Ryugu小行星样本表明微观流星体轰击造成的破坏

以20km/s(a)和300km/s(b)的速度在不同时间尺度上模拟微流星体轰击的快照。点状代表蛇纹石的元素如下:镁(黄色)、二氧化硅(灰色)、氧(红色)和氢(蓝色)。Fs是飞秒,代表千万亿分之一秒。来源:/Shoji等人,2024。

(神秘的地球)据美国物理学家组织网(汉娜·伯德):小行星是我们太阳系形成的遗迹,虽然许多小行星可以在火星和木星轨道之间的小行星带内找到,但有些则不能。其中一个天体是小行星(162173)Ryugu,一颗1公里宽的近地小行星,据信起源于小行星带。然而,它已经移动到距离地球3亿公里的地球轨道上。

这颗小行星不断受到太空碎片的轰击,发表在《天体物理学杂志》上的新研究表明,即使是微观粒子也会产生破坏性影响。

日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)于2018年和2019年发射了隼鸟2号宇宙飞船,对小行星进行遥感和样本采集。对这些样品的实验室研究发现了页硅酸盐(片状硅酸盐矿物,如富含镁的蛇纹石和皂石)的独特脱水模式,其中包含的氧原子和氢原子之间的键被破坏。

值得注意的是,日本宇宙航空研究开发机构的Daigo Shoji博士指出,小至2纳米的微小流星体(微流星体)有能力对Ryugu造成损害。这是因为粒子被太阳风等离子体的磁场加速到高速,太阳风等离子体主要由速度达到~400公里s-1的质子组成。

计算分子动力学模拟用于评估组成蛇纹石的二氧化硅、镁、氧和氢原子的相互作用,因为化学反应发生在亚纳秒的时间尺度上(在这些实验中发生在一万亿分之一秒内)——用肉眼观察太快了。

Shoji博士发现,当彗星以约20公里/秒-1的速度撞击时,大约有200个氧氢键断裂,但当纳米级尘埃粒子以约300公里/秒1的速度撞击后,这一数字显著增加到2000个断裂的氧氢键(喷射的原子)。在低速情况下产生的撞击坑只有4.4纳米(作为参考,人类头发的平均直径为90000纳米)。

实验中探索的另一个因素是温度对Ryugu风化的影响。这颗小行星的表面温度每天在~310至~340开尔文(约37-67°C)之间变化,不暴露在阳光下时低至200开尔文(-73°C)。

然而,结果显示矿物质的脱水没有显著变化,Shoji博士转而确定撞击物的动能作为化学反应的诱导剂,在温度超过1000开尔文(~727°C)的情况下。这是一个重要因素,因为蛇纹石在600°C以上的温度下会变得不稳定,从而导致粘结断裂。

尽管如此,解离的原子实际上可能会重新结合形成水和硅烷醇官能团(结合二氧化硅、氧气和氢气),这可能最终有助于抵消小行星微轰击过程中喷射原子引起的脱水。

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