分析日本航天器Hayabusa2 SCI创建的小行星Ryugu的人工冲击枪

前后撞击表面DEM SCI火山口

图1所示。SCI冲击点附近冲击前面DEM与冲击后面DEM的差异。色标表示表面形态的高度,单位为米,虚线半圆表示SCI环形山边缘。资料来源:神户大学、日本宇宙航空研究开发机构、东京大学、高知大学、立教大学、千叶理工学院、明治大学、爱津大学、AIST。

这个人造撞击物干扰了距离撞击坑中心30米半径内的巨石,为小行星的表面重新浮出提供了重要的信息。

荒川正彦教授(日本神户大学理学院)和隼鸟2号任务的成员们发现了200多块巨石,大小从30厘米到6米不等,2019年4月5日,日本飞船隼鸟2号的小型随身撞击器(SCI)造成的人工撞击坑新出现或移动。甚至在距离火山口中心40米远的地方,一些巨石也受到了干扰。

研究人员还发现,地震摇动区域,其中表面巨石被摇动并通过冲击移动厘米,距火山口中心约30米。Hayabusa2在SCI陨石坑(TD2)的北点回收了表面样品,并且使用数字高度地图(DEM)估计该网站上的喷射沉积物的厚度为1.0mm至1.8cm。

这些关于真实小行星表面重铺过程的发现可以作为小天体撞击数值模拟的基准,以及未来行星任务中的人工撞击,例如美国国家航空航天局双小行星重定向测试(DART)。研究结果将于10月30日在AAS行星科学部第52届会议上发表,题为“小行星:Bennu和Ryugu 2”。

SCI火山口交叉相关系数地图

图2。SCI环形山周围区域的互相关系数图叠加在撞击后的图像上。互相关系数用地图上的颜色梯度来描述。数字和箭头表示四个显示低互相关系数的投影。资料来源:神户大学、日本宇宙航空研究开发机构、东京大学、高知大学、立教大学、千叶理工学院、明治大学、爱津大学、AIST。

用~13cm的SCI弹丸撞击龙宫的目的是恢复地下材料的样本。此外,这也为研究表面重力场为10的小行星受到撞击后的表面更新过程提供了很好的机会5地球引力的变化

SCI成功形成了一个撞击坑,被定义为直径14.5m的SCI撞击坑(Arakawa et al., 2020),表面样品在TD2(10.04°N, 300.60°E)恢复。人们发现,陨石坑中心的同心区域,其半径是陨石坑半径的四倍,也受到了SCI冲击的干扰,导致巨石运动。

研究人员随后比较了人工撞击前后的地表图像,以研究与火山口有关的重新表面处理过程,如地震震动和喷射物沉积。为此,他们使用数字高程图(DEM)构建了SCI陨石坑边缘剖面图,其中包括撞击前的DEM减去撞击后的DEM(图1)。

平均边缘轮廓近似于经验方程H = H.R.exp (- (r / rrim1) /λrim的拟合参数HR.和lrim分别为0.475m和0.245m。基于这一剖面,我们计算出了SCI陨石坑的喷出物覆盖层厚度,发现它比自然陨石坑的常规结果以及陨石坑形成理论的计算结果都要薄。然而,这种差异通过考虑撞击后图像上出现的巨石的影响得以解决,因为由dem得出的陨石坑边缘轮廓可能无法探测到这些新的巨石。根据这个陨石坑边缘剖面,TD2的喷出物沉积物的厚度估计在1.0mm到1.8cm之间。

SCI弹坑运动矢量的分布

图3。弹坑周围运动矢量的分布。箭头表示由于撞击,每个巨石从其初始位置开始的移动。每个颜色表示移动的距离如下:紫色为0-1 cm,蓝色为1-3 cm,绿色为3-10 cm,橙色为10-30 cm,红色为30-100 cm。
资料来源:神户大学、日本宇宙航空研究开发机构、东京大学、高知大学、立教大学、千叶理工学院、明治大学、爱津大学、AIST

后冲击图像中的48个巨石可以追溯到预冲击图像中的初始位置,并且发现1M尺寸的巨石被喷射到火山口外部几米。它们根据其运动机制分为以下四组:1。挖掘流动,2。通过落下的喷射器推动,3.通过Okamoto巨石的轻微运动拖动表面变形,4.由SCI撞击引起的地震振动本身。在所有组中,这些巨石的运动向量似乎从火山口辐射。

仅在撞击后的图像中发现了169个新的巨石,范围为30厘米至3米,从火山口中心分发到〜40米。在距火山口中心的距离为9-45米的每个径向宽度下,在每个径向宽度下进行新巨石数的直方图,距离距离为17米的最大巨石数。超过17米,巨石的数量根据火山口中心的距离增加而下降。

为了进一步调查这一点,进行了预先和后冲击图像之间的相关系数评估。被发现,SCI火山口外的低互相关系数区域具有不对称结构(图2),其与沉积喷射物的冲击点周围的区域非常相似(Arakawa等,2020)。

基于相关系数评价的模板匹配方法,在~1cm分辨率下推导出互相关系数在0.8以上的孤石位移。这表明这些位移可能是由地震震动引起的(图3)。在靠近SCI陨石坑的区域,巨石移动了超过3cm。这种扰动横跨距离撞击点15米的区域,运动矢量从火山口中心向外辐射。在距离中心15m以上的区域仍存在位移10cm的扰动区,但呈几米大小的斑块,随机分布。此外,这些运动矢量在遥远地区的方向几乎是随机的,没有明确的证据表明从火山口中心的径向方向。

在15米距离内检测大于3cm的位移,概率超过50%,介于15米和30μm之间,概率约为10%。因此,Araakawa等人。提出,按照Matsue等人。(2020)的实验结果,地震震动引起了大部分地区的巨石,以比Ryugu的表面重力大7倍的最大加速度移动(G.Ryugu.).此外,他们还发现,撞击移动巨石的最大加速度在7g之间Ryugu.和1克Ryugu.大约10%的面积。希望这些结果将为未来小型天体碰撞的数值模拟,以及涉及人工撞击的行星任务提供信息。

在美国天文学协会的第52次年会上发表了行星科学(会议:'小行星:Bennu和Ryugu 2'),2020年10月29日。

通讯作者:神户大学科学研究科学生研究生院。

致谢

这项研究部分得到了科学研究资助基金(no。17 h06459,没有。19H00719),来自日本教育、文化、体育、科学和技术省。这项研究得到了jsp核心对核心项目“国际行星科学网络”的支持。

参考文献

  1. Arakawa等,2020年。一次人为撞击小行星(162173)龙宫,在重力主导的状态下形成了一个陨石坑。科学。368年,67 - 71。
  2. Matsue等人。,2020.高速影响诱导的地震波的测量:对海啸围绕冲击裂隙剂的地震震动的影响。icarus。338,113520。

会议:第52届美国天文学会的行星科学司年会

资金:教育部,文化,体育,科学技术(日本),日本促进科学学会。

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