レゴリスへの低速度衝突• 原始惑星系円盤- 微惑星形成以前：衝突速度＜〜10m/s

Ejecta from impacts at 0.2-2.3 m/s
in low gravity(Weidencshilling and Cuzzi, 1993)• ダストサイズごとのガスとのカップリング率の違いによる相対速度• レゴリスをまとった粒子/アグリゲイト同士の衝突

Joshua E. Colwell et al., 2008
Icarus 195 (2008) 908-917• 惑星リング- 短寿命なダストとリングの持続性

名大M2 嶌生有理• レゴリス層を持つ衛星への衝突によるリングへのダスト供給 (Burns et al., 2004)12

レゴリスへの低速度衝突

先行研究• 粉体への低速度衝突• 惑星リングや原始惑星系円盤ではレゴリスへの低速度- Vi＜1m/sでは集積よりも反発 or 質量損失

衝突が多く起こる→系の質量輸送・エネルギー輸送、ダストの合体成長(Blum and Munch, 1993; Brides et al., 1996; Supelver et al., 1997;
Kouch et al., 2002; Colwell and Taylor, 1999; Colwel, 2003)- Vi＜5m/sならガス流による集積を支配する(Sekiya and Takeda, 2003)• 条件：ターゲットが大きく、ガスが高密度- Vi＞13m/sで正味の集積系の進化や微惑星前駆体への成長を理解するには(Wurm et al., 2005)

粉体への低速度衝突を理解することが重要• 条件：インパクターアグリゲイトとターゲットが接着
低重力下での実験はない
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前回の実験

本研究の目的• COLLIDE-1 (Colwell and Taylor, 1999),
COLLIDE-2 (Colwell 2003)

極低重力下での粉体への低速度衝突実験（COLLIDE）の結果を拡張する必要がある- スペースシャトルでの粉体への低速度衝突実験- 成功は9回 、衝突速度〜1-100cm/s• Vi＜20cm/s：弾丸が粉体に埋まる、少量のエジェクタ• Vi＞25cm/s：弾丸が跳ね返る、多量のエジェクタ• しかし・・・

より実験しやすい航空機による低重力を用いた同実験（PRIME）を行う

実験パラメータがまだ足りない！

弾丸サイズ・質量、レゴリスの種類、衝突速度
5

パラボリックフライト

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実験装置：チャンバー• アルミ底板とアクリル箱（5 11 14cm）- 1kPaに真空引き、天井から観察• NASA KC-135• ランチャー（バネ銃）- 低重力を容易に実現- 持続時間：15-20sec- 加速度：~0.01g- バネ定数、ピストン・弾丸質量を変化させて速度を調整- 衝突速度：0.2-2.3m/s- 衝突角度：90、60、45、30度• 試料をこぼさないための下向き加速度•鏡• ターゲットトレイ（2 10 10cm）- 合計20フライト- 背面に通気孔：試料内の隙間を真空に
7- 試料表面に蓋：振動による空隙率変化を防止

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実験装置：構成• チャンバー（8個）

実験条件
プロジェクタイル

レゴリス試料8種類

3種類

チャンバー

- 地上で全ての準備をしておく- 実験毎に交換(1-2cm, 1-32g)

ライト

ID

鏡（1フライトで8回実験）• 高速ビデオカメラ

試料蓋- NAC HSV 500

カメラ• 250FPS

床• ストロボライト（2台）

直径, cm 質量, g

素材

Type

粒径, μm 円磨度

1.97.9プラスチック

Ottawa sand：砂

20.95

0.98

プラスチックJSC-1：月

100

31.9

12

石英

JSC-Mars-1：火星

〜500

40.95

3.9

真鍮

51.9

31.5

真鍮

61.9

9.8

アルミ

71.9

28.2

スチール

80.95

1.2

アルミ

1215

◎
○

＊いずれも粒径分布あり

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結果

正面衝突
真上から（鏡像）• 本研究（PRIME）で成功した実験は108回- 正面衝突：94回- 斜め衝突：14回• 高速度ビデオカメラの映像から測定0ms- エジェクタ速度

220ms

横から

• フレーム毎の位置から• プロジェクタイル：真鍮、直径=1.9cm, 質量=31.5g- エジェクタ質量• 試料：Ottawa sand• 衝突速度：37cm/s• 定性的に4カテゴリに分類• 衝突角度：871112

エジェクタ要素

エジェクタ要素の関係• エジェクタ要素の関係

真上から
（鏡像）

Vcusp

- VcornerとVcusp（53回）

Vmirror

横から

Vcorner=Vej• Vcorner/Vcuspの平均：3.1 1.8

Vcorner- VcornerとVmirror（27回）

Vcusp• Vcorner/Vmirrorの平均：2.9 1.1- ばらつきが大きくスケーリングできない• エジェクタ要素：Corner, Cusp, Mirror, Center• 毎回全てを測れるわけではない• 特徴的速度（Vej）としてVcornerを用いた

Vmirror→他要素からVejを求められない• エジェクタ要素が測定不能なことも- エジェクタが少ない、軌跡が短い

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特徴的エジェクタ速度= KEα とすると

Vej-Vmin
最適解 α = 0.52

残留加速度(0.02g)によしかし、 VejとKE1でもr=0.6る測定限界下にシフトしている？
衝突条件はほぼ同じ

残留加速度とカメラ性能が違う
2点はVej＜10cm/s、1点はPRIMEの中シフトは確定的でない
直線相関係数：r= 1で正の相関
VejとViでは r=0.42
Vejと運動量では r=0.44
VejとKE0.5では r=0.62

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斜め衝突

(正面衝突,72回)

ばらつきのためαを制約できない

Vej/Vi = 0.18 (平均)標準偏差 = 0.31
ID

弾丸

1

プラ大2

プラ小3

石英大4

真鍮小5

真鍮大6

アルミ大7

スチール大8アルミ小弾丸:プラ大
mp=8.0g

標的：砂Vi=158cm/s(14回)

Vmirror：正面衝突より遅い
斜め〜30cm/s
正面〜40cm/s

0ms

48ms

θ=33

Vbulk

Vmirror

24ms

この傾向は弾丸とエジェクタの単純な反発を反映しているわけではない
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衝突初期：Vbulk〜60cm/s
衝突後期：Vbulk〜30cm/s

72ms

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エジェクタ質量 （全108回）

まとめ• 画像から多数決でランク分け• 108回の低重力下での粉体への低速度衝突実験

エジェクタ質量がKEの増加とともに大まかに増加
カテゴリ エジェクタ量
M0なし

M1

<<mpM2~mpM3>>mp（PRIME）を行った- 低重力下での粉体への低速度衝突の大きなデータセットが得られた＊mp=弾丸質量- COLLIDE-2の傾向と調和的なVej KE0.5という明らかな傾向が得られた

どのKEでも大きなばらつき

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今後の課題

• 今回示された関係がどこまでの弾丸質量・速度域で適用できるか• 衝突速度0.1m/s以下および2.3m/s以上でのエジェクタ速度と質量分布の測定が必要

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