デジタル画像相関法を用いた衝突破片速度分布の解析と氷接触連星の形成過程への応用

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太陽系外縁領域を起源とする彗星核やカイパーベルト天体は，２つの多孔質小氷天体が合体した接触連星として観察されることが多い．この領域で接触連星が高頻度で形成される理由を調べるためには，母天体である氷微惑星同士の衝突後の破片速度分布を調べて破片質量分布との関係を求め，その経験式を元に氷微惑星の再集積条件を決定する必要がある．本研究では新たな破片速度分布計測法として，デジタル画像相関法（DIC法）を取り入れた衝突実験を行っている．今年度は，昨年度に確立したDIC法を，氷微惑星模擬物質である雪・氷層構造試料に適用することを試みた．標的は表層（マントル）に空隙率50%の雪，中心（コア）に空隙率0%の氷を用いた．直径は6cmとし，コア直径は3cmとした．破片速度解析用に半球試料，衝突破壊強度を調べるために全球試料の２種類を用意した．また，比較のために，空隙率50%の雪球標的も用意した．実験は神戸大学の低温室に設置された横型二段式軽ガス銃を用いた．弾丸は直径4.7mmのポリカーボネート球で，衝突速度は1，2km/sである．温度は-15℃とした．全球試料の衝突破壊実験の結果，破壊の様子が雪標的と層構造標的では異なることがわかった．雪標的は，衝突点から放射状に破片が噴出した．層構造標的では，破壊されたコア破片が押し出されるため，衝突点近傍で弾道に対して垂直方向にマントルがより速く押し出されることがわかった．また，層構造標的の破片質量分布がマントルの破片質量分布とほぼ一致したことから，層構造標的全体の破壊はマントルの破壊が制約していることがわかった．そして，衝突破壊強度は雪標的より層構造標的の方が小さくなった．半球試料のDIC解析を試した結果，層構造標的ではコア上のランダムパターンを認識することができず，昨年度の方法が適用できないことがわかった．