弾性波を用いた小惑星内部構造探査手法の検討

点击翻译按钮获取中文摘要

太陽系の初期状態をよく保存している未分化小惑星の内部構造は、その低いバルク密度および高い空隙率から、微粒子から微惑星への衝突合体プロセスを直接反映していると考えられる。しかし、地球での地下の物理探査法の多くは土壌の含水状態を前提としており、乾燥・真空環境にある固体天体の内部構造探査法はまだ確立されていない。そこで本研究では瓦礫が集積した未分化小惑星の奥深や、その表面のレゴリス粉体層の振る舞いを弾性波で探査するために必要な物理素過程を理解することを目的とした。研究手法としては、まず空隙の圧縮効果がない理想的な模擬レゴリスとして40^〜220ミクロン径のガラス球粒の粉体層を弾性波の回りこみを排除できる容器に入れて真空チェンバー内に置いた。次に、粉体層中の中心粒径や空隙率と弾性波の伝播速度や減衰率の関係を、音響素子を発信装置と受信機に使って実験的に求めた。乾燥・真空状態のため弾性波は、球粒間の接触点(微小な接触面)を伝わっていくしかない。その結果、伝播速度は同一物質(ガラス)単体内の音速に比べて一桁以上低下することと、その速度は球粒の中心粒径または空隙率に相関することを見出した。そこで弾性波の発信装置と受信機間のビーズの個数を変えていく測定を行ったところ、この現象は「Hertsの接触問題」から示唆されるモデルで説明できることを見出し、粉体層中の弾性波の伝播速度は中心粒径の1/6乗に比例するとの結論を得た。この発見を応用すれば、将来の小惑星着陸探査ミッションなどで、移動ローバ上から発信機と受信機を表層に突き刺し、弾性波速度を測定することで、地下レゴリス層の主要サイズ分布を比較的簡単に推定できる可能性がある。