小行星上蘊(yùn)含著豐富的稀有礦物資源,并保存著太陽(yáng)系形成初期的原始成分,是研究太陽(yáng)系起源和演化歷史的活化石,具有極大的科學(xué)研究?jī)r(jià)值.隨著近二十年來(lái)小行星探測(cè)熱潮的興起,對(duì)小行星的研究已從軌道、形狀、旋轉(zhuǎn)狀態(tài)和光譜類型擴(kuò)展到結(jié)構(gòu)演化機(jī)制和外力響應(yīng)特性.小行星碎石堆結(jié)構(gòu)概念的提出,為所觀測(cè)到小行星的物理性質(zhì)和天文現(xiàn)象提供了合理的解釋,同時(shí)也對(duì)小行星探測(cè)任務(wù)及相關(guān)研究提出了諸多挑戰(zhàn).本文從小行星的軌道和物理性質(zhì)分布出發(fā),分析了小行星結(jié)構(gòu)的演化過(guò)程,闡明了大部分等效直徑大于300 m的小行星應(yīng)具有碎石堆結(jié)構(gòu)的必然性,并結(jié)合顆粒材料的力學(xué)性質(zhì)分析了碎石堆小行星的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和動(dòng)力學(xué)響應(yīng)特性,對(duì)碎石堆小行星的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述,討論了其中的科學(xué)問(wèn)題和研究方向. 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2019,49(08)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

(網(wǎng)絡(luò)版彩圖)523584顆小行星(已有正式編號(hào))軌道半長(zhǎng)軸與絕對(duì)星等的分布Figure1(Coloronline)AbsolutemagnitudeHvs.orbitalsemi-major5.

期很長(zhǎng),遭遇撞擊后的演化時(shí)間尺度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于所需的非主軸旋轉(zhuǎn)衰減時(shí)間尺度.此外,在YORP效應(yīng)的長(zhǎng)期影響下,一些直徑小于數(shù)千米的小行星也可能進(jìn)入非主軸自旋狀態(tài)[44,45].從圖2中可看出,除了幾個(gè)特例之外,所有直徑大于300m的小行星的自旋周期均不小于2h,且大部分雙小行星的主星旋轉(zhuǎn)狀態(tài)非常接近于2h(臨界旋轉(zhuǎn)極限).這種特殊的分布形式暗示著這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),其松散的結(jié)構(gòu)會(huì)因無(wú)法承受快速自旋時(shí)的離心力而變形或分裂[46].3小行星的結(jié)構(gòu)演化通過(guò)對(duì)小行星統(tǒng)計(jì)信息的分析,人類了解到小行星在45億年的演化歷程中主要經(jīng)歷了撞擊、大行星引力攝動(dòng)(如長(zhǎng)期共振和平運(yùn)動(dòng)共振)、潮汐作用、太陽(yáng)光壓攝動(dòng)(如Yarkovsky效應(yīng)和YORP效應(yīng))等外部作用,并期望從這些機(jī)制的研究中更深入地了解小行星的結(jié)構(gòu)演化情況.其中,最值得注意的就是發(fā)現(xiàn)了小行星很可能是由幾毫米至幾十米的石塊在引力的作用下聚合構(gòu)成的碎石堆結(jié)構(gòu)體[47].鑒于小行星劇烈的撞擊歷史,現(xiàn)存的小行星很可能是原始小行星經(jīng)歷撞擊破碎和引力再聚合過(guò)程的產(chǎn)物[48,49].小行星撞擊動(dòng)力學(xué)中通常采用臨界破碎比能QS,critical和臨界破壞比能QD,critical兩個(gè)指標(biāo)7)來(lái)評(píng)價(jià)通過(guò)撞擊破碎/破壞小行星結(jié)構(gòu)的難易程度[50,51].前者對(duì)應(yīng)于能使小行星中50%的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷的撞擊比能量,后者對(duì)應(yīng)于能使小行星失去50%質(zhì)量的撞擊比能.由于臨界破壞比能QD,critical要求小行星中的一半碎片到達(dá)撞擊后最大剩余物質(zhì)(即在撞擊演化完成后,所產(chǎn)生的碎片通過(guò)引力再聚集過(guò)程形成的最大物質(zhì))的逃逸速度,其大小可由臨界破碎比能QS,critical和小行星的引力束縛能估計(jì).而QS,critical的估值則復(fù)雜得多,依賴于小行星和撞擊者尺寸、材料以及撞擊過(guò)程的應(yīng)變率,一般

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]碎石堆小行星的散體動(dòng)力學(xué)建模與仿真方法綜述[J]. 張韻,李俊峰.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2015(01)



本文編號(hào)：3296746