Moonfalls: Collisions between the Earth and its past moons
在类地行星形成的最后阶段，行星主要通过与大型行星胚胎的巨大撞击而成长。地球的月球被认为是通过其中一次撞击形成的。然而，由于原地球经历了许多次巨大的撞击，几颗卫星自然会通过一系列的多次（包括较小规模的）撞击形成。每一次撞击都可能形成一个亚月球质量的小卫星，它与原地球的引力相互作用，也可能与以前形成的小卫星相互作用。这种相互作用导致小卫星与小卫星合并、小卫星抛射或小卫星落入地球。后一种可能性，导致低速小卫星-地球碰撞是第一次探讨这里。我们利用SPH模拟，并考虑一系列的小卫星质量，碰撞的影响角度和初始的原地球自转速率。我们发现，放牧/潮汐碰撞是最频繁的，并产生可比分数的吸积材料和碎片。后者通常聚集在较小的小卫星中，这些小卫星可能会在以后与其他小卫星相互作用。其他碰撞几何体更为罕见。正面碰撞不会产生太多碎片，实际上是完美的合并。中等撞击角度导致碎片质量分数在2-25%的范围内，其中大部分材料未结合。逆行碰撞产生的碎片多于逆行碰撞，后者的比例取决于原地球的初始自转速率。月球的坠落可以轻微地改变原地球的自转速率。堆积的月落物质是高度局部化的，可能解释了陆地岩石中高度亲铁元素的同位素不均匀性，并可能形成原始的超大陆地形特征。我们的结果可以用于简单的标度律，并适用于n体的地球和月球的形成研究。
2018-04-30 astro-ph.EP
Crustal Failure on Icy Moons from a Strong Tidal Encounter
大型星子和卫星之间的近距离潮汐相遇应该比掠食或正常撞击更常见。使用质量弹簧模型内的N-体模拟，我们模拟的弹性球体的表面的变形所造成的密切的抛物线潮汐遇到的身体，具有类似的质量作为主要机构。这样的遭遇可以在表面上引起足够的应力，导致冰壳的脆性破坏，并且模拟的裂缝可以延伸身体半径的大部分。强烈的潮汐相遇可能是造成冰卫星如狄俄涅、特提斯、阿里尔和卡戎的古老地形中形成长地堑复合体和裂口的原因。
2016-04-05 astro-ph.EP
Asymmetric impacts of near-Earth asteroids on the Moon
最近对月球陨石坑的研究揭示了月球表面放射状陨石坑的不对称分布。这种不对称性与月球的同步旋转有关：与后半球相比，前半球上的射线陨石坑密度更高。放射状陨石坑通常代表最年轻的撞击。本文的目的是检验以下假设：（一）近地小行星群是造成射线状陨石坑的撞击物的来源，以及（二）这一抛射体群的撞击定量地解释了观测到的不对称性。我们对代表近地小行星的大量试验粒子的轨道演变进行了数值模拟，以便直接确定它们对月球的撞击通量。模拟分两个阶段进行。在第一阶段中，我们获得了近地小行星在地球活动范围内的遭遇统计数据。在第二阶段，我们计算了月球表面相遇粒子的直接撞击通量;后一阶段的计算被限制在地球活动范围内。根据已知近地小行星的去偏轨道分布产生了稳态合成近地小行星群。我们发现，近地小行星确实有一个不对称的影响流量在月球上：顶点到antapex比为1.32 +/- 0.01。然而，观察到的射线坑分布的不对称性明显更明显：顶点与前顶点的比率为1.65 +/- 0.16。我们的研究结果表明，存在一个未被发现的人口较慢（低冲击速度）的弹丸，如人口的对象几乎与地球共轨;年轻的月球陨石坑需要更多的观测研究，以确保这一结论。
2010-05-27 astro-ph.EP
Callisto's Nonresonant Orbit as an Outcome of Circum-Jovian Disk Substructure
California Institute of Technology（加州理工学院）
研究通过环木盘亚结构解释木卫四非共振轨道的成因，发现压力突起可作为迁移陷阱，影响月球轨道演化。
2026-01-02 astro-ph.EP
Impact of a moon on the evolution of a planet's obliquity: a non-resonant case
我们调查如何变化的的一个假设的外地球的倾斜度（轴向倾斜）是由一个卫星的存在下，一个外月球的影响。也就是说，我们分析和数值研究如何的范围内的太阳系外，地球和系外行星的变化，如果一个系外月球被添加到一个系统，包括太阳，系外地球。我们说，如果外月球的影响是稳定的，那么在加入外月球后，撞击的范围会减小，而如果随着外月球加入系统，范围会增加，那么我们称之为不稳定的影响。这个问题被认为是在一个一般的设置。假设外地球是刚性的，轴对称的，几乎是球形的，最大和最小的主惯性矩之间的差异是一个小参数的问题。假设天体的轨道是准周期的，我们应用时间平均来研究与各自周期相比较大的地球外自转。假设非共振频率。我们确定了一类系统，我们证明了分析的影响外月球是稳定的，一类是不稳定的。我们还研究了如何在一个特定的系统，包括一个恒星和两个行星的影响数值上改变的几何形状的外月球和第二颗行星的轨道和初始的轨道。
2021-01-09 astro-ph.EP
Conditions for water ice lines and Mars-mass exomoons around accreting super-Jovian planets at 1 - 20 AU from Sun-like stars
Exomoon探测可能是可行的与美国宇航局的开普勒或欧空局即将推出的PLATO任务或地面的E-ELT。为了最有效地利用观测资源，我们需要知道最大、最容易探测到的卫星在哪里形成。我们探索的可能性，大型系外卫星以下的运动水（H2O）冰线在吸积盘周围的年轻的超级类木行星。我们想知道这些圆盘中的不同热源如何影响H2O冰线。我们模拟了超木星系外行星周围流体静力平衡的二维旋转对称吸积盘。我们的半分析模型中的能量项--（1）粘性加热，（2）行星照明，（3）吸积加热和（4）恒星照明--由预先计算的行星演化轨迹提供。我们认为行星吸积1至12木星质量之间的距离1和20天文单位的太阳一样的恒星。距离类太阳恒星小于4.5天文单位的类木行星周围的吸积盘没有H2O冰线，但最大质量的超木星可以在距离类太阳恒星约3天文单位的地方形成冰冷的卫星。在5天文单位以上形成的超级类木行星可以拥有火星质量的卫星。我们研究了在5.2天文单位行星的广泛的磁盘参数，并发现，H2O冰线普遍之间的15和30木星半径时，最后一代的卫星正在形成。如果大量的超级类木行星在大约1天文单位的地方形成，那么它们应该没有巨大的冰卫星，因为它们的圆盘在吸积的最后阶段没有H2O冰。在更有可能的情况下，这些行星从几个天文单位以外迁移到它们目前的位置，它们可能被大型的富含H2O的卫星环绕。在这种情况下，火星质量的海洋卫星可能在恒星宜居带中很常见。未来的系外…
2015-04-07 astro-ph.EP
Modifications of SPH towards three-dimensional simulations of an icy moon with internal ocean
本文改进SPH方法，通过修正黏性、采用DISPH、实现表面辐射冷却并引入相变状态方程，以支持含内部海洋冰卫星的三维潮汐加热与演化模拟。
2024-10-27 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.comp-ph
Europa smooth plains formation: a SPH cryovolcanic model
Laboratoire Environnements et Atmosphères Terrestres et Planétaires, Université de Reims Champagne-Ardenne（地球与行星大气与环境实验室，兰斯香槟-阿登大学）；Laboratoire de Planétologie et Géodynamique, CNRS UMR 6112, Université de Nantes（行星学与地球动力学实验室，法国国家科学研究中心联合研究单位6112，南特大学）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（喷气推进实验室，加州理工学院）
本研究通过SPH数值模型CryoPy模拟低温岩浆流动，发现雪是低温熔岩的物理类比物，其流动形态与伽利略号观测的平滑平原匹配，为欧罗巴快帆任务提供预测框架。
2026-09-24 astro-ph.EP
THOR 2.0: Major Improvements to the Open-Source General Circulation Model
THOR是第一个从零开始开发的开源大气环流模型（GCM），用于研究系外行星的大气和气候，不受地球或太阳系的影响。它使用二十面体网格求解球面上的一般非静力欧拉方程（而不是原始方程）。在目前的研究中，我们报告了对THOR的重大升级，建立在Mendonça等人的工作基础上。首先，虽然水平显式垂直隐式（HEVI）集成方案与Mendonça等人（2016）中描述的相同，但我们提供了该方案的更清晰描述并改进了其在代码中的实现。全面详细介绍了流体静力学浅层（HSS）、准流体静力学深层（QHD）和非流体静力学深层（NHD）处理之间的差异。第二，增加了标准物理模块：双流、双灰辐射转移和干对流调整。第三，THOR在其他基准上进行了测试：潮汐锁定的地球，深热的木星，声波和重力波。第四，我们报告说，流体静力学和非流体静力学模拟之间的差异是可以忽略不计的地球的情况下，但在热木星的情况下明显。最后，所谓的“海绵层”，在大多数GCM实施的阻力形式，以提供数值稳定性的影响，检查。总的来说，这些升级提高了THOR的灵活性、用户友好性和稳定性。
2020-05-25 astro-ph.EP
Growth of the Moon due to bodies ejected from the Earth
本文研究了从地球抛射天体的轨道演化，发现这些天体落入月球的概率较低，不足以使月球胚胎在当前轨道上生长至现有质量，支持月球在地球附近形成并生长的观点。
2024-05-30 astro-ph.EP
Effect of Equation of State and Cutoff Density in Smoothed Particle Hydrodynamics Simulations of the Moon-Forming Giant Impact
本研究对比不同版本M-ANEOS状态方程及截断密度对月球形成大撞击SPH模拟的影响，发现相关参数会显著改变原月球盘的蒸汽质量分数、质量等特性，建议后续研究优化光滑方法以保证热力学稳定性。
2023-10-23 astro-ph.EP
On the probability of the collision of a Mars-sized planet with the Earth to form the Moon
月球的形成问题至今还没有得到令人满意的解释。虽然这是一个普遍接受的假设，即地球上最后一次巨大的撞击发生在类地行星形成后的大约5000万到1亿年之间，形成了我们的天然卫星，但仍然有许多悬而未决的问题，例如这两个天体的同位素组成是相同的。在我们的研究中，我们将不处理这些化学成分的问题，而是进行纯粹的动力学研究，以找出火星大小的天体在类地行星形成后不久与地球相撞的概率。为此，我们假设在金星和地球之间，分别是地球和火星，与其他类地行星同时形成。我们已经对这样一个有4颗内行星的行星系进行了大规模的n体整合（我们排除了水星，但假设前面提到的另一个天体），时间长达数千万年。我们的研究结果导致的碰撞速度的统计估计，以及碰撞角度，然后将作为进一步调查的基础上，详细的SPH计算。我们发现一个最有可能的起源地球撞击在半长轴约。1.16古猿阿
2015-06-30 astro-ph.EP
Chaotic Capture of a Retrograde Moon by Venus and the Reversal of Its Spin
本研究通过轨道模拟揭示金星逆行卫星Neith的混沌捕获机制，其潮汐力矩导致金星自转反转，最终卫星解体并稳定轨道。
2023-12-28 astro-ph.EP
Liberating exomoons in white dwarf planetary systems
先前的研究表明，超过四分之一的白矮星（WD）大气被残留的行星物质污染，一些WD被观察到在10^6年内吸积冥王星的质量。污染物沉降时间短，表明必须经常补充这些物质。如果卫星在行星系的后主序星演化过程中脱离母行星，它们可能对这种污染过程起到决定性的作用。在这里，我们证明了WD系统中行星之间的引力散射事件很容易触发月球弹射。在行星希尔半径的十分之一范围内重复的近距离遭遇，即使对最大质量的近距离卫星也具有高度的破坏性。因此，散射增加了WD系统中扰动剂的频率，以及这些系统中污染物质的可用质量，从而增加了碰撞和碎裂的机会，并为较小的物体到达WD提供了更动态的路径。此外，在强烈的散射过程中，行星本身的近心相对于WD只有一个AU的一小部分，导致极端的希尔球收缩，并释放卫星进入WD掠食轨道。我们的许多结果直接适用于围绕主序星运行的系外卫星。
2016-03-30 astro-ph.EP
Debris Evolution from Spacecraft Fragmentation in Earth-Moon Distant Retrograde Orbits
Yunnan Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院云南天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
研究地月远距离逆行轨道上航天器碎片演化，用圆形限制性三体问题模型构建参考轨道，美国国家航空航天局标准解体模型模拟碎片生成，双圆限制性四体问题传播碎片，分析多初始位置，量化碎片命运并评估碰撞风险，为地月活动安全指南提供基础。
2026-07-20 astro-ph.EP
Melting and Mixing States of the Earth's Mantle after the Moon-Forming Impact
地球的月球被认为是在大约45亿年前由地球和撞击物之间的撞击形成的。这次撞击可能是如此的猛烈，以至于它可能混合和均匀化了地球的地幔。然而，这一观点似乎与地球化学研究不一致，这些研究表明地球的地幔没有被撞击混合。另一个可能的结果是，这一高能撞击熔化了整个地幔，但地幔熔化的程度还没有得到很好的理解，尽管它肯定对地球内部和大气的后续演化产生了重大影响。为了了解地球地幔的初始状态，我们使用平滑粒子流体动力学（SPH）对三种不同的模型进行了巨大的撞击模拟：（a）标准：一个火星大小的撞击物撞击原地球，（b）快速旋转的地球：一个小撞击物撞击快速旋转的原地球，（c）亚地球：两个半地球大小的行星碰撞。我们使用两种类型的状态方程（MgSiO 3液体和镁橄榄石）来描述地球的地幔。我们发现，地幔在（a）中仍然是未混合的，但在（b）和（c）中可能是混合的。混合的程度在（c）中是最广泛的。因此，（a）与地幔不均匀性的保存最一致，（c）可能最不一致，而（b）可能介于两者之间。我们确定，地球的地幔成为大部分熔融的影响，在所有的模型。状态方程的选择并不影响这些结果。此外，我们的研究结果表明，地幔物质的熵增益的巨大影响不能很好地预测的Rankine-Hugoniot方程。此外，我们表明，地幔可以保持不混合的月球形成的时间尺度上，如果它不成为混合的影响。
2015-06-16 astro-ph.EP
Optimisation of a Hydrodynamic SPH-FEM Model for a Bioinspired Aerial-aquatic Spacecraft on Titan
土卫六是土星最大的卫星，支持稠密的大气层，其表面上有许多液体，并且作为一个丰富的有机世界，它是了解支持生命发展的过程的主要焦点。惠更斯号探测器之后的原位探测旨在以即将到来的NASA蜻蜓任务的形式进行，作为月球上动力飞行的演示器，旨在回答有关大气层，表面和可居住性潜力的一些关键问题。虽然四轴飞行器是迄今为止最雄心勃勃的外太阳系任务剖面之一，但本文旨在介绍一种能够进行现场液体采样的飞行器的情况，并展示目前正在进行的一些尝试，以模拟这种航天器的行为。
2021-06-17 astro-ph.EP astro-ph.IM
Parameterizing slantwise convection in icy moon oceans
University of Chicago（芝加哥大学）
针对冰卫星海洋中旋转主导的倾斜对流，开发参数化方案并嵌入全球海洋模型，成功再现切线圆柱内的经向热输运，显著影响表面热通量，适用于小罗斯贝数旋转海洋。
2026-06-23 astro-ph.EP physics.flu-dyn
On the Impact Origin of Phobos and Deimos I: Thermodynamic and Physical Aspects
火卫一和火卫二是火星的两颗小卫星。最近的工作表明，它们可以在撞击产生的圆盘内吸积。然而，对盘的详细结构和初始热力学性质知之甚少。在本文中，我们进行高分辨率SPH模拟火星月球形成的巨大影响，也可以形成北极光盆地。这次巨大的撞击使盘状物质升温（温度约为$\sim 2000$ K），熵增加为$\sim 1500$ J K $^{-1}$ kg $^{-1}$。因此，尽管一小部分盘材料（$< 5\%$）甚至会蒸发，但盘材料应该大部分熔化。通常，一块熔融盘材料估计为米级大小，这是由于在冲击过程中由其剪切速度和表面张力调节的碎裂。盘状物质最初具有高度偏心的轨道（$e \sim 0.6-0.9$），米级碎片以高撞击速度（$\sim 3-5$ km s $^{-1}$）连续碰撞可将它们磨成$\sim100 μ$ m级颗粒。另一方面，少量蒸发的盘材料冷凝成$\sim 0.1 μ$ m尺寸的颗粒。因此，火星卫星的组成部分预计是这些不同大小的颗粒的混合物，从米级到$\sim 100 μ$ m级颗粒和$\sim 0.1 μ$ m级颗粒。我们的模拟还表明，火卫一和火卫二的组成部分包含撞击物和火星物质（至少35%），其中大部分来自火星地幔（50-150公里深;至少50%）。我们的研究结果将为计划未来的火星卫星采样返回任务提供有用的信息，例如JAXA的MMX（火星卫星探测）任务。
2017-07-31 astro-ph.EP
The Giant Impact Simulations with Density Independent Smoothed Particle Hydrodynamics
目前，巨型撞击（GI）是月球起源的最广泛接受的模型。大部分的数值模拟GI已经进行了光滑粒子流体动力学（SPH）方法。然而，最近，有人指出，SPH（SSPH）的标准制定有困难的处理接触不连续性，如核幔边界和自由表面，如行星表面。这个困难来自于SSPH中密度可微的假设。我们已经开发了一种替代配方的SPH，密度无关SPH（DISPH），这是基于压力的可微性，而不是密度，以解决问题的接触不连续性。在本文中，我们报告的GI模拟与DISPH的结果，并与SSPH得到的结果进行比较。我们发现DISPH产生的盘的性质，如质量和角动量，与SSPH不同。一般来说，DISPH形成的圆盘更紧凑：虽然DISPH预计会在低斜撞击时形成较小质量的月球，但抑制喷射将促进在高斜撞击时形成较大质量的月球。由于只有核幔边界的改善才能显著影响GI产生的环行星盘的性质，而DISPH并没有从自由表面的SSPH得到显著改善，因此我们在从GI的数值模拟中得出一些结论时应该非常谨慎。因此，发展既能处理自由表面又能处理接触不连续性的GI流体动力学数值格式是十分必要的。
2016-02-02 astro-ph.EP astro-ph.IM
Gravitational-wave Tomography of the Moon: Constraining Lunar Structure with Calibrated Gravitational Waves
Peking University（北京大学）；Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University（北京大学卡尔维天体物理研究所）；Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）；INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso（意大利国家核物理研究所格兰萨索国家实验室）
本文研究利用校准引力波测量月球的地震响应，以推断其内部结构，发展了基于原理的扰动框架，通过弹性与密度结构的球对称扰动来映射可观测的变化，特别是月球由引力波驱动的模态振幅变化，展示了通过校准引力波观测可将月球弹性参数的估计误差减少一个数量级。
2026-05-18 astro-ph.EP astro-ph.IM gr-qc
Automatic planetary defense Deflecting NEOs by missiles shot from L1 and L3 (Earth-Moon)
我们发展了一个自动天基系统的数学理论，该系统借助从地月拉格朗日点L1和L3发射的导弹偏转近地物体。一个名为AsterOFF（=Asteroids OFF！）的相关代码已经提交了专利申请。这段代码已经实现，并注册了版权。在发表于《宇航学报》的一篇论文中，该作者用数学方法证明了以下定理：“在地球的影响范围内，任何近地物体都可能被导弹以90度角击中，如果导弹是从地月系统的拉格朗日点L1或L3发射的，而不是从地球表面发射的”。因此，击中的导弹将不得不沿着由近地天体的入射双曲线唯一确定的“共焦椭圆”（以地球为中心）移动。作者在本文中进一步表明：1）拟议的防御系统将是偏转直径小于一公里的小型近地天体的理想选择。2)传统的开普勒轨道理论可以成功地用于获得实现近地物体偏转所需的能量-动量数学公式的良好的一阶近似值。然而，关于从L1和L3发射的导弹的许多工程细节仍然需要在我们的模拟中实现。3)如果一枚导弹不足以使近地物体完全偏转，那么这里使用的“共焦二次曲线”的一个很大的优点是，新的、略微偏转的近地物体的双曲线肯定会被另一枚稍微偏心的椭圆形导弹弹道以近90度击中。因此，可以从地月拉格朗日点L1和L3按顺序发射足够数量的导弹，其结果是，所有这些小而重复的偏转之和最终将使近地天体偏离其与地球的碰撞双曲线。
2021-03-22 astro-ph.EP physics.pop-ph
An Image Simulator of Lunar Far-Side Impact Flashes Captured from the Earth-Moon L2 Point
针对月球背面撞击闪光缺乏系统天基监测的问题，本文开发了模块化Python端到端图像模拟器，建模闪光辐射、月面背景及望远镜和CCD/CMOS观测效应，并经地面观测验证，可支持未来地月L2点任务设计。
2024-12-04 astro-ph.EP astro-ph.IM
Unconvergence of Very Large Scale GI Simulations
巨撞击假说是行星科学和地球科学中最重要的假说之一，因为它与月球的起源和地球的初始状态有关。采用光滑粒子流体动力学（SPH）方法进行了大量的数值模拟。然而，GI假说目前正处于危机之中。“经典”GI情景未能解释地球和月球之间相同的同位素比。另一方面，对GI模拟结果的可靠性知之甚少。在本文中，我们讨论了分辨率对GI模拟结果的影响，通过改变粒子数从$3 \times10^3$到$10^8$。我们发现，结果并不收敛，但显示振荡行为。我们讨论这种振荡行为的起源。
2016-12-21 astro-ph.EP astro-ph.IM
Zonostrophic turbulence in the subsurface oceans of the Jovian and Saturnian moons
本研究通过21组快速旋转球壳热对流模拟，发现木星与土星卫星地下海洋流动符合纬向湍流理论，给出了不同卫星的纬向速度上限与射流尺度预测。
2024-03-11 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
Dealing with density discontinuities in planetary SPH simulations
在光滑粒子流体力学（SPH）的标准公式中，密度不连续性不能精确建模，因为密度场被平滑地定义为相邻粒子质量的核加权和。例如，在模拟原行星之间的巨大撞击时，这是一个问题，因为行星通常在其表面和不同材料之间的任何内部边界都有密度不连续性。在这些区域中的不适当的密度创建有效地抑制不同材料的颗粒之间的混合的人工力，并且因此，该问题将关键未知的系统误差引入到依赖于SPH模拟的研究中。在这项工作中，我们提出了一种新的，计算成本低的方法，同时处理这两种类型的密度不连续SPH模拟。我们进行标准的流体动力学测试和几个例子巨大的影响模拟，并与标准SPH的结果进行比较。在使用$10^7$粒子模拟的月球形成撞击中，在模拟期间的某个点处，边界处的改进处理影响至少30%的粒子。
2022-02-07 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.comp-ph
