Model for Asteroid Regolith to Guide Simulant Development
在制作小行星风化层模拟体时,需要有一个小行星风化层模型来指导和评估模拟体。我们通过评估和综合现有数据集创建了一个模型,这些数据集包括:(1)隼鸟号航天器从丝川返回的样本,(2)分别访问丝川和爱神星的隼鸟号和NEAR航天器的图像,(3)小行星的热红外观测,(4)陨石风化角砾岩的结构,以及(5)对破裂小行星喷出物云的观测和建模。将隼鸟号返回的样本与其他数据集进行比较后发现,小行星光滑区域的表层物质与大块风化层不同,这可能是由于光致电离和太阳风相互作用或中等大小的粒子优先迁移到光滑区域而去除了微粒。我们发现解释和应用热红外数据存在很大的挑战,因此我们无法在模型中使用这些观测结果。风化角砾岩的纹理不同意与其他数据集,这表明灶神星上的源风化比典型的小行星风化粗糙。破裂的小行星的观测呈现出一幅小行星大块风化层在碰撞平衡中的连贯画面,与月球风化层、HED纹理和Itokawa返回的样品不同。我们采用的模型包括非特定地形中大块风化层的幂律(微分幂指数-3.5,代表平衡)和光滑地形中表层风化层的幂律(微分幂指数-2.5,代表不平衡)。现有的数据并没有提供足够的约束,最大和最小的颗粒尺寸为这些幂律,所以该模型把它们作为用户可选参数的模拟。
2019-12-25 astro-ph.EP astro-ph.IM cond-mat.stat-mech
Centrifugal Experiments with Simulated Regolith:Effects of Gravity, Size Distribution, and Particle Shape on Porosity
孔隙度是小天体表面风化层的一个重要特征。小行星表面风化层的孔隙度会因压力而改变,压力与孔隙度的关系取决于风化层的颗粒性质。我们对不同材料、粒度分布和形状的样品进行了压缩测量,以检查粒度和压缩所需压力之间的关系。我们使用离心机和压缩试验机进行实验。离心机和压缩试验机实验的施加压力范围分别为10^2 - 5x10^3 Pa和10^4 - 5x10^6 Pa。对于具有较小颗粒和较窄粒度分布的样品,压缩前的初始孔隙率通常较高。当样品由较小的颗粒组成时,样品更容易压缩,这可能是由于颗粒之间的摩擦力较小。我们估计的孔隙度的颗粒小行星的基础上,我们的实验结果。半径为50公里的均匀小行星中心的孔隙度估计为0.43。这种孔隙度是类似大小的小行星的典型孔隙度。
2017-10-03 astro-ph.EP
Micro-meteoroid seismic uplift and regolith concentration on kilometric scale asteroids
地震震动是一种很有吸引力的机制,可以解释在小行星表面发现的风化层斜坡的不稳定和风化层迁移(Richardson等人,2004年; Miyamoto等人,2007年)。在这里,我们使用连续介质力学方法来模拟小行星中的地震波传播。假设小行星可以用一个被薄的非粘性风化层包围的粘性核心来描述,我们对微流星体引起的振动的数值模拟表明,微流星体撞击引起的表面峰值地面加速度以前可能被低估了。我们的下限估计的垂直加速度引起的地震波是约50倍以上,比以前的估计。这表明,触发地震活动的撞击事件比以前对千米和千米以下大小的小行星所作的假设更为频繁。风化层放样也估计一阶弹道近似。垂直位移很小,但与地震信号的持续时间相比,放样时间很长。风化层运动与到冲击源的距离呈非线性关系,这是由产生第一次运动的地震波的类型引起的。文中还讨论了地表加速度势低值中风化层浓度的意义。我们认为,由此产生的表面热惯性变化的小快速旋转可能会导致这些对象的Yarkovsky效应的敏感性增加。
2015-03-06 astro-ph.EP physics.geo-ph
Negative polarization properties of regolith simulants -- Systematic experimental evaluation of composition effects
小行星和其他小型无气天体的偏振相位曲线受其风化层的成分和物理性质的影响。组成风化层的矿物的混合在小相位角处影响负极化,因为它改变了介质的多次散射特性。这项工作的目的是实验演示如何混合效果的影响极化相位曲线在小相位角为不同的矿物相关的小行星,并确定不同的聚集体尺寸如何影响负极化。我们制备了一组含有小行星上不同常见矿物的二元和三元混合物,以及一组具有不同聚集体尺寸的相同混合物。我们用全斯托克斯偏振仪测量了它们在530 nm处的反射光,相位角从0.8°到30°。具有亮矿物和暗矿物的混合物的混合效果显著改变了相位曲线在最小偏振、最小相位角和相对于混合在一起的矿物组分的反转角方面的行为。相位曲线的变化可以解释对特定类别的小行星(F和L类)和其他具有特殊偏振曲线或光度特性的小行星的偏振观测。此外,我们证明了负偏振是不变的尘埃聚集体的存在下,厘米大小。
2022-07-18 astro-ph.EP
Numerical predictions of surface effects during the 2029 close approach of asteroid 99942 Apophis
小行星(99942)Apophis在2029年的近距离接近将是不久的将来最重要的小天体遭遇事件之一,并提供了一个很好的机会进行现场勘探,以确定小行星的表面特性,并测量可能改变其风化层结构的任何潮汐效应。表面重塑力学已成为一个新的焦点,小行星研究人员由于其解释表面观测,包括空间风化效应的重要影响。本文提供了一个预测的潮汐效应,在2029年遇到的,重点是表面刷新是否会发生由于风化层运动。由于潮汐相遇的物体的潜在形状修改首先被证实是可以忽略不计的小系统模拟,因此,只有外部扰动考虑这项工作(尽管如此,地震引起的震动移动块可能仍然发挥微弱的作用,我们将在未来的工作中研究这种机制)。一个两阶段的方法来模拟小行星表面粒子(风化层)的响应的基础上软球实现的并行N体重力树代码pkdgrav。阿波菲斯的全身模型在预测的轨道上经过地球,以生成作用在表面目标点上的所有力的数据。然后使用在局部框架中构建的沙堆来近似风化层材料;沙堆在遭遇过程中感受到的所有力都被施加为外部扰动,以模仿风化层在整个场景中的行为。小行星表面的局部力学环境的详细表示,导致全球表面环境的变化,由于遭遇的估计。典型的扰动模式,取决于小行星的方向和旋转感在近地点。
2014-08-01 astro-ph.EP
Evidence of surface heterogeneity on active asteroid (3200) Phaethon
热红外辐射和热物理模拟技术是破译小行星表面性质的有力工具。近地小行星(3200)法厄同是一颗近日点距离非常小的活跃小行星,很可能是双子座流星雨的源头。我们估计和解释这个非凡的小行星的热惯性使用的观测跨越十个不同的目击。在这些目击热惯性的变化是不一致的预期温度依赖的热惯性从风化层内的辐射热传递理论。因此,我们测试是否可以解释的变化,在热惯性的基岩和两个空间异质性的情况下,通过模拟风化层。我们发现,Phaethon的南北半球具有明显不同的热物理性质的模型可以充分解释这里确定的热惯性。特别是,我们发现,位于纬度-30度和+10度之间的边界分离细粒南半球的北半球,主要是粗粒风化和/或高覆盖率的多孔巨石。我们讨论了与法厄同的活动和潜在的关联与2005年UD的影响。
2022-07-19 astro-ph.EP
Impact Excitation of a Seismic Pulse and Vibrational Normal Modes on Asteroid Bennu and Associated Slumping of Regolith
我们考虑一个小行星上的影响,是足够的能量,以引起地震混响和刚刚低于灾难性的破坏阈值,假设地震波没有迅速衰减的表面重塑。在直径小于1公里的小行星,我们确定了一个制度,罕见的高能撞击物可以激发地震波的频率附近的小行星的最慢的正常模式。在这种情况下,地震混响的分布不是均匀地分布在整个身体表面。与质量弹簧模型弹性模拟,我们模拟的冲击激励的地震波的力脉冲施加在表面上,并使用三个不同的小行星形状的模型。模拟表现出对映聚焦和正常模式激发。如果脉冲激发的振动能量持续很长时间,则在撞击点、其对极和高表面海拔(如赤道脊)处振动最高。近赤道的撞击在非球形物体上发射地震脉冲,该脉冲可以集中在赤道脊上的两个额外点上。我们探索简单的流动模型的振动引起的表面滑塌的形态。我们发现,最初的地震脉冲是不太可能造成大的形状变化。近赤道撞击在本努造成的长期地震回响可能使其赤道脊的高度提高了几米,并在其上升起了两个山峰,一个靠近撞击地点,另一个靠近其对极。
2018-09-23 astro-ph.EP
Measuring the Fidelity of Asteroid Regolith and Cobble Simulants
NASA开发了一种“品质因数”方法,用于科学和工程目的对月球模拟器的保真度进行分级。在这里,我们扩展的方法来分级小行星模拟物,风化层和鹅卵石品种,我们将该方法应用于新开发的小行星风化层和鹅卵石模拟物UCF/DSI-CI-2。用于评估这种模拟物的大多数小行星特性的参考物质是Orgueil陨石。这些特性是卵石的矿物学和元素组成、颗粒密度、堆积密度、磁化率、机械强度和挥发性释放模式。为了评估风化层模拟物的颗粒大小,我们使用的参考模型是基于样本从丝川返回的隼鸟,在隼鸟巨石计数,和四个案件的中断小行星,表明颗粒大小的地下材料。与这些参考文献相比,该模拟物具有较高的优值,表明它是广泛的科学和工程应用的良好选择。我们向更广泛的小行星界推荐这种方法,并将在不久的将来将其应用于目前正在开发的其他小行星模拟物。
2019-12-23 astro-ph.EP astro-ph.IM cond-mat.stat-mech
Mineralogy, reflectance spectra, and physical properties of the Chelyabinsk LL5 chondrite, insight into shock induced changes in asteroid regoliths
车里雅宾斯克陨石的矿物学和物理性质(秋季,2013年2月15日)。三种类型的陨石物质存在,被描述为浅色,深色和冲击熔融岩性。所有岩石成分均为LL5,冲击熔融岩性接近全岩熔融,深色岩性由于铁金属和硫化物的部分熔融而被冲击变暗。这使我们能够研究具有相同成分和来源的材料上的冲击增加的效果。根据磁化率,车里雅宾斯克陨石比其他LL陨石更富含金属铁。测得的体积密度、颗粒密度和孔隙率与其他LL型沸石非常相似。冲击波暗化对材料的物理性质没有显著影响,但会导致材料反射率的降低和反射光谱中硅酸盐吸收带的减少。这类似于在小行星上观察到的空间风化效应。然而,与空间风化的材料相比,在撞击熔化和冲击变暗的陨石光谱中观察到的斜率变化可以忽略不计。因此,一些具有不可见的硅酸盐吸收带的暗小行星可能由相对新鲜的冲击变暗的南极物质组成。
2013-10-25 astro-ph.EP
Thermophysical Investigation of Asteroid Surfaces II: Factors Influencing Grain Size
小行星表面经受机械风化过程,导致风化层的发展和演变。两个拟议的机制-冲击轰击和热疲劳-已被提议为可行的和主要的风化过程。在此之前,我们编制和估计了数百颗小行星(大部分在主带)的热惯性,并确定了它们对温度、直径和旋转周期的依赖性。在这项工作中,我们估计从这个大的热惯性数据集使用热导率模型的小行星风化层的粒度。在我们之前的工作之后,我们对粒度数据集进行多变量线性模型拟合,并量化其对直径和旋转周期的依赖性。我们发现,最佳拟合模型拟合表明,小行星颗粒大小与小于10公里的小行星的物体大小成反比,并且在此大小截止值以上没有表现出任何关系。当旋转周期大于~5 hr时,旋转周期与粒度成正相关,小于5 hr时,旋转周期与粒度成负相关。我们认为,冲击风化和热疲劳是重要的风化机制。此外,我们运行事后的t-检验光谱组之间,以确定我们的小行星集之间的组成差异。值得注意的是,疑似富含金属的M型和E型小行星的颗粒尺寸大于预期,P型小行星的颗粒明显小于其他类型
2022-03-16 astro-ph.EP
Numerical Simulations of Regolith Sampling Processes
我们提出了最近的改进,在模拟风化层采样过程中,在微重力下使用数值粒子方法光滑粒子流体动力学(SPH)。我们使用一个弹塑性的土壤本构模型的大变形和破坏流的动力行为的风化层。在预计的小天体(小行星或小卫星)样品返回任务的背景下,我们研究了一种特定材料采样方法的效率和可行性:刷子将小行星表面的材料扫到收集盘中。分析了不同风化层材料参数如粘聚力、内摩擦角对采样率的影响。此外,我们研究了采样过程中,在两个环境中,通过改变表面重力(地球和火卫一的),我们应用不同的旋转速率的刷子。我们发现我们在地球上的采样模拟与实验很好的一致性,并提供了材料性质对收集率的影响的估计。
2017-05-02 astro-ph.EP
Thermophysical modeling of main-belt asteroids from WISE thermal data
通过Hanus等人(2015)的变形状热物理模型(VS-TPM),考虑到小行星的形状和极的不确定性,我们分析了NASA的WISE卫星获得的约300颗小行星的热红外数据,并推导出凸形模型。我们利用公开的凸形模型和旋转状态作为TPM的输入。对于一百多颗小行星,TPM为我们提供了一个可以接受的热红外数据拟合,使我们能够报告它们的大小,热惯性,表面粗糙度或可见的几何形状。这项工作使具有确定的热物理性质的小行星数量增加了一倍多。在其余情况下,形状模型和极取向的不确定性,比旋度或热物理性质,差的热红外数据或其覆盖范围,阻止了可靠的热物理性质的确定。最后,我们提出的主要结果的统计研究得出的热物理参数在整个人口的主带小行星和小行星家族内。平均而言,我们的尺寸与Mainzer等人(2016)报告的辐射尺寸一致。热惯性随尺度减小而增大,但在D~10-100 km的相似尺度范围内,热惯性值的变化范围很大。我们得到了一些尺寸为10<D<50 km的小行星的意外低的热惯性(<20 SI),表明它们的表面上有非常精细和成熟的风化层。热惯性值似乎是一致的几个碰撞家庭。P<4 h的快速旋转体的热惯性值往往稍大,因此可能没有被细风化层覆盖。这可以解释为,例如,由于离心力造成的细风化层损失,或风化层生产的无效性(例如,通过Delbo等人2014的热裂解机制)。
2018-05-25 astro-ph.EP
Constraining the Regolith Composition of Asteroid (16) Psyche via Laboratory Near-infrared Spectroscopy
(16)Psyche是主带中最大的M-型小行星,也是美国宇航局发现级Psyche任务的目标。尽管在科学界获得了相当大的兴趣,但普绪客的组成和形成仍然不受限制。最初,普绪客被认为几乎完全由金属组成,因为它的雷达散射率高,光谱与铁陨石相似。最近的望远镜观测表明,在小行星表面还存在低铁辉石和外源碳质辉石。为了更好地了解这些额外的材料的丰度,我们研究了金属,低铁辉石和碳质球粒陨石的三组分实验室混合物的可见近红外(0.35 - 2.5微米)光谱特性。我们将这些混合物的带深和光谱斜率与(16)Psyche的望远镜光谱进行了比较,以限制物质丰度。我们发现与Psyche最匹配的混合物由82.5%的金属,7%的低铁辉石和10.5%的碳质组成,这表明小行星的金属含量低于最初估计的金属含量(约94%)。从我们的实验室实验中估计的碳质球粒陨石材料相对较高的丰度意味着这种外源物质通过低速碰撞到Psyche的表面。假设Psyche的表面是其散装材料含量的代表,我们的研究结果表明,35%的孔隙率,以配合最近的密度估计。
2021-05-26 astro-ph.EP
Shape, regolith size and thickness, SMFe^0 content, and spectral type of Tianwen-2 target asteroid (469219) Kamo'oalewa
Center for Lunar and Planetary Sciences, Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences(中国科学院地球化学研究所);State Key Laboratory of Lunar and Planetary Sciences, Macau University of Science and Technology(澳门科技大学);School of Engineering, Guangzhou College of Technology and Business(广州工商学院);ESA ESRIN/PDO/NEO Coordination Centre(欧洲航天局地球系统数据中心);Deimos Italia;Aix Marseille Université, CNRS, CNES, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille(马赛大学);Institute of Analysis and testing, Beijing Academy of Science and Technology, Beijing Center for Physical & Chemical Analysis(北京科学院测试技术研究所);Chongqing University State Key Laboratory of Power Transmission Equipment and System Security and New Technology, Institute of Systems Engineering, Chongqing(重庆大学);Shandong Key Laboratory of Optical Astronomy and Solar-Terrestrial Environment, School of Space Science and Physics, Institute of Space Sciences, Shandong University(山东大学);State Key Laboratory of Space Weather, National Space Science Center, Chinese Academy of Sciences(中国科学院国家空间科学中心)
研究通过光曲线数据和Cellinoid模型估算小行星卡莫奥阿勒瓦的形状、风化层粒径及厚度、SMFe^0含量和光谱类型,为样本返回任务提供关键参数。
2026-03-30 astro-ph.EP
Developing and characterizing a new-generation regolith simulant "IGCAS-AST01" for the Tianwen-2 target asteroid (469219) Kamo'oalewa
Center for Lunar and Planetary Sciences, Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences(中国科学院地球化学研究所月球与行星科学中心);School of Earth Sciences, China University of Geosciences(中国地质大学地球科学学院);Department of Earth, Environmental and Planetary Sciences, Brown University(布朗大学地球、环境与行星科学系);Institute of Analysis and testing, Beijing Academy of Science and Technology, Beijing Center for Physical & Chemical Analysis(北京科学院测试技术研究所,北京物理化学分析中心);Department of Geography, University of Winnipeg(温尼伯大学地理系);State Key Laboratory of Lunar and Planetary Sciences, Macau University of Science and Technology(澳门科技大学月球与行星科学国家重点实验室);ESA ESRIN/PDO/NEO Coordination Centre(欧洲空间局ESRIN/PDO近地天体协调中心);Deimos Italia;China Academy of Aerospace Science and Innovation(中国航天科技创新研究院);Key Laboratory of Space Active Opto-Electronics Technology, Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences(中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室);National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences(中国科学院国家天文台);Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences(中国科学院地质与地球物理研究所);China Academy of Space Technology(中国空间技术研究院)
本文开发了Kamoʻoalewa月球壤模拟物IGCAS-AST01,通过高能脉冲激光照射LL5/6陨石粉末,研究其成分、粒径分布、密度、热性质及微观结构,以支持天问-2任务的样本采集与分析。
2026-03-30 astro-ph.EP
Scaling forces to asteroid surfaces: The role of cohesion
在小行星表面发现的极低的环境重力加速度制度的物理力的缩放进行。由此发现,小行星表面风化层颗粒之间的范德华力cohesion内聚力应是一种主导力,与颗粒重量竞争,一般来说大于静电力和太阳辐射压力。基于这种缩放,我们解释以前的实验在陆地环境中进行的粘性粉末作为相关的小行星表面上的过程的理解。这些地面实验解释观测小行星表面和宏观孔隙度的影响被认为是,并产生不同的解释,从以前假设的这些环境的过程。基于这一认识,我们提出了一个新的模型的小,快速旋转的小行星的最终状态,使它们能够由相对较细的风化颗粒举行在一起的范德华cohesion内聚力。
2010-02-12 astro-ph.EP
Disaggregation of Small, Cohesive Rubble Pile Asteroids due to YORP
少量的凝聚力相对较小的碎石堆小行星内的影响进行了研究,就其演变下的持续存在的YORP效应。我们发现,低于一个特征的大小,这是一个函数的凝聚力,密度和其他属性,碎石堆小行星可以进入一个“解聚阶段”,在此阶段中,他们受到反复裂变后,形成稳定的二元系统是不可能的。一旦超过这一门槛,碎石堆小行星就可能在有限的时间内分解成其组成部分。这些组成部分将有自己的自旋极限-尽管由于整体结构的更大强度,可能会有更高的自旋速率。讨论了这一预测的影响,包括尺寸分布的修改、流星体中单体的普遍性以及太阳系中小碎石堆体的寿命。然后,该理论被用来放置的二元小行星的特征作为其类型的函数的强度的限制。
2017-06-11 astro-ph.EP
Probe the regolith characteristics of asteroids from 9-years infrared observations of WISE/NEOWISE: A case study of the Main-Belt Object (656) Beagle
本研究利用WISE/NEOWISE九年红外光变曲线,确定主带天体(656) Beagle的热物理参数,发现其反照率异常且表面无异质性,暗示其可能非邻近小行星母体,并指出光学形状模型在红外建模中的局限。
2024-07-18 astro-ph.EP
Mid-IR Observations of IRAS, AKARI, WISE/NEOWISE and Subaru for Large Icy Asteroid (704) Interamnia: a New Perspective of Regolith Properties and Water Ice Fraction
(704)Interamnia是位于外主带区域的最大的小行星之一,其表面下可能含有大量的水冰。我们使用8.2米的斯巴鲁望远镜在中红外波段观测这颗小行星,并利用热物理模型的真实表面层(RSTPM)分析中红外数据从斯巴鲁连同IRAS,AKARI和WISE/NEOWISE。我们优化了WISE星等转换为热红外通量的方法,并进行了温度相关的颜色校正,这对研究太阳中心距离较大、表面温度较低的主带小行星具有重要的参考价值。我们得出最佳拟合的热参数Interamnia -平均风化层粒度的$190_{-180}^{+460}~\rm μm$,与$0.30_{-0.17}^{+0.35}$和RMS斜率的$27_{-9}^{+13}$度的粗糙度,从而产生的热惯性范围从9到$92~\rm Jm^{-2}s^{-1/2}K^{-1}$由于季节性温度变化。几何直径和有效直径分别评估为$0.0472_{-0.0031}^{+0.0033}$和$339_{-11}^{+12}~\rm km$,表示$1.86\pm0.63~\rm g/cm^3$的堆积密度。低的热惯性与$D\geq100$ km的典型B/C型小行星一致。微小的风化层粒度表明Interamnia表面存在细风化层。此外,温度的季节和昼夜分布表明,南北半球的热力特征似乎有很大的不同。最后,我们提出了一个估计的$9\%\sim66\%$的水冰的体积分数从公…
2022-12-19 astro-ph.EP physics.space-ph
Thermal Extraction of Volatiles from Lunar and Asteroid Regolith in Axisymmetric Crank-Nicholson Modeling
本文构建基于地外土壤经验数据的热-气耦合物理模型,采用二维轴对称 Crank-Nicholson 有限差分框架,以模拟月球和小行星风化层中挥发物的热提取。
2023-06-06 astro-ph.EP physics.app-ph physics.space-ph
Thermal and Dielectric Properties of Juno's Regolith at One Millimeter Wavelength
Planetary Science Institute(行星科学研究所);US Geological Survey(美国地质调查局);SOFIA/USRA(索菲亚/美国大学空间研究协会)
研究通过毫米波长观测分析朱诺小行星尘埃的热学和介电性质,得出热惯性、等效发射率等参数,揭示尘埃粒径和孔隙率的矛盾,提出可能的颗粒排斥机制。
2026-02-12 astro-ph.EP
Calibration and Performance of the REgolith X-Ray Imaging Spectrometer (REXIS) Aboard NASA's OSIRIS-REx Mission to Bennu
美国宇航局OSIRIS-REx小行星Bennu任务中的REgolith X射线成像光谱仪(REXIS)仪器是一项D级学生合作实验,旨在探测小行星表面的荧光X射线,以测量元素丰度。在2019年7月和11月,REXIS从终结者轨道收集了Bennu太阳照射表面的约615小时的综合曝光时间。正如Hoak等人(2021年)所报告的那样,REXIS数据不包含来自小行星的X射线荧光的明确信号,部分原因是观测期间太阳X射线通量较低。为了支持可检测的X射线信号的上限,可能提供的见解Bennu的风化层的属性的评价,我们提出了一个概述的REXIS仪器,它的操作,其在飞行中的天体物理X射线源校准的细节。这种校准包括在Bennu观测期间偶然探测到瞬态X射线双星MAXI J 0637 -430,表明REXIS在小行星上的操作成功。我们传达了一些经验教训,为未来的小行星表面的X射线光谱成像调查。
2021-10-14 astro-ph.EP astro-ph.IM
Regolith behavior under asteroid-level gravity conditions: Low-velocity impacts into mm- and cm-sized grain targets
对小型小行星的现场观测表明,这类天体的表面经常被巨石和粗糙地形覆盖。风化层粒度分布在大约毫米和厘米尺度上,这种大颗粒在小天体表面的极低重力环境中的行为决定了它们的形态和演化。为了支持对自然过程的理解(例如,撞击喷出物的重新捕获)或航天器引起的相互作用(例如,一个小着陆器的命运),我们的目标是实验研究粗粒度的目标表面非常低速的影响(低于2米/秒)的反应。我们提出了一个厘米大小的球形弹丸到床的模拟风化层,由不规则的毫米和厘米大小的颗粒的86低速影响的结果。这些撞击是在真空和微重力条件下进行的。我们的研究结果包括测量的弹丸恢复恢复系数和穿透深度,以及喷出物的生产,速度和质量估计。我们发现,影响的结果包括经常发生的反弹和切向滚动的弹丸在目标表面上的影响。对于高于约12 cm/s的冲击速度产生喷出物,并且喷出物速度与射弹成比例以瞄准粒度比和冲击速度。喷出物的质量估计表明,喷出物越来越难以产生越来越大的颗粒尺寸。回弹射弹的恢复系数不显示对目标颗粒尺寸的依赖性,不像它们的最大穿透深度,其可以与射弹与目标颗粒尺寸比成比例。最后,我们将我们的实验测量结果与隼鸟2号的MASCOT着陆在小行星Ryugu表面上的航天器数据和数值工作进行了比较。
2020-08-20 astro-ph.EP astro-ph.IM
Cohesion of regolith: Measurements of meteorite powders
颗粒的凝聚力对小天体的性质有着重要的影响。在这项研究中,我们在露天测量,cohesion内聚力的几十微米大小的不规则形状的陨石,硅砂,玻璃粉,和球形玻璃颗粒,使用离心法。此外,我们估计了在测量条件下吸附在颗粒上的水蒸气的量。测量的陨石颗粒的cohesion内聚力比理想球形二氧化硅颗粒的内聚力小数十倍,并且对应于颗粒表面的亚微米级有效(或等效)曲率半径。此外,根据吸附在颗粒上的水蒸气的估计量,我们预计无空气物体中颗粒的cohesion内聚力大约是在露天测量的10倍。根据测量结果,我们估计小行星上粒子的cohesion内聚力通常在亚微牛顿范围内,快速旋转小行星上的粒子大小为数十微米。
2021-01-28 astro-ph.EP astro-ph.IM cond-mat.soft
Constraining Particle Stiffness in Asteroid Regolith from Early-Time High-Speed Penetrator Dynamics under Local Granular Variability
Beihang University(北京航空航天大学);Politecnico di Milano(米兰理工大学);Sun Yat-sen University(中山大学);China Academy of Aerospace System and Innovation(中国航天系统创新研究院)
本研究通过离散元-多体模拟,发现早期高速穿透器动力学能有效约束小行星风化层颗粒杨氏模量,为缩小颗粒刚度范围提供数值依据。
2026-10-02 astro-ph.EP astro-ph.IM
Physical Analysis of Bennu Samples Reveals Regolith Production by Collisional Disruption on Near-Earth Asteroids
Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory(约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室);Lunar and Planetary Laboratory, University of Arizona(亚利桑那大学月球与行星实验室);Vatican Observatory(梵蒂冈天文台);Hopkins Extreme Materials Institute, Johns Hopkins University(约翰斯·霍普金斯大学霍普金斯极端材料研究所);Jacobs-JETS, NASA Johnson Space Center(NASA约翰逊航天中心雅各布斯-JETS);University of Calgary(卡尔加里大学);EAPS, Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院地球、大气与行星科学系);Arizona State University(亚利桑那州立大学);National Air and Space Museum, Smithsonian Institution(史密森尼学会国家航空和航天博物馆);Astromaterials Research and Exploration Science (ARES), NASA Johnson Space Center(NASA约翰逊航天中心天体物质研究与探索科学部);Planetary Science Institute(行星科学研究所);INAF, Astronomical Observatory of Padova(意大利国家天体物理研究所帕多瓦天文台);University of Rochester(罗切斯特大学);Southwest Research Institute(西南研究院);Department of Geology, Rowan University(罗恩大学地质系);Department of Earth and Planetary Sciences, American Museum of Natural History(美国自然历史博物馆地球与行星科学系)
研究通过分析贝努样本和实验室实验发现,碰撞碎片在微重力环境下被保留,表明碰撞破坏是松散层形成的主要机制,适用于其他高孔隙率的近地小行星。
2026-04-21 astro-ph.EP physics.geo-ph
Modeling the Thermal Extraction of Water Ice from Regolith
本文建立二维轴对称有限差分热模型,采用 Crank-Nicholson 算法和 Apollo 土壤参数,复现月表与小行星表面热测量,并支持月球钻头冷却分析及地下原始温度反演。
2023-06-05 astro-ph.EP physics.space-ph
Stick-slip dynamics in penetration experiments on simulated regolith
许多行星的表面,包括小行星和小卫星,都覆盖着灰尘和卵石大小的风化层,这些风化层在重力和接触力的作用下微弱地附着在行星表面。了解风化层对外部扰动的反应将允许仪器,包括用于此类表面的传感器和锚定机构,实施优化的设计原则。我们分析了一个灵活的探针插入到松散的风化层模拟作为探针速度和环境重力加速度的函数的行为,探索相关的动力学。EMPANADA实验(用于小行星上需要搜索或挖掘的应用的喷射物最小化协议)进行了几次抛物线飞行。它采用了经典的颗粒物理技术,光弹性,量化的动态过程中插入到一个系统的双分散,厘米大小的模型颗粒的柔性探针。我们确定的力链结构在整个系统中的探测器插入在各种速度和四个不同的重力水平:地球,火星,月球和微重力。我们确定离散的,粘滑故障事件的频率增加的重力加速度的函数。在微重力环境中,粘滑行为是可以忽略不计的,我们发现,更快的探针插入可以抑制粘滑行为,它们存在。我们的结论是,碎石堆小行星上的风化层的机械响应可能是很大的行星物体上发现的不同,并缩放地面实验微重力条件下可能无法捕捉到完整的物理动力学。
2021-11-12 astro-ph.EP cond-mat.soft
Full-field modeling of heat transfer in asteroid regolith: Radiative thermal conductivity of polydisperse particulates
确定小行星表面物质的特征对于了解其地质和为飞行任务的决定提供信息(如选择采样点)十分重要。昼夜地面温度幅值与地表物质的热性质直接相关。本文描述了一个研究真空中颗粒风化层导热系数的数值模型。热扩散和表面到表面的辐射计算进行使用有限元(FE)方法在三维网格几何形状的随机堆积的球形颗粒。我们验证的测试情况下,在稳态热条件下确定的总固体和单分散粒径频率分布(SFD)的颗粒的辐射传导率值的模型。然后,我们使用该模型来研究多分散的,累积的幂律粒子SFD的颗粒体辐射导热系数。我们发现,对于每个多分散颗粒几何形状测试,有一个相应的单分散几何形状与一些有效的粒径,具有相同的辐射导热系数。发现这些有效直径非常好地对应于Sauter平均粒径,其基本上是表面积加权平均值。接下来,我们表明,颗粒材料的热导率可以对颗粒的热导率的辐射分量有重要的影响,特别是如果颗粒材料的热导率非常低或球体相对较大,由于每个颗粒中的非等温性。我们提供了一个经验相关性来预测非等温辐射导热系数在单分散和多分散颗粒的影响。
2020-02-23 astro-ph.EP physics.geo-ph
Active Main-Belt Asteroid (6478) Gault -- Constraint on Its Cohesive Strength and the Fate of Ejected Particles in the Solar System
活动小行星(6478)高尔特的质量与其轨道上的位置无关。旋转不稳定性被认为是引起所观察到的活动。如果是这样的话,因为没有检测到Gaults分裂事件,表面故障是可能的,这意味着它的表面材料不断喷出,而其主体保持完整。在这种情况下,我们首先约束高尔体凝聚强度。然后,我们描述了数千年来喷射粒子的日心轨迹。结果表明,Gault在当前的旋转周期(~ 2.5小时)对结构破坏可能是敏感的。为了使赤道表面上的颗粒由于离心力而脱落,花岗岩的堆积密度需要低于1.75 g/cm^3。在这种情况下,Gault需要至少约200 Pa的内聚强度以保持中心的结构,而表面强度需要小于约100 Pa以诱导质量脱落。这表明,Gaults结构可能由一个强大的核心上的薄弱的表层。从高尔特喷出的尘埃的轨迹取决于它们被太阳辐射压力加速的效率。逃逸的粒子云的大小在100微米的数量级,可能会在700到5300年后以约0.2公里/秒的速度与高尔特相撞。这意味着撞击通量的暂时增加以及喷射粒子与其宿主之间复杂的相互作用。
2021-12-21 astro-ph.EP
Dielectric Properties of Vesta's Surface as Constrained by Dawn VIR Observations
对小行星的地面和轨道雷达观测为确定其表面粗糙度和介电特性以及可能探索其浅层地下的一些物理特性提供了独特的机会。如果确定小行星表面的介电和地形特性,就可以利用观测到的雷达后向散射来限制其表面结构特性以及潜在的地下挥发物富集。为了实现这一目标,我们建立了小行星灶神星的第一个介电模型的情况下,干燥,挥发性差的风化层-采用类比的月球土壤的介电特性,并调整了表面密度和温度推导出黎明的可见光和红光测绘光谱仪(VIR)。我们的模型表明,在灶神星表面的介电常数的实部是相对恒定的,范围从2.3到2.5从夜到白天的灶神星侧,而损耗角正切值显示出轻微的变化作为昼夜温度的函数,范围从0.006到0.008。我们估计表面孔隙度为~55%的上部米的风化层,来自VIR观测。这比先前从地球X和S波段雷达观测得出的孔隙度估计值高出约12%。我们认为,小行星灶神星的雷达后向散射特性将主要是由表面粗糙度的变化,而不是潜在的介电变化在上层风化层中的X-和S-波段。
2015-08-26 astro-ph.EP
Investigating Asteroid Surface Geophysics with an Ultra-Low-Gravity Centrifuge in Low-Earth Orbit
近地小天体任务目标162173 Ryugu,101955 Bennu和25143 Itokawa产生的重力场比地球低4个数量级,它们的不规则形状,加上旋转效应,产生不同的表面电位。尽管如此,我们观察到熟悉的地质纹理和地貌,这是颗粒状的物理过程发生在它们的表面。然而,这些地貌的性质,它们的起源,以及这些表面如何对探测器,着陆器,漫游者和穿透器的询问做出反应,在很大程度上仍然未知,因此降落在小行星上并操纵其表面材料仍然是一项艰巨的挑战。AOSAT+的设计是一个12 U立方体卫星,将位于低地球轨道,作为旋转的在轨离心机运行。这颗12U立方体卫星的一部分将包含一个实验室,该实验室将使用破碎的陨石作为风化层代理来重现小行星表面状况。实验室的旋转将模拟2公里及更小的小行星的表面重力。其结果是一个真实的风化层,环境,着陆器和挖掘机,也许宇航员将互动。该飞行任务的一个关键组成部分是在数值模拟中再现实验结果,以提取风化层的材料参数及其在持续、极低但非零重力环境中的行为。
2019-10-10 astro-ph.EP astro-ph.IM
Very weak carbonaceous asteroid simulants I: mechanical properties and response to hypervelocity impacts
两个正在进行的样品返回空间任务,Hayabusa 2和OSIRIS-REx将从碳质近地小行星Ryugu和Bennu返回地球小行星风化层。导致风化层产生的两个主要过程是微陨石撞击和热裂解。在这里,我们报告的生产弱模拟材料,类似碳质陨石与CM样的组合物,Bennu和Ryugu的初步组成结果。这种小行星模拟物的抗压强度和抗弯强度分别为1.8+/-0.17和0.7+/-0.07 MPa。模拟物在室温下的热导率(在空气中)在0.43和0.47 W/m/K之间。为了区分由这些过程中的每一个产生的风化层的类型,我们提出和讨论的实验活动的结果集中在实验室超高速影响,使用2级轻气枪的肯特大学,模仿微陨石轰击。我们发现,这一过程产生monomineralic和multimineralic碎片,导致难以区分这两个过程,至少在这些弱材料。
2021-11-30 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.geo-ph
Using the youngest asteroid clusters to constrain the Space Weathering and Gardening rate on S-complex asteroids
我们已经扩展了我们早期关于最年轻的S-复合小行星家族的空间风化的工作,包括年龄<10^6年的小行星群和年龄<5x10^5年的新发现的小行星对的结果。我们已经确定了三个年龄在10^{5-6}年范围内的S-复合小行星群。这些星团中天体的平均颜色与Willman等人的预测一致,2008.对年龄小于10^5年的非常年轻的小行星对的成员进行SDSS测光,以确定它们的分类。S-复合体对的平均颜色为PC_1=0.49+/-0.03,比Willman等人预测的红5 σ以上,2008.因此,最有可能的对形成机制是温和的分离,由于YORP旋转,留下大部分的老化和变红的表面不受干扰。在这种情况下,我们的颜色测量允许我们在受干扰的表面部分上设置约64%的上限。利用已有的颜色数据和我们对最年轻的S-复杂小行星群的新结果,我们扩展了我们的空间天气模型,以明确地包括风化层园艺的影响,并分别拟合τ_w=960+/-160 My和τ_g=2000+/-290 My的风化和园艺特征时间尺度。新鲜S-复合材料的第一主成分颜色为0.37+/-0.01,而局部变红的最大量为0.33+/-0.06。我们首次确定的园艺时间与我们根据主带撞击率和对陨石坑和喷出物覆盖层大小的合理假设计算的园艺时间tau_g~ 270 My形成鲜明对比。解决这一差异的一个可能办法是通过“蜂窝”机制,即表面风化层结构吸收小型撞击物,而不产生大量喷出物…
2010-04-22 astro-ph.EP
Long-term Trends of Regolith Movement on the Surface of Small Bodies
本文从非线性动力学的观点研究了太阳系小天体表面扰动风化层物质的长期迁移。本文提出了一个结合复杂地形和不规则引力场的长期质量运动近似模型。以小行星101955 Bennu为代表,研究了小行星动力环境的全球变化,给出了小行星自转蠕动-滑动-脱落区域的划分。在蠕滑区,基于“滑移-滑动”运动模式假设,建立了扰动风化颗粒的动力学方程。计算了系统的平衡点、局部流形和大尺度运动轨迹,揭示了长期风化层运动的动力学特征。一般来说,我们发现在低自旋速率下,地表风化颗粒从极区/赤道区流向中分纬度,这主要受地球位梯度的影响。当旋转到高速率时,风化层颗粒倾向于向赤道迁移,这与低纬度局部平衡的拓扑移动平行发生。从长期来看,平衡点主导着全球风化层的运动趋势。利用本文提出的方法,我们对风化层物质在自旋上升过程中的长期运动进行了展望或回顾,结果揭示了平衡的重要调节作用。通过对不同自旋速率下的动力学方案的详细研究,实现了对自旋上升过程中全球风化层运动趋势的宏观预测,解释了风化层物质长期运动驱动下的全球地质演化。
2021-12-23 astro-ph.EP nlin.PS physics.geo-ph
The Cohesive Object Sequence: The Mass-Density Distribution of Astronomical Objects from Asteroids to Stars
University of Idaho(爱达荷大学)
研究通过绘制天体质量-密度关系揭示了从小行星到恒星的凝聚物体序列,揭示了引力收缩和核反应等基本天文过程,同时指出致密恒星残骸偏离该序列。
2026-04-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Critical spin periods of sub-km-sized cohesive rubble-pile asteroids: dependencies on material parameters
在这项工作中,我们采用了软球离散元方法与凝聚力的实现,以模拟亚公里大小的粘性碎石桩下连续自旋的动力学过程。探讨了不同体积直径$D$的扁圆碎石桩的临界旋转周期$T_c$与几种材料参数的关系。数值模拟结果表明,颗粒间凝聚力和颗粒形状参数的增加都能增强颗粒的强度,特别是对小颗粒颗粒。此外,还发现存在一个临界直径$D_{cri,ρ}$,在该临界直径处,$T_c$随堆积密度$ρ$的变化趋势相反。虽然较大的静摩擦系数$μ_S$可以增强主体,但是在接近$D_{cri,ρ}$的临界直径$D_{cri,ϕ}$处,这种效果达到最小值。采用连续介质理论(解析法)进行比较,得到两个等效临界直径。数值结果与分析方法和颗粒间的凝聚力$c$的体积凝聚力$C$的比率进行了拟合,估计约为88.3。我们发现这个比例对于不同的$c$和$ρ$保持恒定,但它强烈地依赖于摩擦角$ϕ$。同时,我们的数值结果进一步表明,当$D$ <$D_{cri,ϕ}$时,$T_c$对$ϕ$的依赖性与连续介质理论的预测相反.最后,我们发现这两个临界直径恰好接近于物体的平均正应力为零时的直径,这是压缩区和拉伸区之间的分离。
2020-09-26 astro-ph.EP
Low thermal conductivity of the superfast rotator (499998) 2011 PT
背景:直径达几十米的小行星可能旋转得非常快,并在几分钟内完成整个旋转。这些小而快速旋转的物体被认为是整体物体,因为它们的小尺寸所产生的引力不足以抵消快速旋转所产生的强大向心力。此外,尚不清楚快速旋转是否会阻止灰尘和小颗粒(风化层)留在其表面。目的:我们开发了一个模型,用于限制小型快速旋转的近地小行星表面的热导率。这个模型可能表明这些物体上是否可能存在风化层。研究方法:我们的方法是基于测量的Yarkovsky漂移和预测值的比较,使用的理论模型,取决于轨道,物理和热参数的对象。必要的参数要么从近地小行星群的统计分布中推导出来,要么从具有相关不确定性的观测中确定。利用这些信息,我们进行了蒙特卡罗模拟,并产生了热导率的概率密度分布。结果如下:将我们的模型应用于超高速旋转小行星(499998)2011 PT,我们发现只有当小行星表面的热导率$K$较低时,才能测量到Yarkovsky漂移。所得的电导率的概率密度函数是双峰的,其中两个最可能的值为约0.0001和0.005 W m $^{-1}$ K $^{-1}$。在此基础上,我们发现$K$小于0. 1 W m $^{-1}$ K $^{-1}$的概率至少为95%。这种低导热性可能表明2011 PT的表面覆盖着一层隔热层,由类似月球尘埃的风化物组成。
2021-01-25 astro-ph.EP
Low-speed Impact Simulations into Regolith in Support of Asteroid Sampling Mechanism Design I.: Comparison with 1-g Experiments
这项研究是在小行星取样返回飞行任务的框架内进行的,这些飞行任务使用低速射弹作为其取样机制的主要组成部分(例如,日本宇宙航空研究开发机构的隼鸟和隼鸟2号飞行任务)。我们进行数值模拟,这种影响到颗粒状材料使用不同的弹丸形状下地球的重力。然后,我们将模拟中获得的喷射质量与使用类似设置的实验中发现的质量进行比较,这使我们能够验证我们的数值方法。对于目标,我们考虑2种不同的单分散颗粒直径尺寸:5 mm和3 mm。弹丸的撞击速度为11 m/s $^{-1}$,方向向下,垂直于目标的表面。使用软球离散元法(SSDEM)的$N$ -体重力树代码PKDGRAV,以前验证的情况下,到烧结玻璃珠团聚体的低速冲击的实施,我们发现一个显着的依赖性的抛射体的形状上的质量的量。如在实验中发现的,在较大的目标颗粒尺寸(5 mm)的情况下,圆锥形射弹比其他形状的射弹(包括盘和球)发射更大量的质量。然后,我们发现,数值的结果是敏感的正常的恢复恢复系数的颗粒,特别是对目标的影响,包括较小的颗粒(3毫米)。我们还发现,静摩擦起着更重要的作用,冲击到目标组成的较大的晶粒。作为初步演示,在微重力环境中模拟了这些考虑的设置之一。正如预期的那样,重力的减少增加了喷射的质量和撞击过程的时间尺度。我们的方法也适用于特定飞行任务设计中的采样机制条件。
2014-08-08 astro-ph.EP physics.comp-ph
Experimental evidence for a physical alteration of fine regolith on near-Sun asteroids
National Astronomical Observatory of Japan(日本国立天文台);Luleå University of Technology(吕勒奥理工大学);University of Helsinki(赫尔辛基大学)
本文通过近太阳模拟器实验发现,CM型碳质球粒陨石模拟物经近太阳环境辐照后出现烧结等物理变化,为近太阳小行星表面演化及(3200)Phaethon的相关机制提供了实验证据。
2026-11-05 astro-ph.EP astro-ph.IM
Asteroid Surface Geophysics
小行星表面被风化层覆盖,保存着在其表面有时也在其内部发生的地球物理过程的记录。由于这些天体所处的独特微重力环境,一个复杂而多样的天体物理学产生了我们刚刚开始了解的迷人特征。形成这些特征的过程首先是通过详细的航天器观测提出的假设,并使用理论、数值和实验方法进行了进一步研究,这些方法往往结合了几个科学学科。这些多种方法目前正在合并,以进一步了解小行星表面的地球物理状态。在本章中,我们将简要总结科学界迄今为止对这些小行星表面的了解,以及塑造它们的过程。我们还讨论了最先进的实验技术和数值模拟,目前正在使用的调查风化过程发生在小天体表面,并有助于解释观测和设计未来的空间飞行任务。
2015-03-06 astro-ph.EP physics.geo-ph
Asteroid 16 Psyche: Shape, Features, and Global Map
我们开发了一个形状模型的小行星16 Psyche使用的意见,在很宽的波长范围内获得:阿雷西博S波段延迟多普勒成像,阿塔卡马大毫米阵列(ALMA)的天空平面成像,自适应光学(AO)的图像从凯克和甚大望远镜(VLT),和最近的恒星掩星。我们的形状模型的尺寸为278(-4/+8)km x 238(-4/+6)km x 171(-1/+5)km,有效球面直径Deff = 222 - 1/+4 km,自转轴(黄道经度,纬度)为(36度,-8度)+/- 2度。我们调查了以前报道存在的所有功能,初步确定了几个新的功能,并制作了一个全球地图的Psyche。使用30个校准的雷达回波,我们发现普赛克的总体雷达回波为0.34 +/- 0.08,这表明上层米的风化层具有显著的金属(即,Fe-Ni)含量。我们发现四个地区的增强或复杂的雷达回波,其中一个相关性以及与先前确定的功能Psyche,所有这些似乎与补丁相对较高的光学回波。基于这些发现,我们不能排除一个模型的Psyche作为一个残余的核心,但我们的首选解释是,Psyche是一个分化的世界,风化组成类似于顽火辉石或CH/CB榴辉岩,并点缀着局部地区的高金属浓度。这些地区最可信的形成机制是Johnson等人提出的铁火山作用(Nature Astronomy vol 4,January 2020,41-44)。
2021-10-07 astro-ph.EP
Searching for color variation on fast rotating asteroids with simultaneous V-J observations
在快速旋转的小行星(小于2.5小时)上的巨石、岩石和风化层被模拟为由于强大的离心力和低凝聚力而向赤道滑动。因此,可以暴露新鲜地下材料的区域。因此,我们寻找小而快速旋转的小行星的颜色变化。我们描述了一种新的技术,其中的小行星是同时观察在可见光和近红外波长范围内。在这种技术中,由于大气消光效应引起的亮度变化可以在可见光和近红外图像上进行校准。我们使用V波段和J波段滤光片,因为普通类花岗岩体上风化和未风化表面的颜色差异在这些波长下最为显著,可达~ 25%。为了测试我们的方法,我们用Cerro Tololo的1.3米望远镜观测了3颗小行星。我们发现平均V-J颜色的变化约为5%,但通过多次旋转没有发现任何明显重复的颜色特征。这表明,在空间风化的时间尺度内没有发生滑坡,或者发生了滑坡,但暴露的斑块太小,测量的不确定性。
2015-11-16 astro-ph.EP
A 2 km-size asteroid challenging the rubble-pile spin barrier - a case for cohesion
碎石堆旋转障碍是大于~200-300米的小行星旋转速率的上限。在数千颗直径大于~300米的小行星中,只有少数小行星的自转速度已知超过2.0小时,所有小行星的自转速度都在千米以下(<=0.6千米)。在这里,我们提供的测光测量表明,(60716)2000 GD 65,一个S-复合体,内主带小行星,相对较大的直径为2.3 + 0.6 - 0.7公里,完成一个旋转1.9529+-0.0002小时。它独特的直径和旋转周期使我们能够研究关于小行星内部结构和演化的场景:一个仅受重力约束的碎石堆;一个具有强大凝聚力的碎石堆;一个整体结构;一个经历质量脱落的小行星;一个经历YORP自旋上升/下降的小行星;以及一个具有独特八面体形状的小行星,其光变曲线有四个峰值,周期为3.9小时。我们发现,最有可能的情况包括一个类似月球的凝聚力,可以防止(60716)2000 GD 65破坏,而不需要一个整体结构或独特的形状。由于(60716)2000 GD 65的独特性,我们认为大多数小行星的凝聚力通常小于月壤。
2015-12-22 astro-ph.EP
Numerical Validation of the Yarkovsky Effect in Super-Fast Rotating Asteroids
University of Belgrade(贝尔格莱德大学);Astronomical Observatory Belgrade(贝尔格莱德天文台)
针对超快速旋转小行星半长轴漂移现象,开发雅科夫斯基效应数值模型并验证解析模型有效性,发现极低热惯性下该效应可解释漂移,揭示快速热疲劳或为风化层生成机制。
2025-07-08 astro-ph.EP
Confined tumbling state as the origin of the excess of slowly rotating asteroids
本研究提出小行星慢自转过剩源于翻滚态,通过碰撞与内摩擦竞争模型解释观测分布,并约束μQ值,表明碎石堆小行星可能多孔或具厚表土层。
2025-02-26 astro-ph.EP
Extreme asteroids in the Pan-STARRS 1 Survey
利用Pan-STARRS 1巡天的头18个月,我们确定了33个可供后续观测的候选高振幅天体,并对22颗小行星进行了观测。4所观察到的对象被发现有观察到的振幅$A_{obs}\geq 1.0$马格。我们发现,这些高振幅的对象是最简单的解释,由单一的碎石堆对象与一些密度相关的内部强度,使他们能够抵抗质量脱落,即使在他们高度细长的形状。另外3个物体虽然低于“高振幅”的截止值,但具有伸长和旋转周期的组合,这也可能需要内部内聚强度,这取决于物体的密度。我们发现,这里确定的“高振幅小行星”都不需要任何不寻常的凝聚力来抵抗旋转裂变。对3颗小行星进行了充分的观测,从而可以通过光变曲线反演来确定形状和自旋极模型。45864被确定具有与旋转极轴$λ=218\pm 10^{\circ}, β=-82\pm 5^{\circ}$的逆行旋转,而小行星206167被发现具有最佳拟合的旋转极轴$λ= 57 \pm 5^{\circ}$、$β=-67 \pm 5^{\circ}$。最初未使用$A_{obs}>1.0$ mag(49257)测量的另一个物体被确定为具有表明高振幅物体的形状模型。其自旋极轴最适合值$λ=112\pm 6^{\circ}, β=6\pm 5^{\circ}$。在这个项目的过程中,迄今为止还没有发现大型超快旋转体($P_{rot} < 2.2$ h)。
2018-10-27 astro-ph.EP
Asteroid Thermal Inertia Estimates from Remote Infrared Observations: The Effects of Surface Roughness and Rotation Rate
小行星表面的热惯性可以提供对风化层性质的深入了解,例如是否存在一层细尘、岩石表面的密度和导热性,以及与其他观测数据一起提供矿物学方面的信息。了解小行星的表面特征对于行星防御举措和资源开采(“小行星采矿”)十分重要。Harris和Drube提出了一种估算小行星热惯性的简单方法,该方法适用于大量热红外观测数据,如红外空间望远镜获得的数据。我们比较结果从哈里斯-Drube估计与最近公布的小行星的热惯性值从详细的热物理模型,并提供了一个解释减少表面粗糙度的一些不一致的结果。覆盖着细小尘埃的光滑表面可以解释一些缓慢旋转的主带小行星(MBA)的热物理模型得出的热惯性值出乎意料的低。在近地天体(NEO)的情况下,我们表明,从估计的结果与热物理建模,只有少数例外。我们讨论的特殊情况下,近地天体(101955)Bennu,(162173)Ryugu和(29075)1950 DA的背景下,从我们的估计结果。鉴于热物理建模的数据要求和复杂性,基于相对简单概念的数据分析工具可在“快速”评估小行星特别是近地天体的热红外数据方面发挥重要作用。
2020-10-05 astro-ph.EP
Stress and Failure Analysis of Rapidly Rotating Asteroid (29075) 1950 DA
Rozitis等人最近报告说,体积密度在1.0 g/cm 3至2.4 g/cm 3之间的近地小行星(29075)1950 DA是一个碎石堆,需要至少44 Pa至74 Pa的内聚强度才能防止由于其快速旋转周期而失败。由于他们给出故障条件的技术需要整个体积的平均应力,因此忽略了有关小行星故障模式和内部应力条件的信息。本文建立了一个有限元模型,并回顾了1950 DA的应力和失效分析。在相关流动规则和均匀材料分布的假设下,我们确定了1950 DA的变形过程中,其恒定的凝聚力达到最低值,保持其当前的形状。结果表明,为了避免结构破坏,内芯需要至少75 Pa - 85 Pa的内聚强度。这表明,对于这种机构的破坏模式,内部核心首先发生结构性破坏,然后是表面区域。这意味着,如果凝聚力是恒定的整个体积,1950 DA的赤道脊的结果从内部核心沿赤道平面向外的物质流,而不是从滑坡已经假设。这对身体内部可能的密度有额外的影响。
2014-11-21 astro-ph.EP
Segregation on small rubble bodies due to impact-induced seismic shaking
本文提出一个结合随机碰撞历史与离散元模拟的框架,研究撞击诱发地震晃动如何驱动小碎石堆小行星上的表土粒度分层,并分析了影响分层质量的关键因素。
2023-09-20 astro-ph.EP physics.space-ph
Surface slopes of asteroid pairs as indicators of mechanical properties and cohesion
小行星对有一个单一的祖先,分裂由于旋转裂变的软弱,碎石堆结构的机构。通过构造形状模型的小行星对多幻影观测和使用光变曲线反演技术,我们映射的重力和旋转加速度在这些小行星的表面。这使我们能够在小行星表面构建一个局部斜坡的地图。为了测试摩擦失效,我们确定了最大旋转速率,在该最大旋转速率下,大于第二构件(假设是被喷射的部件)表面积一半的区域具有大于40度的斜率值,即月球风化层的摩擦角,松散的材料将开始滑动。我们使用这个标准来约束破坏应力作用在身体上,就在破坏之前,在通常观察到的自旋势垒2.2小时。我们目前的样本包括过去十年从Wise天文台观察到的11个小行星对主要成员的形状模型。在研究的参数空间中,我们发现,形状模型只有达到自旋势垒时,其体积密度大于2克cm-3测量的碎石堆结构25143 Itokawa,这表明公里大小的小行星对是密集的相比,亚公里机构。假设比观测到的更大的次级成分(直到允许分离的最大尺寸)的喷射也可以增加小行星的自旋势垒,从而支持先前提出的次级连续分裂的假设。此外,还需要数百帕斯卡的凝聚力水平,以防止这些形状模型在比通常的自旋势垒慢的自旋速率下破裂。
2019-04-21 astro-ph.EP
The cumulation of debris clouds around a fast-rotating asteroid
本文研究快速自转小行星周围碎屑云的堆积演化,通过半解析模型和大规模DEM模拟,发现大块碎屑主导稳定碎屑云堆积,脱落颗粒遵循共同迁移趋势决定质量分布,并证实脱落后可形成具一定强度和吸附能力的蓬松多孔团簇结构。
2024-08-28 astro-ph.EP
Structural stability of China's asteroid mission target 2016 HO3 and its possible structure
本研究使用DEMBody软球离散元模型代码模拟发现,小行星2016 HO3在快速旋转下会发生破坏模式转变,预测其需要较高内聚强度,更可能是单体结构而非碎石堆结构,表面可能存在松散风化层供Tianwen-2任务采样。
2024-01-04 astro-ph.EP
The DECam Ecliptic Exploration Project (DEEP). VII. The Strengths of Three Superfast Rotating Main-belt Asteroids from a Preliminary Search of DEEP Data
本文基于 DEEP 数据对主带小行星进行初步搜索,发现三颗超快自转体,出现率高于以往研究,并计算其最小内聚强度以探讨内部结构与演化机制。
2024-10-02 astro-ph.EP