基于超高速成像与 SPH 模拟的撞击点附近撞击溅射物及两种方法对比

与撞击速度相当的高速撞击溅射物有望促进行星体间的物质输运以及溅射物在远离撞击坑处的沉积。我们利用实验与数值两种方法，研究了在 45 度和 90 度角度下产生的高速溅射物的行为。千叶工业大学（日本）行星探测研究中心开发的实验系统使我们能够观察溅射物的初始生长。我们成功以 0.2 $\mathrm{{\mu}}$s 间隔对直径 4.8 mm 的聚碳酸酯弹丸以约 4 km s$^{-1}$ 撞击速度撞击聚碳酸酯板的撞击过程进行成像，捕捉高速溅射物。针对与实验相同的撞击条件，进行了不同数值分辨率的平滑粒子流体动力学（SPH）模拟。我们比较了实验与模拟中溅射物的形态与速度，并确认高分辨率模拟（弹丸由 $\geq10^6$ 个 SPH 粒子表示）与之高度吻合。根据高分辨率模拟得到的溅射物速度分布，斜撞高速溅射物的抛射速度远大于垂直撞击。斜撞中穿透弹丸平行于靶表面的平动可在溅射物根部引起长期的持续加速。