由撞击成坑碰撞导致的逃逸与吸积：高速抛射物标度关系的构建

在行星形成与演化过程中，众多小天体不可避免地在大行星体上造成撞击成坑碰撞。作为这些小规模碰撞的后果，取决于碰撞速度与角度，一部分靶体物质逃离大天体的引力，一部分撞击体物质吸积到靶体表面。本文中，我们研究在忽略物质强度的情形下，由撞击成坑碰撞产生并逃离靶体引力的高速抛射物质量。我们使用光滑粒子流体动力学方法，对平面岩石靶体进行大量撞击成坑碰撞模拟。我们表明，当 $v_{\rm imp} \gtrsim 12 v_{\rm esc}$（其中 $v_{\rm imp}$ 为碰撞速度，$v_{\rm esc}$ 为靶体逃逸速度）时，数值模拟得到的靶体逃逸质量与点源假设下的标度律预测一致。然而，我们发现当 $v_{\rm imp} \lesssim 12 v_{\rm esc}$ 时，点源标度律高估了逃逸质量，最高达约 $\sim 70$ 倍，具体取决于碰撞角。利用数值模拟所得数据，我们推导了适用于 $v_{\rm imp} \lesssim 12 v_{\rm esc}$ 的靶体物质逃逸质量新标度律。我们还通过数值评估撞击体物质的逃逸质量，推导了预测撞击成坑碰撞中撞击体物质吸积到靶体表面的标度律。我们新推导的标度律可用于预测行星形成期间大行星体上发生的各类撞击成坑碰撞中靶体物质的逃逸质量与撞击体物质的吸积质量。