■■ 森 羅 万 象 セ ミ ナ ー ■■

目的: 分野を超えた自由な議論の場作り

発表者は異種分野の人々にも納得のゆくよう好きな話題をじっくり語り、 聴衆は各自の興味・知識・哲学に従い突っ込みを入れる。世の中の情勢把 握・未知との遭遇・自身の研究哲学の再確認・（ゆくゆくは）旧来分野の 壁を超えた新しいサイエンスの醸成が目論み。異文化との接触により本当 に進歩が生まれるのか、ある種の実験。

講演希望, 問い合わせ等は sinra-admin＠ep.sci.hokudai.ac.jp まで.

2009 年度世話人　:: 　 岩堀 智子 (惑星宇宙グループ)

* 本セミナーは Mosir Project によって映像撮影/公開されています.

話者　:　前野 紀一(サイエンスアイ代表・北大名誉教授), 小野 丘(北海道学園大学)
題目　:　カーリングの科学: ストーンは何故曲がるのか

バンクーバーオリンピック競技種目でもあるカーリングは, 「氷上のチェス」 との異名を持つ知力と体力, そして緻密な技術を要するスポーツである. 競技を白熱させる要素の一つは, 氷上で見せるカーリングストーンの曲がる動きである. しかしながらこのストーンの動作メカニズムについては, まだ十分な理解が得られていない. 今回のセミナーでは, この氷上でのカーリングストーンの動作メカニズムについて, 二名の専門家に解説を行なっていただく.

第一部: スポーツとしてのカーリング概論 (小野 丘)

カーリングの歴史は古く, 16世紀のスコットランドにて発祥したと言われている. 競技として盛んになったのは戦後になってからであり, 日本においては長野オリンピックを契機として一般に知られるようになった. 本講演ではスポーツとしてのカーリングの歴史と特色を紹介し, 氷上のカーリングストーンの運動の様子を映像とともに解説する.

第二部: ストーンは何故曲がるのか (前野 紀一)

氷上でのカーリングストーンの曲がりの物理メカニズムに関しては, Jhonston(1981) の「圧力差モデル」、Shegelski達(1996)の「水膜モデル」, Denny(2000)の 「雪かきモデル」等、幾つか提出されている. いずれのモデルも. 氷とストーンの摩擦係数が前面より後面で大きくなるためストーンの運動を曲げる外力が発生すると考える. しかしこれらのモデルにはいろいろの不合理が指摘されており, 特に, 曲がり幅がストーンの回転数に比例して増えるという結果は経験とあわない. 今回紹介する「蒸発−摩耗モデル」はカーリングの最大の特徴である. デコボコの氷（ぺブル）, 重さ 20 kg のストーン, およびストーンの底の形状 （ランニングバンド）, の３点に着目して組立てられた(Maeno,2010). ストーン前部と後部の氷摩擦係数の差は, ストーンの前半分が通過する時に発生した薄い水膜が蒸発し, 氷面の温度が低下することによって生じる. このモデルでは曲がり幅はストーンの回転数に依存しない. 講演では, これらのモデルについて解説し, モデル検証のために計画している実験の概要を紹介する.

参考文献:
N. Maeno, 2010: Curl Mechanism of a Curling Stone on Ice Pebbles. BGR 28, 1-6, http://www.seppyo.org/~bgr/bgr.sjis.html

話者　:　中川貴司(チューリッヒ工科大学)
題目　:　初期地球の影響を考慮した地球コアの熱史

最近発表されている初期地球の熱化学的状態に関する仮説によると、コア分離が 起きた直後のコアーマントル境界ではマグマオーシャンのような大規模部分溶 状態が十分におき得るくらいの高温状態であったと考えられている[Labrosse et al., 2007]．しかし、初期地球の熱化学的状態は過去に地球が間欠的なオーバー ターン[e.g., Tackley et al., 1994]を経験していることなどから、大きな不確 定性がある．ここでは、フリーパラメータとして初期地球のコアーマントル境 の温度、コアに含まれている内部熱源量、ならびにマントルを構成する不適合元 素に枯渇したハルツバーガイトとそれらに富んだ中央海嶺玄武岩(MORB)の密度 をとり、コア熱史理論モデルと結合したマントル対流フルシミュレーション [Nakagawa and Tackley, 2005; Nakagawa and Tackley, 2010 submitted]を行 い、現在の地球コアの状態（内核半径と長期間の生成磁場の維持）を説明できる 熱史シナリオの構築とコア熱史における重要なパラメータについて議論を行っ た．その結果、熱史の最終状態において、初期コアーマントル境界温度にはあま り依存しないことがわかった．しかしながら、現在の内核サイズと生成磁場維持 の条件ならびに地球最下部マントルの不均質構造などの制約条件を考慮すると、 初期コアーマントル境界温度は5000K〜 6000K、コア内における内部熱源（カリ ウム量にして）については400-800ppm程度で現在のコア熱史の制約条件に調和的 なシナリオが得られる．また、ここで得られた初期コアーマントル境界温度は、 初期地球においてマグマオーシャンのような大規模部分溶融状態を作り出すこと が可能である．

話者　:　栗原純一(北海道大学)
題目　:　極域下部熱圏で発生する巨大鉛直風

極域の高度90-150kmの下部熱圏において、オーロラ活動に伴って 風速数10m/sにも及ぶ鉛直風が発生することが知られているが、 そのメカニズムは未だに明らかになっていない。 極域下部熱圏の力学とエネルギー収支の研究を目的として行われた DELTA-1 & 2キャンペーンでは、観測ロケットによるin situ観測、 欧州非干渉散乱（EISCAT）レーダーによる電波観測、全天カメラ などによる光学観測という異なる３つの手法を相補的に組み合わせた 総合観測を行い、巨大鉛直風が発生するメカニズムの解明を目指した。 今回のセミナーでは、DELTAキャンペーンによる最新の研究成果を 紹介するとともに、昨年のDELTA-2キャンペーン中に発生した 過去最大規模の成層圏突然昇温が熱圏・電離圏に及ぼした影響に ついても報告する。

話者　:　佐藤毅彦(宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究本部)
題目　:　金星探査機「あかつき」搭載2μｍ赤外線カメラIR2の開発

話者　:　片坐 宏一 (宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究本部 赤外・サブミリ波天文学研究系)
題目　:　惑星系形成円盤の中間赤外線観測

話者　:　柳澤 孝寿 (海洋研究開発機構　地球内部ダイナミクス領域)
題目　:　液体金属の流れを可視化する -地球の外核での対流のシミュレーション-

外核での熔融鉄の流動が地球磁場を生成し維持している。地球を模した 回転系の熱対流での磁場生成の過程が、電磁流体力学の基礎方程式系に 基づいた大規模数値シミュレーションで再現されていて、そのメカニズム 理解が大きく進んだ。しかし計算機の制約から粘性などの物性値は金属とは 懸け離れたものを用いて簡略化しているのが現状である。外核内で生じている 流動場とその物理を知るためには、実際に液体状態の金属を用いた室内実験を 行うことで、乱流状態をきちんと理解するとともに流れと磁場の関係を明らか にする必要がある。一方、実験では磁気レイノルズ数を大きくするには限界 あり誘導される磁場は小さい。よって、外から与えた磁場に対する流れの 応答を調べることが中心となる。

液体金属は低粘性・高熱伝導率で特徴づけられ、 低いプラントル数をもつ 流体の代表である。低プラントル数流体は低いレイリー数でも容易に乱流化 することが知られている。さらに、液体金属は電気の良導体でもあり、磁場 の存在下での流体運動は誘導電流を生み出し、磁場と流れの方向に依存した 力を受ける。これまでの液体金属を用いた磁場と熱対流に関する実験では、 数点での温度の計測から流れの様相を推定するということが行われてきた。 より直接的に液体金属の対流の速度場を計測することが望まれていて、そ には超音波のドップラーシフトを利用する方法が有効である。我々は液体金属 による熱対流のパターンと磁場との関係を調べることを目的として、この速 計測方法を用いて、広い容器内に生じる流れのパターンの可視化を行った それにより、磁場の影響を受けて変化する乱流の大規模構造を明瞭に理解する ことができるようになった。

非回転系で磁場なしの場合、液体金属の乱流状態は振動する大規模構造で 特徴づけられる。一様な水平磁場をかけると、その強度が弱いうちは構造に 変化は見られないが、 ある程度の強度になると磁場と平行なロール軸を持つ 二次元性の強い対流構造が明瞭になる。更にその構造は、流れの周期より 顕著に長いタイムスケールで不規則に対流の方向が逆転するという興味深 振る舞いを示す。この現象は地球磁場の反転にも重要な示唆を与えるもの ある。より大きな磁場強度では、パターンはほぼ二次元定常となり逆転は 起こらない。これらの結果は磁場の影響よる実効的な拡散係数の異方性と して解釈でき、我々はパターンに影響を与える磁場強度の基準を明確化す ことに成功した。

話者　:　福原 哲哉 (北海道大学)
題目　:　あかつき（PLANET-C）搭載中間赤外カメラ（LIR）の紹介

2010年初夏に打ち上げが迫っている金星探査機「あかつき」には 雲頂からの熱放射（10μm帯）を捉える「LIR」が搭載され、昼夜の 温度分布を同時に可視化する。開発チームはLIRに非冷却ボロメータ 検出器を新規採用して開発を推進し、現在はフライト品の最終性能確認 を行う段階に至った。本稿ではLIRのこれまでの開発経緯を紹介すると ともに、あかつきの観測計画や取得画像の仕様に関する情報を提供する。

話者　:　佐藤 毅彦 (JAXA/ISAS)
題目　:　雲の下を「透視」する金星探査：Venus ExpressとPLANET-C

金星は厚い雲に全球を覆われているため、その雲より下の様子を探る のは容易ではない。 しかし、1980年代終わり頃、近赤外線波長に大気窓」が発見され、 リモートセンシングにより中下層大気を研究することが可能となった。 二酸化炭素の光吸収が弱まる「窓」波長では下層の高温大気が発する 赤外線が宇宙空間へ漏れ出し、 金星「夜面」でそれを観測することができるのである。 その「窓」を利用した最初の探査機はGalileoで、木星へ向かう途中、 1990年に金星をフライバイし、夜面で複雑な「雲のシルエット」を 捉えた。21世紀になり、ESAのVenus Expressが2006年に金星に到着、 「窓」を利用した連続モニターを行う最初の探査機となった。そして、 2010年には日本のPLANET-Cが金星に向けて打ち上げられ、 その主力観測はこの「窓」波長における中下層大気の観測である。 本セミナーでは、「窓」の生じる原理を説明し、 Galileo - Venus Express の成果を紹介、 そしてPLANET-Cにかかる期待を解説する。

話者　:　谷川 享行 (北海道大学 低温科学研究所)
題目　:　衛星系の形成：周惑星ガス円盤への固体物質供給

巨大惑星の周りに存在する衛星系は、惑星の周囲に形成されるガス円盤の中で形 成されたと考えられている。しかし、そのガス円盤に、衛星の材料となる固体物 質がどのように供給されたかはよく分かっていない。本研究では、微惑星が周惑 星円盤ガスに突入した際に受けるガス抵抗で円盤に捕獲されるメカニズムによる 固体供給を考え、周惑星円盤固体面密度を見積もり、それを元に衛星系形成過程 を考える。

話者　:　千秋 博紀 (千葉工業大学 惑星探査研究センター)
題目　:　固体惑星の熱進化に関する研究あれこれ

演者はこれまで，固体惑星（固体を主成分とする惑星）の熱進化について， 主に数値計算の手法を用いた研究を行ってきた。 本講演では， これまで演者が関わってきた次のような課題のうちのいくつかについて， 時間の許す限りで話題を提供し， 今後の研究の発展の可能性について議論したい。

1. 火星の熱史とコア形成
2. 小天体の熱史と鉄隕石の形成
3. マントルの中の相変化と対流モード
4. マントル中の熱源と超大陸の分裂
5. 系外の地球型惑星の熱進化と固有磁場

話者　:　中村 良介 (産業技術総合研究所)
題目　:　南極=エイトケン盆地では、月のマントルが掘り起こされているか?

南極＝エイトケン盆地は月の裏側／南半球に存在する、太陽系内で最も大きな 衝突構造のひとつである。一般的な衝突理論による掘削深さを考えると、南極 ＝エイトケン盆地では、斜長石に富んだ地殻は完全に剥ぎ取られ、その下にあ るマントルが露出しているはずである。しかし、過去のガリレオやクレメンタ イン探査機による観測では、南極＝エイトケン盆地内に明確にマントル起原と 同定できる領域は見つかっていない。そこで我々は、「かぐや」に搭載された 分光計および多色カメラを用いて、南極＝エイトケン地下深く（5〜25km）の物 質が露出していると考えられる、クレーターの中央丘の組成を系統的に調べた。

その結果、Antoniadi http://www.youtube.com/watch?v=5c1T2oKEffQ&feature=channel をはじめとする4つのクレーターが、 非常に斜方輝石に富んだ物質で構成されていることが明らかになった。 この物質は、南極＝エイトケン盆地をつくった衝突によってマントルが 大規模に溶融し、再固結したものだと考えられる。 つまり月の裏側においては、南極＝エイトケン盆地が形成される以前 （＞40億年？）に、100〜500km 程度の深さに、 斜方輝石に富むマントルが存在していたことになる。これは

• マグマオーシャンの深さ
• マグマオーシャンの固結モード（平衡 OR 分別）
• 南極＝エイトケン盆地を形成した衝突の掘削深さ／溶融量
• マグマオーシャン固結後のマントルオーバーターン
• 月の熱史を支配する　KREEP の行方
• 月のバルク組成

などについて、大きな制約となる。

地球のマントルは、斜方輝石よりもかんらん石に富むと考えられているが、 小惑星ベスタのマントル起原とされるダイオジェナイト隕石は、 斜方輝石に富む今回の月のマントル組成に関する新たな観測結果をもとに、 固体惑星／小惑星のマントル組成が、 その天体のバルク組成や熱進化をどう反映しているかについて議論する。

話者　:　木村 淳 (北海道大学 大学院理学院 宇宙理学専攻)
題目　:　月周回衛星「かぐや」の動かし方 ~ 打ち上げから月到達，観測運用まで ~

15 の観測機器を携え月を調べ上げている「かぐや」が, 日々どのように観測 運用を行っているのか, その作業の一端をご紹介します. 刻々と変わる探査機 の状態や観測条件に対応しつつ, 限られた期間内に効率良く観測し尽くせるよ う, 各機器の研究者と連携した調整が日々重ねられています. 「かぐや」を機 に今後さらに (固体) 惑星科学で欧米に伍していくためには, データを生産す る現場への貢献がますます求められていくはずです. 今回の話がその切欠・一 助となれば幸いです.