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; 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。

月球的出生方式以及与其他行星的卫星相比，为什么我们的月亮非常大，这是一个古老的“神秘”，并且已经提出了许多假设。其中，最后一个幸存的场景是“巨大的碰撞假设”，其中，火星的大小与原始地球相撞，而月亮是由其残留物的外围形成的。其背后的原因之一是使用SPH方法进行的一系列数值实验，该实验已由A. Cameron组进行，最近，使用类似的计算方法，R。Canup等。在自然界发表了支持“巨人碰撞假设”的论文。另一方面，我们认为Cameron，Canup等人的数值实验。在许多方面都是不可靠的。最大的问题是，由于他们采用了SPH方法，该方法在低密度区域的准确性差，因此在外围地球磁盘中最多有大约100个SPH颗粒，并且有效的空间分辨率仅涉及磁盘的半径。显然，这不能正确处理物理，包括发生巨大碰撞的冲击波。在这项研究中，我们使用高度准确的3D Euler-Mesh计算流体代码重新检查了巨大的碰撞假设，该计算与Cameron组的数值计算方法完全不同。外围地球磁盘区域中的晶格点数量超过2000万。到目前为止获得的结果表明，当质量约1/5的原始球星与原始地球“像放牧”相撞时，质量约为1/5，一个外围地球磁盘大约是月亮质量的两倍，是罗奇半径内形成的。然而，椎间盘的质量，角动量以及月球积累过程的N体实验的结果（Kokubo等人，2001年）在几天的时间表中突然降低了，并且发现很难与此模型形成当前的月亮。在这些结果中，在2004年3月22日在日本天文学会春季会议（地点：纳戈亚大学）的“太阳系”会议上，Wada进行了题为“月球的起源 - 真的是由一次巨大的碰撞形成的口头演示？