乱流場中における微粒子の付着成長

湍流场中细颗粒的粘附和生长

• 批准号: 62611523
• 负责人: 水野 博
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Notre Dame Seishin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1987
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1987 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-62611523/
• 关键词: 固体微粒子の付着成長; 乱流原始太陽系星雲; 降着円盤; サイズ分布; 光吸収係数; 微惑星の形成

現在の太陽系の角運動量分布を説明する有力なメカニズムは, 原始太陽系星雲中の乱流による角運動量輸送である. 星雲に集積する星間ガスは角運動量を失い, 太陽へ落込み, その成長に寄与する. 本研究では乱流星雲中に存在する固体微粒子の衝突付着成長過程を調べた. 初期には, 微粒子は, 0.1-1μの範囲に星間微粒子と同じサイズ分布をしていたと考えされる. 微粒子はガス抵抗により乱流ガスと強く相互作用をしているので, 乱流のない場合に比べて衝突速度は大きくなり, 従って微粒子の成長は乱流によって加速される. 例えば, 平均半径が1μから1cmまで成長するのに, 木星・土星領域では500年しかかかからないことがわかった. これは従来の推定より20倍早い. またより遠方の海王星領域でも2200年程しか要しない. サイズ分布は広い範囲にわたってべき乗則n(r)〜r^<-1.93>(rは微粒子半径)を示す. この分布は乱流中の衝突に特徴的なものと考えられる. 乱流拡散はサイズ分布を長時間にわたって変化させ, 微粒子は星雲内をかなり移動することが見つけられた. このことは隕石の化学的研究にとって大切であろう. 星雲に降り積もる星間ガスは星間微粒子を供給する. その効果は, まず0.1-1μの微粒子のreservoirの形成として約1600年以降に現れる. reservoir中の微粒子の存在量が十分大きくなると, 再び一群の微粒子が成長を始める. 言わば新世代の微粒子が数回形成されにうちに, サイズ分布は次第に定常状態に落ち着いてくる. 非常に大雑把に, 定常分布はn(r)〜r^<-4>と書ける. サイズ分布の時間変化は, 微粒子による光吸収係数の計算にとって本質的に重要である. 詳しい計算によれば, 微粒子の成長や新世代の微粒子の形成などのため, 吸収係数はかなり複雑に時間と共に変化することが見つけられた. それに伴う星雲の構造の進化や, 乱流星雲中での微惑星の形成など今後に残された問題であろ.

解释当前太阳系的角动量分布的一种有希望的机制是由于星云中的湍流而导致的角动量传输。在星云中积累的星际气体失去了角度动量，落入太阳，并促进其生长。在这项研究中，我们研究了湍流星云中存在的固体颗粒的碰撞粘附和生长。一开始，人们认为细颗粒的尺寸分布与星际微粒的尺寸分布在0.1-1μ之间。由于细颗粒由于气体电阻而与湍流强烈相互作用，因此碰撞速度大于没有湍流时的碰撞速度，因此细颗粒的生长会因湍流而加速。例如，发现在木星和土星区域仅需500年的时间才能将平均半径从1μs增加到1厘米。这比传统估计快20倍。在更远的海王星地区，它也需要大约2200年。尺寸分布显示了功率定律n（r）至r^<-1.93>（r是细颗粒的半径）。该分布被认为是湍流中碰撞的特征。湍流扩散会在很长一段时间内改变尺寸分布，发现颗粒在星云中大大迁移。这对于化学研究对陨石很重要。积聚在星云上的星际气体提供星际颗粒。效果首先在1600年之后出现，作为0.1-1μ颗粒的储层的形成。一旦水库中的细颗粒丰度足够大，一组细颗粒就开始再次生长。换句话说，新一代颗粒几次形成，大小分布逐渐沉降到稳定状态。非常粗略的是，稳定分布可以写入n（r）至r^<-4>。尺寸分布的时间变化对于计算细颗粒的光吸收系数至关重要。根据详细的计算，发现由于细颗粒的生长和新一代细颗粒的形成，吸收系数随着时间的流逝而随着时间的流逝发生了很大的变化。这些是将来仍然存在的问题，例如星云结构的演变和湍流星云中行星的形成。

项目成果

Hiroshi Mizuno: Astronomy and Astrophysics.

水野浩：天文学和天体物理学。