Thursday March 23rd 2017



月は地球をはじめとした他の太陽系天体と比較して特有の性質を持つため、どのように して形成されたかという問題は極めて難しい問題である。現在の月形成は巨大衝突説と呼 ばれるシナリオが最も有力である。巨大衝突説では形成初期の地球に火星サイズほどの原 始惑星が衝突し、その破片が再び自己重力によって集まって形成されて月が形成されたと 考えられている。しかし現在でも揮発性元素 (約 1000 K 以下の温度で蒸発する元素) の 枯渇などの月の組成の特徴については完全には説明できてはいない。本研究では円盤の鉛直方向の 1 次元モデルを用いて、円盤の光球面の温度を計算した。 従来考えられていた温度は太陽系空間での岩石の凝縮温度である 2000 K であったが、今 回の研究結果から円盤の光球面の温度は 500 K ほどまで小さくなることが明らかになっ た。そのため円盤の冷却時間はこれまでよりも十分長くなることが示唆され、最速のシナ リオでも約 1 yr、最大のシナリオでは何と約 107 yr もの時間がかかることが分かった。 これは円盤形成時間 (1 日) や月集積時間 (1 ヶ月) よりも十分長いため巨大衝突説で月形 成のタイ ムスケールは原始月円盤が決定するものと思われる。また円盤中の乱流についても考察した。月の揮発性元素の枯渇の原因は円盤の乱流に よって蒸気が地球に粘性降着したものであると想定した。今回求めた円盤の寿命と角運動 量輸送時間を比較することで円盤の乱流の大きさに制限を与えた。その結果、円盤内の乱 流は非常に穏やかな乱流であることが分かった。今後は、本研究で明らかになった原始月円盤の冷却時間および乱流の大きさを用いて、 大規模な月形成の数値計算を行っていくことが重要である。

上田翔士「Development of Numerical Code based on the DISPH Method for Simulation of the Impacts of Small Planetary Bodies」(2013年度)

The evolution of atmosphere and ocean on the Earth is significantly influenced by the impact of small planetary bodies. The modified atmosphere and ocean could change the surface environment, and it may determine the habitability of the planet. While some physical mechanisms causing atmospheric erosion by impact have been investigated, a comprehensive understanding of the impact-induced atmospheric erosion process is lack- ing. The most realistic numerical simulations, Shuvalov (2009) and Shuvalov et al. (2013), assumed only rock material as the target of impacts, and did not consider the oceanic erosion. In this study, we aim to develop an advanced numerical code for simulation of impacts of small bodies, assuming the target as land and/or ocean. We use a new Lagrangian hydrocode in Hosono et al. (2013), Density Independent Smoothed Particles Hydrodynamics (DISPH). In the hydrostatic equilibrium tests, the contact discontinuity with quite large difference of density, such as the boundaries between the atmosphere and ocean/land, can be expressed exactly by using the DISPH method with unequal- mass particles and equal-separation arrangement. A numerical code for simulations of impacts is developed in this work with various impact parameters, such as projectile di- ameter, impact velocity, impact angle, projectile material, and target material. From the preliminary simulations of impacts with the numerical code, we find that the variation of impact parameters makes a large difference to the picture after the collision. We have some problems in employing realistic non-ideal EOS suitable for these simulation and setting the initial conditions. However, we find that we can express exactly the contact discontinuity with quite different values of density by using the DISPH code. This result is of great importance for calculation load as well, and it might also help us solve other unsettled problems in astrophysical and planetary sciences field.