难以置信，小行星发生地震，竟然是TA干的_风闻

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　　原作：东京大学理学系研究科地球行星科学专业  研究生2年级 西山学

　　编译：余路汉

　　校译：王雨阳

　　美编：张一帆

　　后台：库特莉亚芙卡 李子琦 徐⑨坤

　　原文链接：

　　https://www.miz.nao.ac.jp/rise/c/reading/paper-detail-20201225

　　隼鸟2号的人造撞击坑实验产生的地震会不会使得小行星表面岩石大幅移动？

　　2019年3月，笔者当时正在巴黎地球物理研究所进行短期留学，通过数值模拟预测了由“隼鸟2号”搭载的小型撞击装置“SCI”（Small Carry-on Impactor）所产生的地震活动。科学家在小行星表面上已经发现了物质移动的各类证据，其中就有小行星25143（又名“丝川”）。造成物质移动的原因中，最有力的候补为陨石撞击引发的地震活动。此前有研究表明，仅10克陨石的撞击即能对小行星整个表面产生影响，因此我们认为，2千克的SCI对小行星“龙宫”的影响应该足以引发一场大地震。实际上如果把SCI能够引发的单位体积地震能量换算为地球单位，足以匹敌导致2011年东日本大地震的能量。数值模拟表明，SCI实验产生的撞击坑附近，因地震活动岩石将能够移动超过数米的距离。

　　在这种程度的地震活动后，岩石的大幅移动只需比较SCI前后的照片就能够直接观测。我们满怀期待地迎来了2019年4月的SCI实验。实验成功地在“龙宫”造成了直径大约17米的人造撞击坑。然而……

　　人造撞击坑周边影像图（左：SCI前，右SCI后）

　　把 SCI前后的影像一对比，虽然能够清楚的看出从撞击坑飞出来的岩石和撞击坑内部的岩石发生了移动，但原本在撞击坑外部的岩石却看不出有什么大的变化。为了探究该结果与模拟情况的出入，笔者对各项参数进行了大幅修改后，又进行了多次数值模拟。结果显示，与预想产生差异的原因是“龙宫”本身的强度太弱了。

　　请大家试着原地小跳1厘米。如果这是在小行星“龙宫”上，那么你将无法再回到“龙宫”上。在“龙宫”表面的微重力下，粒子之间的主要作用力是分子间作用力（范德华力），因此“龙宫”表层强度很低。地震波的传递需要比表层强度更小的压力波，所以此次SCI实验未能引发较大的地震活动。此前的研究都未将强度的影响纳入考虑范围，是造成这次预测与实际发生差异的主要原因。

　　在此基础上，我们来思考一下在小行星上地震波是如何传递的。此前科学家已经在像“龙宫”和小行星101955这样的小行星上发现了岩石相互堆叠的现象。这样的现象地球上也有，岩石因受到较大的地震活动影响而颠落，可用于推测过去的地震活动。那么我们认为在小行星上也能够用同样的方式来进行解析。

　　在小行星101955上发现的大约40厘米的岩石（红线区域）

　　在小行星上堆叠的岩石要能留存至今，其受到较大地震活动影响的频率必须要比因撞击导致的岩石飞散频率低才可以。考虑到各种大小的陨石冲撞产生的影响，我们进行估算后发现，“龙宫”表面受的地震波影响非常大。

　　像小行星和月球表层这样，物质由各种大小不一的岩石和砂砾构成，在微粒与微粒的边界上，地震波会被反射向各个方向，是为散射现象。这种散射的强度很大程度上取决于微粒的大小。“龙宫”表层的微粒大多在10厘米上下，比起较细的月壤散射能力更强，所以地震能量很难传播到远处，也说明“龙宫”和小行星101955上的岩石的堆叠现象能够保持长时间不变。

　　“龙宫”由于本身强度较弱、地震波散射较强，是一个地震活动很难频繁发生的环境。与之相对，小行星25143“丝川”上并未发现岩石堆叠的现象。究其原因，“丝川”内部有着坚固的基石，地震能量较易传递到各个部分，也可能是其最近经历过地震活动导致的剧烈摇晃。未来以MMX（火星卫星探测计划）为首，小天体的探查任务仍将继续，像岩石堆叠这样的现象将可以作为揭示小天体内部构造与过去地质活动的指标。

『天文时刻』 牧夫出品

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透过ALMA于2017年6月拍摄到的参宿四