2010/11/10

2010 年11月4日 第6回低温研衝突研究会

研究目的

スターダスト衝突トラックの模擬実験：
トラック形状と突入物質密度、サイズの関係•衝突トラックはどういうメカニズムで形成するのか？

新居見 励○ 、土`山 明（阪大・理）
門野 敏彦 （阪大・レーザー研）
奥平 恭子（会津大）長谷川 直、田端 誠（ISAS/JAXA）
渡辺 隆行、八木下 将史（東工大・化学環境）
町井 渚、中村 昭子（神大・理）•突入物質の構造（密度、サイズ）との関係は？
トラックの最大径を用いた彗星塵サイズの推定(Burchell et al., 2008)、
トラック長さと最大径の比を用いた彗星塵密度の推定(Iida et al., 2010)は正しいのか？

実験方法

Stardust Mission

Target : 均一な密度のもの（スターダストエアロジェルは複雑）
Projectile : 密度、サイズが既知のもの

6.1 km/s~4-6 km/s

aerogelnon-porous

Hörz et al. (2006)

トラック形成ムービー解析結果(#790)

トラック形成ムービー撮影実験条件

Shot No.

Projectile

Diameter(mm)Impactvelocity(km/s)

Aerogeldensity(g/cm3)

Shutter
speed(ms)Track type#790

Soda lime glass

98 ± 3

6.12202

A#893

Soda lime glass

454

4.38

60

8A

297-350

4.10604C

Pc=0.15 MPa (R=0.992)

Cd=0.95で (R=0.999)

360

Track width (mm)

2段式軽ガス銃 (宇宙研), HyperVision HPV-1（高速度ビデオカメラ）

Penetration depth (mm)

d 2z
1d 2z
m 2   C d  t r 2 v 2 m 2   Pcr 22dtdt

実験装置：

Sinteredsoda lime glass

High speed camera

形成された衝突トラックの形状は、突入粒子の構造(サイズや密度、強度など)を反映している

Wild2彗星塵を6.1 km/sで捕獲#896

2段式軽ガス銃

porous504030201002.521.5
10.50020406080100120140020406080100120140

Time (ms)Time (ms)Niimi et al. (2010)の突入物質減速モデルは妥当#896 焼結体
構成粒子：<20mm ガラスビーズ
焼結条件：635℃、150分
密度：~2.0 g/cm3
空隙率：~21%1cm

Crushing regime: 速度依存の弱い抵抗

Hydrodynamic regime : v^2に比例する抵抗衝突実験条件トラック形成ムービー解析結果(#893, #896)

実験装置 ： 2段式軽ガス銃 (宇宙研)：散弾打ち

16Dimensions (mm)Penetration depth (mm)100806040201412100200300

400500600

700Time (ms)クラックの成長

1040204060

80Time (ms)3mm※widthはトラックの半分が、見えなかったため、未解析

3mm

100120Aerogeldensity(mg/cm3)
2020
20~1.395-106

5.71

20

1

2.5
2.5
2.5
3.9
3.9
3.9
8.9

30±252±4
98±330±2
48±4
105±4
60±1

5.77
5.95
6.12
6.17
6.00
6.06
6.07,5.77

20
20
20
2020
20
20

45
2
2
64
2

Projectile

density(g/cm3)

diameter
(mm)

#900
#901
#789

Polystyrene
Polystyrene
Polystyrene

1.06
1.061.06

#793

631±2
58±5
109±13

Impactvelocity(km/s)
6.14
5.82
6.07

Shot
No.

8

200

Track length
Track width

#896

#893

#795
#405
#790
#788
#784
#794
#785

Sintered silica(irregular shaped)

Soda lime glass
Soda lime glass
Soda lime glass
Alumina
Alumina
Alumina
CopperNumberof tracks
332※Stardust aerogel: 5-50 mg/cm3

1

2010/11/10

トラック入口径vimp

De

p,dp DePSSLG
Alumina
CopperSintered silica
Alumina ODC aerogel (Horz et al.,2009)
SLG Stardust aerogel (Burchell et al., 2008)

50mm class (48-60mm)
100mm class (98-109mm)
Horz et al. (2009) (35, 60, 105mm)
Burchell et al. (2008) (12, 35, 64mm)

De/dp
20406080dp (mm)1001000

4012000246

p (g/cm3)8010

トラック最大径vimp
p,dp De

20100mm class (98-109mm)
Horz et al. (2009) (35, 60, 105mm)
Burchell et al. (2008) (12, 35, 64mm)

35

1.50?
ablation,break-up

Horz et al. (2009) (35, 60, 105mm)
Burchell et al. (2008) (12, 35, 64mm)

6030301010001200246

p (g/cm3)

810002040

Dmはサイズにほぼ比例。⇔Burchell et al. (2008), Iida et al. (2010)
Dmを説明するモデルはまだない。

トラック最大径の深さvimp
p,dp DePSSLG
Alumina
CopperSintered silica

8660

dp (mm)

z(Dm)

typeC
0246

p (g/cm3)810

エアロジェルに衝突トラックが形成される様子を撮影した。
約6km/sで形成するトラック形状の密度、サイズ依存を調べた。
typeAに関しては、Niimi et al. (2010)の突入物質減速モデルでOK。
密度とサイズに比例(typeCは短くなる)。

Lt

6050

vimp

40p,dp De

3080

10012050mm class (48-60mm)
100mm class (98-109mm)00246

p (g/cm3)

Dmz(Dm)30mm class (30-31mm)

100400120

サイズ に依存して、密度には大きく依存しない202201007040

まとめ

80z(Dm)/dpz(Dm), (mm)1080

typeによって傾きが違う可能性がある。

Lt/Dmは密度だけに依存。
→突入粒子の密度を推定するための指標となる。

Lt

Dm

60dp (mm)

typeA

40

2080

Wild2彗星塵密度推定の式(Iida et al., 2010)

5040

1060

LtDm

De

7020

dp (mm)

10100mm class (98-109mm)

5408

50mm class (48-60mm)

1020630mm class (30-31mm)

104

p (g/cm3)

vimp

0.5
02

p,dp

同じ物質でできた60 トラックは、相似形をしている
50

20150120

Lt/Dm

210070

Lt/Dm

25Dm/dp

30Dm (mm)

380

PSSLG
Alumina
CopperSintered silica
Alumina ODC aerogel (Horz et al.,2009)
SLG Stardust aerogel (Burchell et al., 2008)

50mm class (48-60mm)

2.560dp (mm)アスペクト比（長さと最大径の比）30mm class (30-31mm)

3.540Lt∝ pdpと（typeA） ⇔ Niimi et al. (2010)の減速モデル
typeCのトラック長さはモデル化できてない。

Lt

Dmablation,
break-up

500

20

トラック入口径は、主にサイズに依存。
ばらつきが非常に大きい→サイズ推定の指標にはならない。

PSSLG
Alumina
CopperSintered silica
Alumina ODC aerogel (Horz et al.,2009)
SLG Stardust aerogel (Burchell et al., 2008)

Burchell et al. (2008) (12, 35, 64mm)

1500

6000

Horz et al. (2009) (35, 60, 105mm)

8050.5100mm class (98-109mm)

10010

150mm class (48-60mm)

Lt/dp

15Lt

Dm

De

30mm class (30-31mm)

2000

Lt (mm)1.5De (mm)20vimp
p,dp

PS
SLG
Alumina
CopperSintered silica
Alumina ODC aerogel (Horz et al.,2009)
SLG Stardust aerogel (Burchell et al., 2008)

30mm class (30-31mm)

20

トラック長さ

Lt

Dm

810

typeAに比べてtypeCの方が浅い。

Dmは突入物質のサイズ推定の指標になる。
Lt/Dmは密度にのみ依存するため、密度推定の指標になる。
トラック最大径の形成メカニズムは、typeAとtypeCでは違う可能性。

今後の課題

typeCトラックはtypeAに比べて浅い位置で最大径をつくる。

・トラック形成モデル(typeAの最大径、typeCの長さ、最大径)

typeAトラックの最大径の深さは密度が違っても大体同じ。

・スターダストエアロジェルを用いたWild2彗星塵密度、サイズの較正実験

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