超高速衝突現象を解明する研究がもたらす宇宙科学の新たな視点

宇宙の超高速衝突の研究

株式会社スペースデータは、東京都港区に本社を置くテクノロジースタートアップで、宇宙とデジタル技術を融合させ新たな産業を創造することを目指しています。このたび、同社の最高科学責任者である兵頭龍樹博士が主著者となる論文が、地球惑星科学の国際誌「Earth and Planetary Science Letters」に掲載されました。この研究は、超高速衝突現象に関する新たな知見を提供し、宇宙における微小隕石の衝突過程を詳細に解明しています。

研究背景：超高速衝突現象

天体衝突は宇宙で非常に基本的な現象の一つであり、惑星や天体の表面を時間をかけて変化させる要因の一つです。特に、外惑星の領域では、秒速10～100kmという超高速で微小隕石が衝突しています。この超高速衝突によって隕石は瞬時に強い衝撃波にさらされ、加熱や蒸発が起こりますが、具体的に衝突体や標的の構造が衝突の結果にどのように影響するかは明らかにされていませんでした。今回の研究では、日本の次世代探査計画の候補である土星リングを対象として、具体的なデータを集めました。

研究の概要

兵頭博士が主導する研究チームは、3次元の衝突シミュレーションコード「iSALE-3D」を活用し、岩石質の微小隕石が秒速30kmで氷の標的に斜めに衝突するシミュレーションを行いました。様々な空隙率（物質内部の隙間の割合）の組み合わせを用いて、衝突時のクレーター形成や隕石が受ける圧力・温度を調査しました。特に、隕石と標的の空隙率によって衝突直後の様相が劇的に変化することが確認されました。

主な成果

1. 衝突直後のクレーター形状の変化: 隕石の空隙率が異なる場合、大きな変化が見られました。すきまのない隕石がすきまの多い氷の標的に衝突すると、深く貫入し、高温の蒸気が満たされた空洞を形成します。一方で、すきまの多い隕石がすきまのない氷に衝突すると、蒸気が爆発的に広がります。

2. 圧力と温度の変化: 空隙率が高い場合、衝突のエネルギーが隕石に伝わるエネルギーが約10倍も変動することがわかりました。

3. 高温による蒸発: 衝突による圧力や温度が変わるにもかかわらず、岩石質の微小隕石はほぼ確実に蒸発するという結果が出ました。