冰状卫星表层土壤的物理本质
地球与行星天体物理
2026-05-27 v1
摘要
估计表面属性（如孔隙率和粒径）是为冰状卫星上的着陆器任务和着陆点选择提供关键信息。然而，空间仪器并不直接测量土壤属性：相反，它们记录代理测量值（如热通量），然后通过建模来估计热惯性、孔隙率、粒径等。所有探测冰状卫星最表层（前几毫米）热力学测量的 striking 结论是：它们都显示出异常低的热惯性，范围为9至20 J.m-2.K-1.s-0.5。该值在这些温度下低于批量六方形水冰（2000 J.m-2.K-1.s-0.5）几个数量级。我们证明，热惯性主导的六方形水冰土壤仅通过以下组合才能实现此类热惯性：孔隙率极高（>80%）、粒径半径小于1毫米、以及非consolidated的土壤（粒子之间接触面积最小），这与之前的光度和光谱研究一致。对于欧几里得卫星，更深的热观测（>1厘米）揭示了更高的热惯性（>~50 J.m-2.K-1.s-0.5），表明土壤在厘米尺度上会压实。由于重力对此尺度上的压实没有影响，我们提出三种形成场景来解释垂直分层： deposition cover、冲击破坏和温度梯度变质。我们讨论了单分散粒子如何实现如此极端的孔隙率，并提供了可代表土壤的实验类比。我们提出，由于水冰的黏性质以及低重力环境，冰状卫星上的高孔隙率土壤是受偏好的。
引用
@article{arxiv.2605.27048,
title = {The Physical Nature of Regolith on Icy Moons},
author = {Cyril Mergny and Thomas Cornet and Alice Le Gall and Guillaume Cruz-Mermy and Lucas Lange and Tina Rückriemen-Bez and Bastian Gundlach and Paula Heitmann and Moritz Goldmann and Paul O. Hayne and Apurva Oza},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.27048},
year = {2026}
}
备注
Submitted to JGR:Planets on May 11, 2026. Please refer to the published version when available