小行星上的弹跳：低速掠射撞击颗粒介质的实验研究
地球与行星天体物理
2020-07-08 v2
摘要
自旋脱落事件与撞击可将巨砾从小行星表面抛出，而碎石堆小行星可在大型小行星碰撞后的碎屑中聚集形成。这些过程产生一群引力束缚的绕轨物体，它们可能以低速及一定撞击角分布撞击小行星表面。我们展示了低速球形弹体射入细颗粒介质（沙）的实验室实验。我们划分出产生弹跳、弹体从撞击坑滚出以及停在撞击坑内的速度与撞击角范围。利用高速相机图像与弹体上的荧光标记，我们追踪撞击过程中的自旋与弹体轨迹。我们发现弹体仅在 marble 达到峰值穿透深度之后才进入无滑滚动状态。撞击穿透阶段所需的摩擦系数比沙的低 4–5 倍，表明沙在穿透期间于弹体表面附近发生流化。我们发现划分弹跳与滚出的临界掠射撞击角随撞击速度增大而增大。作为速度函数的弹跳与滚出临界角可由反弹阶段平衡升力与重力的经验模型匹配。我们估算了小行星上弹体发生弹跳或滚离撞击点、最终在远离初始撞击处静止所需的弹体半径、速度与撞击角的约束条件。
引用
@article{arxiv.2002.01468,
title = {Ricochets on Asteroids: Experimental study of low velocity grazing impacts into granular media},
author = {Esteban Wright and Alice Quillen and Juiliana South and Randal C. Nelson and Paul Sanchez and John Siu and Hesam Askari and Miki Nakajima and Stephen R. Schwartz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2002.01468},
year = {2020}
}
备注
Link to the high speed videos for the 3 experiments tracked and discussed: https://www.youtube.com/playlist?list=PLYnpHw29go3rKYOvM4WEQkHWYYIGgRC-E Preliminary results presented at American Geophysical Union (AGU) 2019 Fall Meeting (P43D-3497). Submitted to the journal Icarus on February 3, 2020