小行星的物理性质与结构演化研究进展

发布时间：2021-07-22 07:47

　　小行星上蕴含着丰富的稀有矿物资源,并保存着太阳系形成初期的原始成分,是研究太阳系起源和演化历史的活化石,具有极大的科学研究价值.随着近二十年来小行星探测热潮的兴起,对小行星的研究已从轨道、形状、旋转状态和光谱类型扩展到结构演化机制和外力响应特性.小行星碎石堆结构概念的提出,为所观测到小行星的物理性质和天文现象提供了合理的解释,同时也对小行星探测任务及相关研究提出了诸多挑战.本文从小行星的轨道和物理性质分布出发,分析了小行星结构的演化过程,阐明了大部分等效直径大于300 m的小行星应具有碎石堆结构的必然性,并结合颗粒材料的力学性质分析了碎石堆小行星的结构特点和动力学响应特性,对碎石堆小行星的研究现状进行了综述,讨论了其中的科学问题和研究方向. 

【文章来源】：中国科学:物理学 力学 天文学. 2019,49(08)北大核心CSCD

【文章页数】：15 页

【部分图文】：

(网络版彩图)523584颗小行星(已有正式编号)轨道半长轴与绝对星等的分布Figure1(Coloronline)AbsolutemagnitudeHvs.orbitalsemi-major5.

期很长,遭遇撞击后的演化时间尺度远远小于所需的非主轴旋转衰减时间尺度.此外,在YORP效应的长期影响下,一些直径小于数千米的小行星也可能进入非主轴自旋状态[44,45].从图2中可看出,除了几个特例之外,所有直径大于300m的小行星的自旋周期均不小于2h,且大部分双小行星的主星旋转状态非常接近于2h(临界旋转极限).这种特殊的分布形式暗示着这些小行星很可能是在引力作用下聚合在一起的碎石堆(rub-ble-pileaggregates),其松散的结构会因无法承受快速自旋时的离心力而变形或分裂[46].3小行星的结构演化通过对小行星统计信息的分析,人类了解到小行星在45亿年的演化历程中主要经历了撞击、大行星引力摄动(如长期共振和平运动共振)、潮汐作用、太阳光压摄动(如Yarkovsky效应和YORP效应)等外部作用,并期望从这些机制的研究中更深入地了解小行星的结构演化情况.其中,最值得注意的就是发现了小行星很可能是由几毫米至几十米的石块在引力的作用下聚合构成的碎石堆结构体[47].鉴于小行星剧烈的撞击历史,现存的小行星很可能是原始小行星经历撞击破碎和引力再聚合过程的产物[48,49].小行星撞击动力学中通常采用临界破碎比能QS,critical和临界破坏比能QD,critical两个指标7)来评价通过撞击破碎/破坏小行星结构的难易程度[50,51].前者对应于能使小行星中50%的结构产生损伤的撞击比能量,后者对应于能使小行星失去50%质量的撞击比能.由于临界破坏比能QD,critical要求小行星中的一半碎片到达撞击后最大剩余物质(即在撞击演化完成后,所产生的碎片通过引力再聚集过程形成的最大物质)的逃逸速度,其大小可由临界破碎比能QS,critical和小行星的引力束缚能估计.而QS,critical的估值则复杂得多,依赖于小行星和撞击者尺寸、材料以及撞击过程的应变率,一般

【参考文献】：
期刊论文
[1]碎石堆小行星的散体动力学建模与仿真方法综述[J]. 张韵,李俊峰.  力学学报. 2015(01)



本文编号：3296746