彗星撞击体的大气进入

彗星撞击在地球以及其他类地系外行星的早期演化中起着重要作用。本文提出了一个用于研究弱、低密度彗星撞击体与行星大气相互作用的数值模型,其中包括对彗星烧蚀、形变和碎裂的半解析参数化。形变由适用于弱内聚力、低密度天体的煎饼模型描述,而碎裂则由 Rayleigh-Taylor 不稳定性的增长所驱动。该模型保持了足够的计算简洁性,以便在大参数空间内研究彗星撞击,并允许对控制彗星与大气相互作用的关键物理过程进行简单描述。我们将该模型应用于两个案例研究。首先,我们考虑前生物原料分子的彗星输送。这要求彗星在大气进入过程中存活下来,这取决于三个参数:彗星的初始半径、整体密度和大气面密度。在半径约为 150 米处,彗星的存活与灾难性碎裂之间存在一个急剧的转变,该转变半径随大气面密度的增大和彗星密度的减小而增大。其次,我们考虑彗星撞击过程中质量和动能向行星大气的沉积,这决定了任何大气响应的强度和持续时间。我们证明质量损失以碎裂为主,而非烧蚀。小彗星将其全部质量沉积在不到一个大气标高的高度范围内,具体高度由其初始半径决定。大彗星仅在下层大气中损失一小部分质量于烧蚀。