物理模型解释了两颗碎石堆小行星的整体形状

冲绳科技大学研究生院 (OIST) 和罗格斯大学的科学家使用颗粒物理学中的简单概念来解释两颗“近地”小行星奇异的菱形形状。

小行星是围绕太阳运行的岩石天体。让研究人员着迷的是它们是由剩余的材料组成的——这些物质在大约 46 亿年前太阳系形成时没有被吸收到更大的行星中。因此，它们可以揭示太阳系的早期和行星的形成。大多数小行星都被困在木星和火星之间的小行星带中。与地球的距离使它们难以研究。但是，偶尔，小行星会逃逸并靠近地球，从而可以使用无人驾驶航天器近距离拍摄它们。

这就是这两颗菱形小行星——Bennu 和 Ryugu 的情况。Bennu 和 Ryugu 都被归类为碎石堆小行星，这意味着它们由许多较小的岩石材料组成，这些岩石材料通过重力松散地结合在一起。从本质上讲，它们只是彼此相互作用的颗粒，就像我们海滩上的沙子。

“以前的模型将这些菱形形状归因于旋转产生的力，这导致物质从极地被驱动到赤道。但是当使用这些模型模拟小行星时，形状是扁平的或不对称的，而不是菱形，所以我们知道有些事情不对劲，”发表在Granular Matter上的论文的第一作者、OIST流体力学部门的研究员Tapan Sabuwala 博士解释说。“我们发现这些模型缺少一个关键因素，即物质的沉积。一个简单的颗粒物理模型，通常用于沙子或糖等颗粒的沉积，可以预测观察到的形状。”

想象一下通过漏斗倒入沙子或糖。不同力量的混合将确保它形成一个锥形堆(如派对帽)。颗粒物理学家可以根据作用在颗粒上的不同力来预测堆的形状。Sabuwala 博士与领导该部门的 Pinaki Chakraborty 教授和罗格斯大学的 Troy Shinbrot 教授一起，将这些想法转移到了小行星上。

Sabuwala 博士解释了在这些小行星上，与海滩上的沙堆相比，重力的方向是如何不同的。“除了小行星的自转也起着重要作用这一事实之外，我们必须将其纳入我们的模型中，”他说。

因此，与地球上颗粒堆积中看到的圆锥形不同，作用在小行星上的力产生了菱形。由旋转引起的离心力在小行星两极附近减小，导致物质在那里积聚，并导致它们独特的升高外观。这个模型的另一个重要区别(与以前的模型相比)是它表明这些碎石堆小行星不是从一个球体开始变形为菱形。相反，碎片的积累导致钻石形状在小行星形成的早期形成，并且随后的任何重塑都是最小的。此外，钻石形状是在小行星形成的早期阶段铸造的，虽然与之前的模型不一致，但与最近的观察结果一致。

研究人员继续通过模拟展示了该模型的准确性，并发现模拟的小行星形成了独特的菱形形状，进一步支持了他们的理论。

Chakraborty 教授说：“我们已经使用了关于颗粒如何流动的简单概念来解释这些小行星如何呈现出它们奇怪的形状。” “对我们来说，简单的想法可以阐明复杂的问题，这也许是这项工作最令人愉快的方面。”

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