「第3回 iSALE講習会」
参加報告／石山337「第3回 iSALE講習会」参加報告

石山 謙

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この記事では，国立天文台・三鷹キャンパスにおい

16：00 - 17：00

pySALEPlot の使い方 2て，2018 年 8 月 6 日 〜 8 月 8 日 に 開 催 さ れ た 第 3 回

平成 30 年 8 月 8 日（水）iSALE 講習会の参加報告を記述する．講師の方々には，

10：00 - 11：30

pySALEPlot の使い方 3 [Tracer 粒子 ]iSALE の wiki に あ る 資 料（https://www.wakusei.jp/

11：30 - 12：00

計算サーバへの申請方法等～ impact/wiki/iSALE/）を使って説明して頂いた．
講習会中の資料は全て wiki に公開されているため，♢♢♢♢♢♢♢♢♢♢♢♢♢♢♢♢♢

詳しい内容はそちらを参照されたい．ここでは，始めに，iSALE の利用概要や，iSALE の方程式系，入力

1. iSALEの利用概要

ファイルについて講習会で学んだことを簡単に記述した後，講習会中に行った iSALE のシミュレーション

iSALE とは，衝突シミュレーションコードであり，の出力結果の一例を示す．講師は，黒澤耕介氏（千葉例えば，衝突実験結果との比較 [1] や，実験では難し工業大学），脇田茂氏（東京工業大学），末次竜氏（産業

い天体スケールの衝突 [2, 3] などの多くの研究に役立医科大学）であり，下記は，講習会の日程表である．

てられている．講師全員から研究の紹介をして頂き，今回，台風の影響により，最終日の予定の一部が変更大変参考にすることができた．iSALE は，2 つの入力されたが，非常に充実した講習会であった．

ファイル（asteroid.inp と material.inp）と 1 つの実行ファイル（iSALE2D）が用意されており，入力ファイル♢♢♢♢♢♢♢日程♢♢♢♢♢♢♢

は任意のテキストエディタで編集できるため，適切なパラメータを挿入することで，初心者でも簡単に衝突

平成30年8月6日（月）シミュレーションができる．入力ファイルには，非常

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iSALE の解説に多くのパラメータを入力する必要があるが，それら14：00 - 14：30

iSALE を使った計算紹介のパラメータの詳細は，マニュアル [4] にも記載され14：45 - 15：45

計算サーバへのログイン /iSALE2Dてある．また，iSALE は，入力パラメータが不足しの実行ている状態で実行をするとすぐに中断し，エラー情報

iSALE2D の初期設定ファイルの編集から，どの入力パラメータが不足しているかを明示すの仕方るように整備されている．iSALE を研究に利用した

平成 30 年 8 月 7 日（火）場合は，iSALE の開発に深く関係する論文 [5–8] を必

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基本課題ず引用する必要がある．

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pySALEPlot の使い方

15：30 - 16：00

計算サーバ見学

16：00 - 17：00

1. 宇宙航空研究開発機構・宇宙科学研究所
Ishiyama.ken@jaxa.jp■2018遊星人Vol27-4.indd

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iSALE の計算は市販のパソコンを利用してもできるが，メモリを大量に使用する計算（つまり，メッシュの数が多い計算）はスパコンを利用する必要がある．
そのため，日本国内の iSALE ユーザの多くは，国立

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日本惑星科学会誌 Vol. 27, No. 4, 2018

図1： 国立天文台・三鷹キャンパス内にある計算サーバの前において，講師と参加者の全員で撮影した集合写真．

図2： 講習会の様子．参加者は，自分が行いたいiSALEシミュレーションに取り組んでいる．講師の方々は，個別に，参加者からの質問に答えたり，アドバイスをしたりしている．

天文台・CfCA の計算サーバを利用している．図 1 は，ており，斜め衝突のような計算はできない．また，

国立天文台・三鷹キャンパスにある計算サーバ前で撮

iSALE の利用は，iSALE 管理委員会で厳重に管理さ影された講習会参加者の集合写真である．計算サーバれているため，iSALE の wiki ページを参照の上，日の 利 用 は，iSALE の wiki ペ ー ジ（https://www.

本国内の iSALE 管理委員会へ申請をする必要がある．

wakusei.jp/ ～ impact/wiki/iSALE/）を 参 照 の 上，CfCA の web ページから申請を行う必要がある．ただ2. iSALEの方程式系

し，申請する者は，（1）天文学または関連分野の研究者・学生であり，かつ，（2a）日本の研究機関・大学院に所iSALE の基礎方程式は 3 つ（連続の式，運動方程式，属する者，または，（2b）日本の大学院の修士か博士

エネルギー方程式）あり，これらは，4 つの未知数か号を取得し，国外の研究機関に所属する者に限られる．

ら成り立っている．このままだと方程式が閉じていな

iSALE の出力結果ファイル（jdata.dat）はバイナリデー

いため，EOS と呼ばれる上記の未知数を利用した状タであるが，それを画像として出力するために，Tom態方程式を導入することで，iSALE は方程式を解いDavison によって作成された pySALEPlot と呼ばれるている．iSALE では，オイラー的数値解法またはラpython で記述されたプログラムが用意されている．

グランジュ的数値解法のどちらを選択することで，方これを利用・編集することで，簡単に計算結果を出力

程式を解くことができる．ただし，差分法による数値することが可能となる．また，今回の講習会では，入計算は，衝撃波を捕捉するために，人工粘性と呼ばれ力ファイルにおけるトレーサー粒子の設定の説明も受るパラメータが運動方程式内に加えられている．

けた．この設定をしておくと，pySALEPlot によって，EOS は物質の相図に関係しており，同じ物質でも，ターゲットに配置したピクセルが，衝突後，どのようEOS に は 2 種 類（ANEOS と Tillotson）あ る．ANEOSに 移 動 し た か を ト レ ー ス す る こ と が で き る．

は相図の再現が完全であるがパラメータが多いため計pySALEPlot を利用する場合は，謝辞にそのことを記算コストが高く，Tillotson は相図の再現が不完全であ述する必要がある．

るがパラメータが少ないため計算コストが低い特徴が

iSALE は，完全なオープンソースコードではなく，ある．ANEOS と Tillotson には利点・欠点が含まれる

科学的な研究目的にのみ，利用申請をすることで，無ため，利用者はそれを理解した上で使用する必要があ償で利用することが可能となる．ただし，開発者以外る．の方は，3 次元コードを利用することはできず，2 次iSALE には，上記の基礎方程式の他に，さらに，弾元コードの使用のみに制約される．また，2 次元コー性体・塑性体を取り扱うための方程式が追加されておドは，さらに，円柱座標系またはデカルトで固定されり，応力場なども計算することが可能である．それゆ■2018遊星人Vol27-4.indd338

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え，物質の破壊にも関するモデル（強度・ダメージ・NAME   EOS name : dunite_」のような順で記述され音響流動・空隙・熱弱化・低密度弱化モデル）が組みており，それぞれ，iSALE 上の変数（8 文字以下），そ込まれているが，モデルの組み合わせには条件があるの変数名の説明（20 文字以下），変数入力欄を表す．

ため，注意が必要である．

た だ し， 注 意 点 と し て，material.inp 内 の 変 数 のMATNAME と EOSNAME に限っては，必ず変数入

3. 入力ファイル

力欄を 7 文字にしないといけない．例えば，dunite は6 文字なので，アンダーバー（_）も使って 7 文字にする．

asteroid.inp は数値計算条件の設定に関する入力フ

加えて，複数の物質モデルを用意すると，場合によっァイルであり，（1）座標系の選択，（2）計算領域の範囲・ては，material.inp の仕様上，いくつかの物質モデル分解能の設定，（3）計算時間・ファイル書き出し間隔で不要なパラメータが生じることがある．その時は，設定，（4）グローバル変数（重力加速度，地表面温度な変数入力欄を「XXX」などして埋める必要がある．また，ど），（5）衝突天体の設定，（6）標的天体の設定，（7）
書各モデルに必要な変数が記述されてない場合は，当然，き出す物理量の選択，（8）トレーサー粒子の設定などエラーとなってしまう．その時は，ログを調べることがある．asteroid.inp は，「GRIDSPC   grid spacing   :で，入力ファイルの詳細なエラー情報を確認すること100」のような順で記述されており，それぞれ，iSALEが可能である．

上の変数（8 文字以下），その変数名の説明（20 文字以下），その変数入力欄を表す．注意点として，例えば，4. iSALEの出力結果

変数名の説明は必ず必要であり，このファイルの行間は空欄で絶対に空けてはいけない，変数名の前には必今回は，iSALE を利用して，球形の地殻・マントル・ずコロン（:）が必要などあり，これらを怠るとエラー

核から構成される「月」に直径 200km の天体が衝突しとなってしまう．

た時，どのような衝突が起こるのかをシミュレーショ

material.inp は物質モデルの設定に関する入力ファンした．地殻は Basalt の ANEOS，マントルと衝突天イルであり，（1）EOS の選択，（2）強度モデル，（3）ダ

体は Dunite の ANEOS，核は Iron の ANEOS にした．

メージモデル，（4）音響流動モデル，（5）空隙モデル，

空間分解能は 10 km/cell，計算空間は横 1800 km，縦（6）熱弱化モデル，（7）低密度弱化モデルの設定などが4200 km である．このような計算は，iSALE の本家のあ る．material.inp も asteroid.inp と 同 様 で，「EOS-web ペ ー ジ（http://isale-code.de/redmine/projects/

図3： iSALEシミュレーションの出力結果の一例．左側が温度，右側が密度を表す．

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isale/wiki/ISALE）に， 入 力 フ ァ イ ル の サ ン プ ル（Planet 2D）が公開されており，今回は，それを修正して利用した．この講習会の実習で苦労した点は，月への衝突を考えたため，サンプルの入力ファイルの設定を変更したことから，iSALE のエラー情報が大量に出てしまい，末次氏と脇田氏に聞きながら，1 つ 1つ解決した点である．図 3 は，衝突前と衝突の約 2 分後の結果を示しており，とても綺麗な図を作ることができた．実習時間が短かったこともあり，残念ながら計算時間に制約があったが，今後に結びつくようなスキルを身につけられたと考えている．

参考文献[1] 黒澤 ほか, 2014, 遊星人 23, 103.
[2] Wakita, S. et al., 2017, The Astrophysical Journal 834,125.
[3] Suetsugu, R. et al., 2018, Icarus 314, 121.
[4] Collins, G. al., 2016, ﬁgshare.
[5] Amsden, A. et al., 1980, Los Alamos National
Laboratories Report, LA-8095:101p.
[6] Ivanov, B. A. et al., 1997, International Journal ofImpact Engineering 20, 411.
[7] Collins, G. et al., 2004, MAPS 39, 217.
[8] Wünnemann, K. et al., 2006, Icarus 180, 514.

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