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高保真模擬提供2013年車里雅賓斯克流星的洞察
發布時間：2025-12-10 05:44:38 來源：桑間濮上網 作者：熱點
來自2D球體模擬的圖像顯示了車里雅賓斯克隕石在大氣層中下降時的碎片。資料來源：LLNL行星防御計劃
（神秘的真模地球uux.cn）據美國物理學家組織網（by Paul Rhien, Lawrence Livermore National Laboratory）：2013年2月15日上午，一顆小型小行星在俄羅斯車里雅賓斯克上空爆炸，擬提在該地區發出巨大的車里察沖擊波和聲波，摧毀了建筑物，雅賓造成約1200人受傷。斯克由此產生的流星流星直徑約20米（大約相當于一座六層樓的大小），是高保供年一百多年來在地球大氣層中探測到的最大的流星之一。
十年后，真模勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）行星防御計劃的擬提科學家們公布了他們對空中爆炸事件的研究細節。該團隊在過去三年中一直在對車里雅賓斯克流星的車里察大氣破裂進行建模和模擬。他們的雅賓研究強調了材料強度和斷裂在破碎動力學中的重要作用。
盡管各研究機構已經對車里雅賓斯克事件進行了研究，斯克但LLNL的流星科學家們是第一個使用基于從該事件中回收的隕石研究數據的材料模型，以全3D方式模擬車里雅賓斯克流星的高保供年科學家。與歷史上的隕石事件不同，2013年的空中爆炸事件從多個角度記錄在手機和安全攝像頭視頻中，并在撞擊后不久從Chebarkul湖上找到了一塊500公斤重的碎片。
他們的模擬結果與實際觀測到的事件非常吻合，表明該物體可能是整體的，或者是一塊巖石。研究人員表示，如果是這樣的話，材料強度和斷裂對物體的破裂以及由此產生的沖擊波起著重要作用。
該項目的首席研究員杰森·珀爾（Jason Pearl）表示：“這真的只能通過3D模擬來捕捉。”。“當您將LLNL在撞擊物理和水力編碼方面的專業知識與實驗室最先進的高性能計算能力相結合時，我們就有了獨特的定位，可以對流星進行全3D建模和模擬。
珀爾說：“我們的研究強調了使用這些類型的高保真模型來理解小行星空中爆炸事件的重要性。”。“許多較小的小行星都是碎石堆，或者松散地堆積在一起的太空礫石，所以巨石的可能性真的很有趣。”
研究團隊使用平滑粒子流體動力學（SPH）（一種用于模擬固體力學和流體流動動力學的計算方法）來研究車里雅賓斯克大小的整體小行星的破裂模式。在他們的模擬中，研究小組發現，當小行星后部在拉伸應力下形成主要裂縫時，就會發生空氣爆炸。裂縫向小行星前方傳播的時間尺度控制著小行星進入地球大氣層時分裂成更小碎片的時間。然后，激波鋒附近的一系列碎片暫時屏蔽了一個完全受損的區域，直到距離地球表面約30公里處，完整的碎片分離，碎片暴露在自由流中。最后，碎片云迅速減速，剩余的碎片繼續破碎成更小的巖石塊。
LLNL物理學家邁克·歐文（Mike Owen）解釋說，破裂過程富含物理學。小行星與大氣的耦合取決于它的表面積。表面積越大，物體接觸的熱量、應力和壓力就越大。
歐文說：“當小行星進入大氣層時，你開始出現某種災難性的失敗。”。“而且它傾向于在行進方向上壓縮。這就像小行星在行進方向被擠壓，破碎成不同的碎片，開始分離，并垂直于行進方向斷裂。
“突然之間，更多的材料暴露在與空氣的高超音速相互作用中，更多的熱量被釋放，更多的壓力被施加在它身上，這使得它更快地破裂，你會得到一種級聯的失控過程。”
對碎裂過程的更好理解可以用來建立車里雅賓斯克大小小行星風險的更好統計模型。LLNL的科迪·拉斯金（Cody Raskin）是該項目的主要貢獻者，他表示，了解這些物體是如何分解并將其能量轉移到大氣中的，這對于準確估計它們可能造成的損害至關重要，并可用于更好地為民防戰略提供信息。
這項研究的長期目標是使用這些模型來評估未來流星事件的地面效應，預測可能受到影響的區域。
拉斯金說：“近年來，我們探測小型小行星的能力大大提高。”。“如果我們能及時看到一顆小小行星接近地球，我們可以運行我們的模型，像颶風地圖一樣通知當局或潛在風險。然后他們可以采取適當的保護措施，例如疏散居民或發布就地避難令，最終挽救生命。”
“流星事件是自然災害，就像其他任何自然災害一樣，我們可以做更多的準備，”歐文說。“它們不是高概率事件，但我們也不應將它們視為科幻小說。”
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