清華航院博士生于洋論文被《科學(xué)》網(wǎng)站報(bào)道
揭示近地交會(huì)是改變NEO類(lèi)小天體表面地貌的重要機(jī)制
清華新聞網(wǎng)11月2日電 10月28日，《科學(xué)》網(wǎng)站報(bào)道了清華大學(xué)航天航空學(xué)院博士研究生于洋等發(fā)表在ICARUS期刊上的題為“Numerical predictions of surface effects during the 2029 close approach of Asteroid 99942 Apophis”（《2029年小行星99942 Apophis近地交會(huì)過(guò)程表面效應(yīng)的數(shù)值預(yù)報(bào)》）的論文。這項(xiàng)研究通過(guò)分析小行星Apophis表面碎石堆在2029年與地球交會(huì)過(guò)程中的潮汐響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)近地交會(huì)能夠引發(fā)小天體表面“風(fēng)化層”的崩塌，揭示了重塑小行星表面地貌的一種重要機(jī)制。
圖為隼鳥(niǎo)號(hào)拍攝的小行星Itokawa表面照片。
小天體的組成與結(jié)構(gòu)是多樣的，對(duì)于體積如Apophis的NEO類(lèi)小天體，目前被廣泛接受的觀(guān)點(diǎn)是，它是由大小、形狀不同的碎石塊聚集而成的巖石堆（圖1）。為了證實(shí)近地交會(huì)過(guò)程中地球的引力能夠引起石塊的相對(duì)移動(dòng)，美國(guó)馬里蘭大學(xué)德里克•理查德森教授的科研小組長(zhǎng)期致力于開(kāi)發(fā)基于引力N體問(wèn)題的顆粒動(dòng)力學(xué)模擬軟件。本文作者在馬里蘭大學(xué)訪(fǎng)問(wèn)期間對(duì)軟件功能進(jìn)行擴(kuò)展，綜合考慮近地交會(huì)過(guò)程中地球引力潮汐作用和天體表面多種環(huán)境力的作用，對(duì)未來(lái)2029年4月13日Apophis近地交會(huì)過(guò)程的表面作用強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)報(bào)，發(fā)現(xiàn)此次交會(huì)對(duì)Apophis的表面地貌特征會(huì)產(chǎn)生一定影響，該天體表面的碎石堆將經(jīng)歷緩慢的弛豫過(guò)程，達(dá)到一種新的平衡。文章工作表明，盡管這次交會(huì)的潮汐作用較弱，但是其導(dǎo)致的表面光學(xué)特征變化仍然可能被觀(guān)測(cè)到，使得小行星表面較深層的物質(zhì)更多地暴露出來(lái)，讓Apophis的年齡看起來(lái)更加“年輕”。
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圖為交會(huì)前后表面碎石堆形狀變化。
對(duì)這項(xiàng)研究，美國(guó)科羅拉多州西南研究所的行星物理學(xué)家威廉姆•博特說(shuō)，“預(yù)報(bào)近地交會(huì)對(duì)小行星地貌的影響難度很高，這篇論文在我看來(lái)是迄今為止關(guān)于A(yíng)pophis最好的工作之一”。他進(jìn)一步表示，希望在2029年交會(huì)發(fā)生時(shí)開(kāi)展一系列工作，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和觀(guān)測(cè)確定近地交會(huì)的實(shí)際影響。
圖為不同交會(huì)方位下的表面坡度變化。
小天體是從太陽(yáng)系形成之初就存在的“剩余材料”，相對(duì)完整的記錄了太陽(yáng)系早期的狀態(tài)信息，可能為探尋行星的起源乃至生命的起源提供重要線(xiàn)索。對(duì)小天體演化的地質(zhì)動(dòng)力學(xué)過(guò)程的討論，是近年來(lái)行星科學(xué)的中心課題之一。論文所研究的NEO類(lèi)小天體，因其運(yùn)行軌道可能對(duì)地球安全造成威脅而受到更多關(guān)注。論文所揭示的近地交會(huì)重塑小天體地貌的機(jī)制，解釋了Q類(lèi)小天體集中分布于類(lèi)地行星軌道附近這一特殊現(xiàn)象，對(duì)于進(jìn)一步了解太陽(yáng)系形成和演化規(guī)律具有重要價(jià)值。這一結(jié)論的最終證實(shí)，需要觀(guān)測(cè)機(jī)構(gòu)密切關(guān)注2029年的這次近地交會(huì)事件，這也為將來(lái)的小行星光學(xué)觀(guān)測(cè)提供了新的研究線(xiàn)索。
本論文是清華大學(xué)航院動(dòng)力學(xué)于控制研究室積極開(kāi)展國(guó)際學(xué)術(shù)交流與合作的成果，寶音賀西教授指導(dǎo)的博士研究生于洋為論文第一作者（馬里蘭大學(xué)教授德里克•理查德森為通訊作者，其余作者還包括馬里蘭大學(xué)博士研究生斯蒂芬•施瓦茨、羅納德-路易斯•巴盧茲以及法國(guó)尼斯大學(xué)教授帕特里克•米歇爾）。論文工作的領(lǐng)域，是目前動(dòng)力學(xué)于控制研究室瞄準(zhǔn)國(guó)際前沿，重點(diǎn)拓展的一個(gè)新的學(xué)術(shù)方向。
報(bào)道鏈接：
http://news.sciencemag.org/space/2014/10/avalanche-asteroid-due-close-pass-earth
文章鏈接：
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0019103514004126
供稿：航天航空學(xué)院 編輯：蕾蕾
