月の起源-巨大衝突仮説の検証-

月球起源-大撞击假说的验证-

• 批准号: 14654040
• 负责人: 和田 桂一
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: National Astronomical Observatory of Japan
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14654040/
• 关键词: 惑星形成; 数値流体力学; N体計算; 月形成

月がどのように誕生したか、なぜ我々の月は、他の惑星の衛星に比べて極端に大きいのか、は古くからの「謎」であり、多くの仮説が提唱されてきた。その中で、最後に生き残ったシナリオは、原始地球に火星程度の大きさの原始惑星が衝突し、その残骸の周地球円盤から月が形成されたという、「巨大衝突仮説」である。その拠り所の一つが、A.Cameronのグループによって行われてきたSPH法を用いた一連の数値実験であり、最近では、同様の計算手法を用いて、R.Canupらが「巨大衝突仮説」を支持する論文をNatureに掲載した。一方、我々は、Cameron,Canupらの数値実験は、多くの点で信用できないと考えた。最大の問題は、彼らは低密度領域で精度が悪いSPH法を採用したために、周地球円盤のSPH粒子が高々100個程度しかなく、有効空間分解能が円盤の半径程度しかないという点にある。これでは巨大衝突の際の衝撃波をはじめ物理を正しく扱えていないのは明白である。本研究ではCameronグループの数値計算法とはまったく異なる高精度の3次元Euler-Mesh数値流体コードを用いて、巨大衝突仮説の再検証を行った。周地球円盤領域の格子点数は2000万点を越える。これまで得られた結果からは、原始地球に質量が1/5程度の原始惑星が「かすめるように」衝突することで、月質量の2倍程度の厚い周地球円盤がロッシュ半径内に形成されることが示された。しかし、その円盤の質量、角運動量と、月集積過程のN体実験結果(Kokubo et al. 2001)を用いて予想される月質量は数日のタイムスケールで急激に減少し、このモデルでは現在の月を形成することは困難であることがわかった。これらの結果について、2004年3月22日の日本天文学会春季年会(会場:名古屋大学)の「太陽系」セッションにおいて、和田が「月の起源-本当に巨大衝突で形成されたのか?-」と題する口頭発表を行い、海外専門誌への投稿の準備中である。

月球是如何诞生的，以及为什么我们的月球与其他行星的卫星相比如此之大，都是一个古老的谜团，人们提出了许多理论。最后幸存的情景是“巨大撞击假说”，其中一颗火星大小的原行星与原地球相撞，留下的环绕地球的圆盘形成了月球。其中一个来源是 A. Cameron 小组使用 SPH 方法进行的一系列数值实验，最近，使用类似的计算方法，R. Canup 等人在 Nature 上发表了一篇支持论文。另一方面，我们认为 Cameron、Canup 等人的数值实验在很多方面都是不可靠的。最大的问题是，由于他们使用的SPH方法在低密度区域精度较差，环地盘中的SPH粒子只有100个左右，有效空间分辨率也只有盘的半径左右。很明显，这不能正确处理物理现象，包括巨大碰撞期间的冲击波。在这项研究中，我们使用高精度三维Euler-Mesh计算流体学代码重新检验了巨大撞击假说，这与Cameron小组的数值计算方法完全不同。环地盘区域的网格点数量超过2000万个。从目前得到的结果来看，一颗质量约为原地球质量1/5的原行星“掠过”原地球，并在其内部形成了一个约两倍于月球质量的厚厚的环地盘。结果表明，罗氏半径。然而，利用圆盘的质量和角动量以及月球积累过程的N体实验结果（Kokubo et al. 2001）预测的月球质量在几天的时间尺度内迅速减少，而这个模型目前已经证明很难形成月亮。关于这些结果，在2004年3月22日日本天文学会春季年会（地点：名古屋大学）的“太阳系”会议上，和田问道：“月球的起源：真的是这样吗？”巨大碰撞形成的？”他做了题为“的口头报告”，目前正准备投稿给海外专业期刊。