颗粒动力学的数值模拟 II. 振动颗粒材料中的粒子动力学

我们太阳系中行星和小天体的表面通常覆盖着一层颗粒物质，其范围可从细风化层到不同深度的砾石状结构。因此，颗粒物质的动力学参与了行星和小天体演化过程中发生的许多事件，从而影响了它们的地质属性。我们证明了平行 N 体硬球代码 pkdgrav 的新改编版本能够准确模拟密集状态下双分散颗粒物质因振动而产生的集体运动的关键特征。作为对数值代码的严格测试，我们通过直接与实验室实验进行比较，研究了颗粒物质复杂的集体有序化和运动。我们证明，正如实验观察到的那样，集体运动的尺度随着小颗粒添加浓度的增加而增加。随后，我们扩展了研究以评估自引力和外部引力如何影响集体运动。在我们的减重力模拟中，重力条件和振动频率大致匹配受地震晃动影响的小行星上的条件，尽管真实的风化层可能比我们的理想化模拟更加不均匀且有序度更低。我们还表明，集体运动可以在广泛的粒子间引力条件下发生，甚至在不存在外部引力场的情况下也能发生。这些研究证明了模拟那些与行星科学相关但无法通过地基实验室实验达到的条件的巨大兴趣。