る 解 析 の 練 習 を 行 っ た（図 1）．

ることで，その粒子の移動を追跡しながら，温度や圧

pySALEPlot とは，iSALE により書き出した出力ファ力等の履歴を保存することができる．クレーター形成

イルの解析用 python ライブラリである．これにより，時の放出物を追跡したい場合など，より詳細な解析に可視化をはじめ各種解析をより簡便に行えるようにな役に立つ．もう一つの入力ファイルは，計算に用いるった．その後，国立天文台の天文シミュレーションプ

図1： 講習会の様子．講師の指導のもと各自課題に取り組んだ.

図2： 講師と参加者の集合写真．左側後方に見えるのが，今回講習会にあたり使用させていただいた計算サーバ.

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図3： 直径6 kmの微惑星が, 直径20 kmの微惑星に衝突して4秒後のスナップショット. 標的天体内部の空隙率を変えて, 二層構造を仮定してある. カラーで見たい方は，電子版をご覧いただきたい .

ÏǿȁŲċȀkm 'ĐĘĵ, Ųċ 20 km 'ĐĘĵ%ƧƂ4 źč'Q\VdOoVZ.
ŊŰÝ£ǝ'ƁǪţ=Ú, ôňǖ=è 9. Gpw!
ロジェクト（Centerfor ComputationalAstrophysics;
最後に，本講習会を開催するにあたり，ご尽力くだCfCA）が運用する計算サーバの見学を行った（図 2）．

さった全ての方に感謝申し上げる．特に，講習会を主ƫĲ(ǻǭáŞ=Ʈ.

今回の実習では，CfCA の計算サーバおよび解析サー催いただいた世話人の黒澤耕介氏，脇田茂氏，末次竜

バ上で iSALE を利用させていただいた．CfCA はスー氏には重ねて御礼申し上げる．加えて，懇親会後の途

パーコンピュータから中小規模のPC クラスタまで幅ºƘįŢ

方もなく長く感じた駅から天文台までの道のりを楽し

広く運用しており，共同利用も募集している．

く先導していただいた国立天文台の瀧哲朗氏にも感謝[1] ǸŘ, 2014, ǘĵ23, 103.

三日目は，参加者それぞれが各自の興味に応じて課申し上げる．

[2] iSALE
CDcfwPǹhttp://www.isale-code.de/redmine/projects/isaleǺ.
題を設定し，iSALEによる衝突シミュレーションを行った．上述したように，iSALE は初学者にもやさ

参考文献[3] iSALE Ð£nwNKrwd'CDcfwP

しく，考えたアイデアを比較的簡単に実行に移すことǹhttps://www.wakusei.jp/~impact/wiki/iSALE/?1.+iSALE[1] 黒澤耕介ほか, 2014, 遊星人"(ȃ#űŌǺ.
23, 103.
ができる．とはいうものの，初めて利用するときには，[2] iSALEウェブページ
（http://www.isale-code.de/
多くのエラーに直面することになった．黒澤氏，脇田[4] Wakita, S. et al., 2017, The AstrophysicalJournal 834,125.
氏，末次氏の親切な指導のおかげで，一通りの計算をredmine/projects/isale）.

[5] Bowling, T. J. et al., 2013, Journalof geophysical research 118, 1821.
[3] iSALE国内ユーザグループのウェブページ
（https://完成することができた．例として，筆者の行った計算例を示す．小惑星ベスタの巨大クレーター，レアシル

www.wakusei.jp/~impact/wiki/iSALE/?1.+iSALEとヴィアの対蹠点には，特徴的な高地が存在する．巨大は？ #目次）.

衝突による衝撃によって，対蹠点付近で地形の変化が起こりうるかどうか，マントルの強度や空隙率，音速を変えながら調べた研究例がある [5]．もう少し小さな未分化の小惑星でも，そうした衝突の影響を受けた地形が形成されうるかどうかを調べようと考え，天体内部の空隙率を変えて衝突シミュレーションを行った（図 3）．今後，衝突によって表層物質が受ける加速度などを解析し，実際の小惑星の地形との比較を行えればとぼんやり考えているところである．参加者によっては，普段行っている室内実験を iSALE によって再現しようと試みるなど，多様な課題が取り組まれていた．

[4] Wakita, S. et al., 2017, The Astrophysical Journal 834,125.
[5] Bowling, T. J. et al., 2013, Journal of geophysicalresearch 118, 1821.