最新对小行星Psyche进行的2D和3D计算机模拟表明，这颗小行星的成分可能是金属且多孔，有点像飞行的宇宙碎石堆。小行星Psyche是主带上最大的小行星，了解这一点对于美国宇航局（NASA）即将进行的小行星任务《Psyche：金属世界之旅》至关重要，该任务将于2022年发射。洛斯阿拉莫斯国家实验室奇克·凯勒(Chick Keller)博士后研究员温迪·K·考德威尔(Wendy K.Caldwell)说：
这将是第一次访问金属小行星，我们科学界在发射前对小行星Psyche了解得越多，就越有可能拥有最合适的工具来研究Psyche小行星和收集数据，考德威尔并在《Icarus》杂志上发表了一篇研究论文。Psyche小行星是一个值得研究的有趣天体，因为它很可能是在吸积阶段被破坏的行星核心残留物，如果它确实主要是金属的，我们就可以从Psyche小行星那里学到很多关于行星形成的更多知识。
对小行星上撞击结构进行建模有助于我们理解这个金属天体，以及大型金属天体上的陨石坑过程与岩石和冰冷物体上的陨石坑过程有何不同。研究提供了Psyche小行星最大撞击坑形成的首个3-D模型，也是第一个使用撞击坑模型来告知小行星组成的研究。2-D和3-D模型表明了一个倾斜的撞击角，在这个角度上，进入的撞击物体会撞击小行星表面，在给定可能涉及的物质情况下，以非常具体和可预测的方式使Psyche小行星变形。
金属小行星变形与其他常见的小行星物质（如硅酸盐）不同，撞击成分与Psyche小行星相似的目标应该会导致类似于在Psyche小行星上观察到的陨石坑。一段使用模拟输出的动画视频显示了理论上的撞击场景，该场景可能会产生Psyche小行星上最大的陨石坑。模拟显示了一些物质材料在撞击后如何被喷射到太空中，并揭示了陨石坑变形阶段，在该阶段，撞击区域显示了产生的撞毁物质材料。
研究通过修改阶段模拟撞击的能力，对于理解金属天体上的陨石坑是如何形成的至关重要。在陨石坑形成的早期阶段，目标材料的行为就像流体一样。然而，在修改阶段，目标材料的强度对没有喷射到陨石坑的材料如何‘稳定下来’起着关键作用。研究结果证实了基于观测测量技术对Psyche小行星成分的估计。特别令人感兴趣的是提供最佳匹配的材料，Monel。
Monel是一种合金，以加拿大萨德伯里陨石坑的矿石为基础，萨德伯里陨石坑是加拿大的一个撞击结构。这些矿石被认为来自形成陨石坑的撞击器，这意味着矿石本身很可能来自外星。使用Monel的建模成功表明，Psyche小行星的材料成分在冲击条件下的行为类似于外星金属。这项工作中使用建模工具在洛斯阿拉莫斯超级计算机上运行，以前被证明在模拟撞击坑方面是有效的，也是在Psyche小行星上模拟陨石坑形成的理想选择。
根据可能的撞击速度、局部重力和体积密度估计，Psyche小行星最大陨石坑的形成，很可能是由强度而不是重力决定的。研究利用实验室的资源所能完成的工作是令人难以置信，所用超级计算机是世界上最强大的计算机之一，对于像小行星撞击这样的大问题，研究真的依赖数值建模工具来补充观测数据。
博科园｜研究/来自：洛斯阿拉莫斯国家实验室
参考期刊《Icarus》
DOI: 10.1016/j.icarus.2020.113962
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