モルタル標的に対する斜め衝突実験～月の楕円クレーターと縦孔への応用○

道上達広（近畿大学工学部）, アクセル・ハガーマン（オープン大学）,諸田智克（名古屋大学）,春山純一（ISAS/JAXA),長谷川直（ISAS/JAXA)
研究会で発表した内容は、その後、Planetaryの天井にできたクレーターと考えられているに 受 理 さ れ た（例えば、Haruyama et al., 2009; Martellato et al.,(http://dx.doi.org/10.1016/j.pss.2016.11.004)。以下

2013; Michikami et al., 2014 など）。縦孔の形は楕はその要旨となる。

円形をしていることから、それらの形成メカニandSpaceScience

ズムを調査するために、空洞を模擬した同様の太陽系の固体天体表面において、衝突クレーモルタル標的を作成し、その天井に斜め衝突さターは非常によく見られる地形である。固体天せることで、どのような形の縦孔が形成される体にあるほとんどの衝突クレーターは斜め衝か調べる。

突で形成され、45 度がもっとも起こりうる。しかしながら、過去の斜め衝突実験において、固実験は JAXA 宇宙科学研究所にある 2 段式軽体天体の強度を模擬した衝突実験の数はとてガス銃を使用し、弾丸に直径 7.14mm、質量も少ない。特に、氷に対する実験を除いて、物0.217g のナイロン球を用いた。モルタル標的は、質強度が 1MPa オーダーの脆性標的に対する斜空洞なし標的では縦 20cm、横 20cm、高さ 6cm

め衝突実験は行われていない。強度支配領域での直方体、空洞あり標的では、縦 25cm、横 35cm、形成されると考えられる直径 100m 以下の月面

高さ 4cm の直方体で、下面の半分ほどをくりクレーターは、表面強度が 1MPa オーダーと考抜き、空洞面の天井の厚さを 1cm にした。空えられている（例えば、Melosh, 1989; Collins et

洞なしの標的に対しては、衝突角度 α=5°-90°

al., 2011; Daubar et al., 2014 など）。の間で 7 ショット、空洞ありの標的に対しては、非常に浅い角度で隕石が天体表面に衝突し衝突角度 α=2°-90°の間で 7 ショット、実験を行たとき、楕円クレーターが形成される。すなわった。ここで、衝突角度は標的表面からの角度

ち、隕石が、ある臨界角よりも浅い角度で衝突で α=90°が正面衝突になる。衝突速度は 2.3km/s

したとき、形成されるクレーターの形は円から程度で一定とした。衝突の際の真空度は 200Paずれて衝突方向に長細くなる。臨界角は、過去以下で、高速度カメラで撮影することによって、の研究（例えば、Bottke et al., 2000; Collins et al.,

放出された破片の様子を確認した。

2011; Elbeshausen et al., 2013 など）によれば、物質の強度に強く依存することが分かってい図１は、標的表面および裏面にできたクレーる。それゆえ、月面の 100m 以下のクレーターターで、衝突角度別に示してある。上段が空洞形成を調査するために、1MPa オーダーの標的なし標的、下段が空洞あり標的で、弾丸は左かに対して斜め衝突実験を行うことにした。

ら衝突した。空洞あり標的では、衝突面に形成

本研究の目的は２つある。１つは月面の強度されたクレーターに加えて、衝突反対面にもクを模擬したモルタル標的（圧縮強度 3.2MPa, 引レーターが形成された。本研究では、衝突面に3

張強度 0.8MPa、密度 1550kg/m ）を作成し、そ形成されたクレーターを表面クレーター、衝突の表面に斜め衝突させることで、衝突角度と楕反対面にできたクレーターを裏面クレーター

円クレーターの関係を調べる。もう１つは以下と呼ぶことにする。表面クレーターと裏面クレになる。近年発見された月の縦孔は、地下空洞ーターが繋がったときに、縦孔は形成された。

例外として、衝突角度 α=2°では、２つのクレ図２は、衝突実験における楕円クレーターにーターが繋がらず縦孔は形成されなかった。図なる臨界角とクレーター効率（クレーター直径１において、空洞なし標的、空洞あり標的共に、D/弾丸直径 L の比）の関係を示してある。黒

衝突角度 α=15°-20°程度で楕円クレーターにな点が、衝突実験で得られた様々な物質に対するった（楕円クレーターになる衝突角度を臨界角実験データ、点線、実線が提案されている経験αcri とする）。さらに、衝突角度が小さくなるほ式になる。今回のモルタル標的の実験結果は、

ど、衝突面に形成されたクレーターはさらに細過去の経験式ととても良く一致していること長くなることが分かる。また、空洞なしと空洞が分かった。また、過去の研究で得られた経験ありを比べた時、空洞なしのクレーターと空洞式では、クレーター効率が小さくなるほど、臨ありの表面クレーターの大きさ、形が類似して界角は大きくなることが図２のように分かっいる。一方、空洞あり標的において形成されたている。

裏面クレーターは衝突角度の依らず円形になっている。

今回のモルタル標的に対する実験では、月面
強度 1MPa に対応する臨界角とクレーター効率を求めることができた。しかし、今回の実験では、衝突速度 2.3km/s であったので、実験結果を月面に応用するには月面での隕石の衝突速度を考慮しなければならない。図２において、今回求めたモルタル標的のデータ点は、衝突速度が大きくなると、経験式に沿って右下へ、衝突速度が小さくなると、経験式に沿って左上に移動する。
ここで 100m サイズの月面クレーターの形成（強度支配域で形成されるクレーター）を考え今回の斜め衝突実験によって形成されたクレータてみる。月面クレーターの隕石の平均衝突速度ー。衝突角度 α は、標的表面からの角度で、正面衝突がは 20km/s 程度であるので、この場合、楕円ク

図１α=90°となる。

レーターが形成される臨界角 αcri は 5°程度で、形成されにくい。一方、２次クレーターが形成される衝突速度は数 100m/s で、臨界角 αcri は数10°なので、楕円クレーターが形成されやすい。
したがって、月面に観測される 100m サイズの楕円クレーター（縦孔も含む）のほとんどは、2 次クレーターだと考えられる。
参考文献
Bottke et al., 2000. Icarus 145, 108-121. Collins et al., 2011.
Earth Planet Sci. Lett. 310, 1-8. Daubar et al., 2014. JGR. 119,2620-2639. Elbeshausen et al., 2013. JGR 118, 2295-2309.
Haruyama et al., 2009. GRL. 36, L21206. Martellato et al.,
図２

円形クレーターから楕円クレーターになる衝突臨

界角 αcri とクレーター効率（クレーター直径 D/弾丸直径 Lの比）の関係。

2013. Planet Space Sci. 86, 33-44. Melosh, 1989. Impact
Cratering: A Geologic Process. Oxford Uni. Michikami et al.,2014. Planet Space Sci. 96, 71-80.