超高速度衝突の爆心地: 極限環境経験物質の無飛散回収

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我々は理想化された連続媒体と天然の岩石物質の差異が高速度天体衝突時の衝撃波伝播過程に与える影響を定量化するべく研究を実施している. 天然岩石は粒子群で構成され, 内部に粒界と空隙を含む点が理想均質連続媒体とは異なる. そのような検討のさなか, 粉体を用いて最適な条件で衝突実験を行うと衝突直下点の物質がおわんのような形状で残され回収できることが明らかとなってきた. 2022年度は宇宙科学研究所 超高速衝突実験施設に設置された縦型二段式水素ガス銃を用い, 長石砂, 大理石砂を用いた高速度衝突実験を実施した(黒澤, 佐藤, 新原, 富岡). 2022年度の実験で, 長石は衝突点近傍の試料が「おわん形状組織」として「凍結」されることがわかっていた. 新たに導入した大理石砂は方解石の粒子から構成されている. 方解石は代表的な水質変成によって生じる鉱物であり, 炭素質隕石やリュウグウの試料にも含まれていることがわかっていることから新たに試料に用いることとした. 綺麗な結晶状態を持つ試料を安価に入手可能なため, 衝突前後の変化を読み取り易いことも利点である. これらの砂に消磁した磁鉄鉱粉末を混ぜこみ, 人工磁場中で実験を実施した. 回収した試料の一部は薄片に加工し, 偏光顕微鏡で観察し, 残りは樹脂で固化させた上で短冊形状に加工し, 東京大学の超電導磁力計で分析した. その結果, (1)長石砂と同様に大理石砂でもおわん形状組織を回収可能であること, (2)回収した試料は衝突点からの距離に応じて, 損傷を受けていること, (3)混入した磁鉄鉱粉末が衝突点からの距離に応じた熱残留磁化を獲得していること, が明らかになった. (2)と(3)は, 回収試料から粒界, 空隙を含む砂試料中を伝播する衝撃波の素性, すなわち衝撃波面前後の運動量, エネルギーの分配過程を復元可能であることを示唆する.