中大新聞網(wǎng)訊（通訊員許睿）在太陽系天體表面，最常見的地貌特征是小行星和彗星撞擊形成的撞擊坑。天體撞擊伴隨著巨大的能量釋放，過程與導彈或埋藏核爆相似，但撞擊形成的“彈坑”直徑可達數(shù)千千米，同時向外拋射了大量的濺射物。其中，最耀眼的是明亮的濺射紋，有些可以覆蓋全球。濺射物一般被認為圍繞中心撞擊坑呈放射狀分布。最新研究發(fā)現(xiàn)：濺射紋會“轉(zhuǎn)彎”。
圖示：水星（直徑4880 km）的假彩色圖像，白色的亮色條帶為撞擊坑形成的濺射紋。
該研究成果來自于中山大學大氣科學學院的肖智勇教授團隊，對“轉(zhuǎn)彎”的濺射紋做出了解釋。
“非放射狀分布的濺射紋在水星，月球，火星表面普遍存在。”肖智勇說。濺射紋發(fā)生彎曲的現(xiàn)象是撞擊過程的固有產(chǎn)物。
濺射紋為什么會發(fā)生彎曲？旋轉(zhuǎn)天體上的彈道飛行軌跡受天體自轉(zhuǎn)的影響（即科里奧利力效應），因此，濺射紋可能會發(fā)生彎曲。以水星為例，如果是快達6個地球日的自轉(zhuǎn)周期，撞擊濺射物在水星上空經(jīng)歷彈道飛行后，沉積下來的樣式可以具有明顯的“轉(zhuǎn)彎”現(xiàn)象。這種可能性很有意思，因為目前對水星達到潮汐鎖定狀態(tài)的時間、水星巖石圈層結構形成的時間等熱點研究問題還存在爭議，而這些問題與水星的自轉(zhuǎn)速度緊密相關。
“除了天體自轉(zhuǎn)的影響，撞擊過程的非均一性足以解釋這些異常的濺射物分布。”肖智勇說。團隊研究通過粒子群彈道飛行模擬發(fā)現(xiàn)，水星上的這條彎曲的濺射紋不是由更快的旋轉(zhuǎn)速度引起，而是由突變的濺射角產(chǎn)生。撞擊前撞擊體和靶體中存在廣泛的非均質(zhì)性，具有不同的沖擊阻抗，進而影響沖擊波和稀疏波的傳播、相互作用方式，最終引發(fā)濺射角的突變。
這個發(fā)現(xiàn)為廣泛使用的斯坦諾定律(Steno’s Law)的可靠性筑高了護欄：地質(zhì)單元的疊覆關系是判定地外天體表面物質(zhì)的相對新老關系的基礎，也是構建全球和區(qū)域地層體系的基本定律；然而，突變的濺射角度可能導致同一個撞擊坑的濺射物在不同的時間點、從不同方向在同一地點沉積，形成偽交切關系。這個研究也對廣泛使用的基于撞擊坑統(tǒng)計的定年方法提出技術改進：濺射角突變形成了很多不易被識別和排除的背景二次坑，撞擊坑統(tǒng)計定年需要開展跨區(qū)域的對比。
該研究成果以“Untrackable distal ejecta on planetary surfaces”為題，于2023年3月1日發(fā)表在Nature Communications。文章的第一作者是大氣科學學院博士研究生許睿，通訊作者是肖智勇教授，中山大學大氣科學學院為第一完成單位。
