エアロジェルに残されたトラック形状に対する入射粒子密度の依存性

Dependence on projec+le density and size of impact track morphology in silica aerogel

R.Niimi, A. Tsuchiyama (Osaka Univ.)

T. Kadono (ILE, Osaka Univ.)

K.Okudaira (Univ. of Aizu)

S. Hasegawa, M. Tabata (ISAS)

N. Machii, A. M. Nakamura (Kobe Univ.)

T. Watanabe, M. Yagishita (Tokyo Inst. Tech.)

K. Uesugi, A. Takeuchi (SPring‐8)

T. Nakano (GSJ)

今日の話• 宇宙研二段式軽ガス銃を使って

入射粒子のサイズ・密度を変えて

エアロジェルに撃ち込む実験

• トラック形状とサイズ・密度の関係

• Stardustの結果に適用して彗星構造の推定

• 彗星中の結晶質物質の割合を推定

2

STARDUST計画

エアロジェル　ダストコレクター（密度:5-50mg/cm3）Wild第2彗星の塵を6.1km/sで捕獲

6.1km/s

STARDUST計画

画像：hUp://stardust.jpl.nasa.gov/home/index.htmlより

4cm

STARDUST計画の成果

Nakamura et al. (2008)

カンラン石 ガラス棒

輝石

鉄

エアロジェル

エアロジェル中には様々な形状のトラック

Wild第2彗星

直径 約 5 km全長 3.7 mm

全長8.0 mm

全長4.7 mm

硬い粒子>約1 µm

ナノスケール粒子の集合体

6.1km/s

全長 3.7 mm

全長8.0 mm

全長4.7 mm

入射粒子の密度・サイズを変えて系統的な衝突貫入実験→トラック形状の突入粒子サイズ・密度依存性

より正確な推定

ガラス球を用いた衝突トラックの模擬実験→彗星塵のサイズを推定

Burchell et al. (2008)

トラック形状の違いは突入粒子の性質の違いを反映している

仮定したトラック形成モデル→彗星塵の密度を推定

Iida et al. (2011)

定量的評価

Projec'leDensity (g/cm3)

Diameter (µm)

Impact velocity (km/s)

Number of tracks measured

Bubbleglass 0.6 42±11 5.81 5Polystyrene 1.06 31±2 6.14 8Polystyrene 1.06 58±5 5.82 3Polystyrene 1.06 109±13 6.07 2Sinteredsilica(irregularshaped)

~1.3 95-106 5.71 1Sodalimeglass 2.5 30±2 5.77 4Sodalimeglass 2.5 52±4 5.95 5Sodalimeglass 2.5 98±3 6.12 2Alumina 3.9 30±2 6.17 2Alumina 3.9 48±4 6.00 6Alumina 3.9 105±4 6.06 4Copper 8.96 60±1 5.76 2

Target：20mg/cm3aerogel

Two stage light gas gun at ISAS/JAXA

6.1km/sExperiments

Aerogel Target

~6km/s

1mm

1mm

Results：trackshape3mm

0.6

1.06

~1.3

2.5

3.9

8.96

polystyrene 58 µm

bubble glass　42 µm

sintered silica ~100 µm

soda lime glass30 µm

alumina 30 µm

copper 60 µm

1mm

1mm

Type A

Type C

Type B

Projec+le de

nsity(g/cm3 )

トラックの特徴的なパラメータに対するCTのデータと光学顕微鏡データの比較

1mm

深さ～５％以下最大径～１０％以下

Track length, LtLtDmρp,dp

0

500

1000

1500

2000

0 2 4 6 8 10

Polystyrene (1.06)

Soda lime glass (2.4)

Alumina (3.9)

Copper (8.96)

Sintered silica (~1.3)

Bubble glass (0.6)

ρp(g/cm3)

L t/dp

abla+on, break‐up

Lt∝ρpdp

0

10

20

30

40

50

0 2 4 6 8 10

ρp(g/cm3)

Dm/dp

LtDmρp,dp

Maximum track diameter ,Dm

Polystyrene (1.06)Soda lime glass (2.4)

Alumina (3.9)

Copper (8.96)Sintered silica (~1.3)

Bubble glass (0.6)

Dm=21(±4)dp

dp=0.05(±0.01)Dm

Dm can be an indicator of an impactor’s size

This result is consistent with previous work (Burchell et al., 2008; 

Iida et al., 2011)

Therelationbetweenaspectratioandprojectiledensity

0

2

4

6

8

10

0 10 20 30 40 50 60

Polystyrene (1.06)

Soda lime glass (2.4)Alumina (3.9)Copper (8.96)

Sintered silica (~1.3)

Bubble glass (0.6)

Aspectratio,Lt/Dm

Projectiledensity,ρp(g/cm3 )

ρp=0.144(±0.014)Lt/DmR=0.954

LtDmρp,dp

Lt∝ρpdpDm∝dp

ρp∝Lt/Dm

Maximumtrackdia.,Dm(µm)

Tracklength,Lt(µm)

102

103

104

105

10 102 103 104

Wild 2 dust (Type B)Wild 2 dust (Type C)

Wild 2 dust (Type A)

LtDm

ApplicationforStardustimpacttracksProjec+le density es+ma+on

The same data set with Iida et al. (2011)

Type A

Type C

Type B

dp=0.05(±0.01)Dm

ρp=0.144(±0.014)Lt/Dm

Projec+le size es+ma+on

EstimatedWild2dustdensityvssize

Type Aは平均~ 2.63 g/cm3

Type Cは平均~ 0.35 g/cm3

全体の平均（総質量/総体積)

  ~ 0.50 g/cm3

~ １μｍ以下の塵は無い 

Type Aは１～２０μｍ以下

Type Cは１～１５０μｍ

0

1

2

3

4

5

6

7

1 10 100

Type AType BType C

Dens

ity (

g/cm

3 )

Size (µm) dp = 0.05Dm

ρp=0.144Lt/Dm

彗星構造の推定Horzetal.(2006);Zolenskyetal.(2006);Nakamuraetal.(2008)などを参照

TypeBを形成した塵

Type Aトラックを形成hard,monolithic,large(>~1µm)粒子ρc~2.63g/cm3

fluffyfragile”matrix”（sub-micron粒子で構成）分離して塵となりType Cトラックを形成ρm~0.35g/cm3

彗星塵の平均密度ρE~0.5g/cm3

Type A

Type C

Type B

CrystalsilicatecontentsincometsWild第2彗星塵中のhard,monolithic,andlarge(>1µm)粒子含有量:fc

Hale‐Bopp (Harker et al. 2004): ~ 50‐60 wt.%

Tempel  1 (Ootsubo et al. 2005)：~ 80 wt.%

NEAT (Ootsubo et al. 2007): ~ 40 wt.%

塵構成粒子 (~ 0.1 ‐ 1 µm) の結晶質含有量（中間赤外観測）

→fc 35 wt. %

堅・単・大 (> 1μｍ）粒子の密度～ Type Aトラックを形成した粒子の平均密度

ρc~2.63g/cm3

「マトリックス」の密度～ Type Cトラックを形成した塵の平均密度

ρm~0.35g/cm3

彗星塵の平均密度ρE~0.5g/cm3

→　~ 40‐80 wt. %

Crystalline silicates in comets

35 wt. % × “100 %” + 65 wt. %× “40‐80 %” = 60‐90 wt %

堅くて単体で大きいものは全て結晶質 (Nakamura et al., 2008)

半分以上は結晶質

大きい ( > ~ 1 µm) 単体粒子の結晶質含有量（Stardust分析）

€

1ρE

=f cρc

+1− fcρm

まとめ

スターダスト衝突トラックの模擬実験を行い、トラック形状と突入粒子密度の関係を調べた

・衝突トラック最大径~粒子サイズ

アスペクト比（トラック長さ/最大径）~粒子密度推定する指標になることが明らかになった

・Wild第2彗星の塵

実験データを較正データとして用いて、スターダストトラックより、突入粒子の

密度とサイズを推定した

・彗星塵中に含まれる結晶質物質の含有量

~約60‐90%