研究内容

我々の研究分野は一言でいうと「惑星科学」です. 惑星科学という分野は,太陽系の地球,火星や木星などの惑星,さらに太陽系以外の惑星系が,我々生命も含めてどのようにしてできあがったのか,を物理学や化学,生物学などを駆使して解明しようとする分野です.

宇宙には,太陽など恒星の素になる「分子雲」が存在することが観測によってわかっています. 分子雲には主成分である水素とヘリウムガスの他に,微量ですが氷や岩石の微粒子(サブミクロンサイズ;宇宙塵と呼ばれています)が含まれています. 分子雲が重力的に収縮して中心に水素ガスが集まると恒星が誕生します. ほとんどの物質は恒星に落下しますが,落下前に少しだけ回転する成分を持っていた物質は恒星の周りに「原始惑星系円盤」と呼ばれる円盤を形成します(近年の観測技術の向上により,実際に「すばる」望遠鏡などで円盤の状態などが詳細に観測されるようになりました). この円盤の中で塵が合体成長して惑星になったと考えられています. つまり,サブミクロンの粒が46億年間に数千kmの惑星になるわけです.

ところが,スタート地点(分子雲)とゴール地点(現在の太陽系)は分かっているのですが,途中,どのようにして塵が惑星に成長したのか,ほとんど分かっていません.

我々は,この成長過程を室内実験や数値計算によって研究しています.

室内実験

室内実験,特に「衝突実験」:惑星の成長過程の基本は衝突・合体です.つまり,大きくなるためには物体どうしが衝突しなければなりません.どのような条件で衝突すると,どのような結果になるのかを惑星形成の各段階で理解することが「衝突・合体・成長」の過程を理解することにつながります.

現在,以下のテーマを主体に研究を行っています.

その他,JAXA宇宙科学研究所,千葉工業大学惑星探査研究センター,神戸大学理学研究科,などの装置を利用してクレーター形成や破壊,蒸発などの研究も共同で進めています.

現有の設備

飛翔体加速装置

数値計算

衝突計算

太陽系の惑星や衛星は微惑星や原始惑星同士の衝突によって形成されたと考えられています. また数多くある小惑星は衝突破片であったり,生き残った微惑星だと考えれています. そのため天体の衝突現象は太陽系の天体形成において非常に重要な役割をもっていると言えます. しかし天体サイズの衝突を実験的に行うことは困難なため,我々は衝突シミュレーションを用いて天体衝突過程を調べています(右図).

また,惑星や衛星の材料となった微惑星がどこで生まれ,それらがどのような軌道進化を経験してきたのかを知ることも重要です. こうした軌道進化過程を調べるために衝突シミュレーションだけではなく軌道計算も用いて研究を行っています(下図).

軌道計算