模拟风化层贯入实验中的粘滑动力学
地球与行星天体物理
2021-11-15 v3 软凝聚态物质
摘要
包括小行星和小卫星在内的许多行星体表面都覆盖着由尘埃至鹅卵石大小的风化层，这些风化层通过重力和接触力微弱地附着在表面。理解风化层对外部扰动的响应，将有助于用于此类表面的仪器（包括传感器和锚定机构）实现优化的设计原则。我们分析了插入松散风化层模拟物的柔性探针的行为随探针速度和环境重力加速度的变化，以探究相关动力学。EMPANADA实验（Ejecta-Minimizing Protocols for Applications Needing Anchoring or Digging on Asteroids，小行星锚定或挖掘应用中的溅射最小化协议）在多次抛物线飞行中开展。该实验采用经典的颗粒物理技术——光弹性法，来量化柔性探针插入双分散、厘米级模型颗粒体系过程中的动力学。我们识别了在多种探针速度和四种不同重力水平（地球、火星、月球和微重力）下探针插入过程中整个体系的力链结构。我们识别出了离散的粘滑破坏事件，其频率随重力加速度的增加而升高。在微重力环境中，粘滑行为可忽略不计，并且我们发现更快的探针插入可以抑制存在粘滑行为处的粘滑现象。我们得出结论：碎石堆小行星上风化层的力学响应很可能不同于较大行星体上的情况，且将地面实验缩放至微重力条件可能无法捕捉完整的物理动力学。
引用
@article{arxiv.2011.12890,
title = {Stick-slip dynamics in penetration experiments on simulated regolith},
author = {Jack Featherstone and Robert Bullard and Tristan Emm and Anna Jackson and Riley Reid and Sean Shefferman and Adrienne Dove and Joshua Colwell and Jonathan E. Kollmer and Karen E. Daniels},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.12890},
year = {2021}
}