彗星上的热破裂。在 67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星上的应用

我们用热黏弹性模型模拟了 67P/Churyumov--Gerasimenko 彗星表面附近假想硬层中由温度变化引起的应力。如实验室实验与计算机模拟所提示，这样一层可由水冰（及尘埃颗粒）的再凝结或烧结形成，并将解释 Philae 着陆器机载实验所遇到的高抗压强度。由季节日照变化引起的温度变化渗入彗星表面至由热惯性控制的深度，使材料膨胀与收缩。以球形彗核上的麦克斯韦黏弹性响应建模，我们表明具有类似火星永冻土性质的硬质冰层将经历高应力：高达数十 MPa，超过其材料强度（几 MPa），深达厘米至米。在考虑彗星复杂形状但忽略热惯性时，应力随纬度的分布定性上得到确认。当热惯性足够大（$\gtrsim50$ J m$^{-2}$ K$^{-1}$ s$^{-1/2}$）且冰含量足够高（赤道处 $\gtrsim 45\%$）时，应力处处与材料强度相当。此情况下，应力渗入典型深度 $\sim0.25$ m，与全彗星探测到的米级热收缩裂缝多边形一致。热破裂可能是彗星表面重要的侵蚀过程，其破碎物质并削弱悬崖。