微惑星衝撃波による微惑星蒸発と惑星形成への影響

星子冲击波对星子蒸发和行星形成的影响

• 批准号: 13J40054
• 负责人: 田中 今日子
• 金额: $ 2.76万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J40054/
• 关键词: 微惑星衝撃波; 凝縮; 核生成過程; 微惑星; 蒸発; 衝撃波; 氷; 原始惑星系円盤; 太陽系初期; 氷ダスト; 核生成; 分子動力学計算

原始惑星系円盤において頻繁に発生する微惑星衝撃波は太陽系初期の物質進化を考える上で重要なプロセスである。本研究では微惑星衝撃波による微惑星の加熱、蒸発、再凝縮について記述する理論モデルの構築、およびそれを用いた微惑星衝撃波による物質進化の解明を目指した。平成２７年度は主に凝縮の素過程の解明に向けて、核生成の分子動力学計算と微惑星蒸発後の氷ダストの生成過程について調べた。飽和した蒸気から液滴が生まれる際の凝縮核生成は，最初にできる凝縮核がナノサイズより小さいため，その生成率を精度よく予言する一般的な理論はまだ存在しない。本研究では400万水分子を用いた大規模かつ長時間の分子動力学計算を行い，水蒸気からの均質凝縮核生成過程を調べた。その結果，従来計算の１０万分の１という低い核生成率で進行する現象を再現し，室内実験で得られている核生成率と同レベルに到達することに成功した。さらに，温度と圧力の２つに依存する凝縮核生成率が，それらの組み合わせである１つの量のみに依存する簡単なスケーリング則を発見した。このスケーリング則は，温度で約２００度，核生成率では３０桁にわたる広い範囲に対し，分子動力学計算と室内実験の両方のほとんどの結果をよく再現する。また表面張力のサイズ効果を明らかにするために希ガスを用いて液相からの気泡生成の大規模分子動力学計算を行った。得られた気泡の表面張力のサイズ効果は液体粒子の表面張力のサイズ効果と同様であることが分かった。分子動力学計算により得られた新しい核生成モデルを氷微惑星蒸発後の水蒸気の再凝縮過程に適用した結果、ナノメートルサイズの超微小氷ダストが原始惑星系円盤に大量に放出されることが明らかになった。

Original and confused has drifted back towards &yen; disk galaxies に お い て frequent に 発 raw す る micro planet blunt shock wave は の material early solar system evolution を exam え る で important な プ ロ セ ス で あ る. This study で は micro planet blunt shock wave に よ confused る micro star の heating, steam 発 and condensation に つ い て account す る theory モ デ ル の constructs, お よ び そ れ を with い た micro planet blunt shock wave に よ る material evolution の interpret を refers し た. 27 annual は principal pp.47-53 に condensation process の の element interpret に to け て confused, nuclear generating の molecular dynamics calculation と micro star の after steaming 発 氷 ダ ス ト の generation process に つ い て adjustable べ た. Steam saturation し た 気 か ら droplet が raw ま れ る interstate の condensation nuclei generated は, initially に で き る condensation nuclei が ナ ノ サ イ ズ よ り small さ い た め, そ の generated を precision よ く to say す る general theory of な は ま だ exist し な い. In this study, 4 million water molecules で で を were used to perform <s:1> た large-scale <s:1> long-term <s:1> molecular dynamics calculations of <s:1> た and <s:1> molecular dynamics for を, and the process of homogeneous condensation nucleus formation in water vapor <s:1> ら was を tuned べた. そ の as a result, the calculated 従 の 10 extremely の 1 と い う low い nuclear generation rate で す を reappear し る phenomenon, indoor be 験 で have ら れ て い る と nucleation rate with レ ベ ル に reach す る こ と に successful し た. と さ ら に, temperature pressure の 2 つ に dependent す る condensation が nucleation rate, そ れ ら の group み close わ せ で あ る 1 つ の quantity の み に dependent す る Jane 単 な ス ケ ー リ ン グ is を 発 see し た. こ の ス ケ ー リ ン グ は, about 200 degrees temperature で, nucleation rate で は 30 girder に わ た る hiroo い van 囲 に し seaborne, molecular dynamics calculation と indoor be 験 の struck party の ほ と ん ど の results を よ く reappearance す る. ま た surface tension の サ イ ズ unseen fruit を Ming ら か に す る た め に bush ガ ス を with い て liquid か ら の 気 bubble generating line の large-scale molecular dynamics calculation を っ た. To ら れ た の 気 bubble surface tension の サ イ ズ unseen fruit は の surface tension of the liquid particles の サ イ ズ unseen fruit と with others で あ る こ と が points か っ た. Molecular dynamics calculation に よ り have ら れ た new し い nuclear generating モ デ ル を confused 氷 micro star の water steam after steaming 発 気 の condensation process again に applicable し た results, ナ ノ メ ー ト ル サ イ ズ の ultra-small 氷 ダ ス ト が perform original galaxy has drifted back towards &yen; disk に released a large number of に さ れ る こ と が Ming ら か に な っ た.

项目成果

Free energy of cluster formation and a new scaling relation for the nucleation rate

团簇形成的自由能和成核率的新标度关系

• DOI: 10.1063/1.4875803
• 发表时间: 2014
• 期刊: J. Chem. Phys.
• 作者: Kyoko K. Tanaka;Juerg Diemand;Raymond Angelil;and Hidekazu Tanaka
• 通讯作者: and Hidekazu Tanaka

観測ロケットによる核生成実験と理論モデルとの比較

探空火箭成核实验与理论模型的比较

• 发表时间: 2015
• 作者: K. K. Tanaka;M. Nagasawa;H. Tanaka;T. Nakamoto;H. Miura;and T. Yamamoto;田中今日子
• 通讯作者: 田中今日子

気泡核生成の大規模分子動力学計算と古典的核生成理論の改良

气泡成核的大规模分子动力学计算及经典成核理论的改进

• 发表时间: 2015
• 作者: 田中今日子,田中秀和;Raymond Angelil;Juerg Diemand
• 通讯作者: Juerg Diemand

Homogeneous SPC/E water nucleation in large molecular dynamics simulations

• DOI: 10.1063/1.4928055
• 发表时间: 2015-08-14
• 期刊: JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS
• 影响因子: 4.4
• 作者: Angelil, Raymond;Diemand, Juerg;Tanaka, Hidekazu
• 通讯作者: Tanaka, Hidekazu

Large scale MD simulations of nucleation

成核的大规模 MD 模拟

• 发表时间: 2013
• 作者: J. Diemand;A. Raymond;K. K. Tanaka;H. Tanaka
• 通讯作者: H. Tanaka