Asteroid impact cratering and ejecta dust diffusion process
Abstract
小行星撞击地球虽属小概率事件，却是一种灾害链极端复杂的自然灾害，伴随着超高温、超高压、超高速等撞击动力效应。小行星撞击成坑伴随有大量的溅射粉尘产生，这些溅射粉尘会被高速抛射进入大气层，甚至部分粉尘进入平流层扩散并可能引发全球性的环境效应。本文从撞击成坑“溅射粉尘形成→粉尘对流层运动→粉尘平流层扩散”全过程中不同阶段的物理力学机制出发，提出了小行星撞击成坑及溅射粉尘扩散数值分析方法。基于有限元-光滑粒子流体动力学（finite element method-smoothed particle hydrodynamics，FEM-SPH）耦合方法，实现了小行星撞击成坑动力过程及溅射粉尘质量、动力特征的定量分析，揭示了溅射粉尘质量与小行星撞击能在双对数坐标系呈现良好的线性关系；提出了基于有限体积法（finite volume method，FVM）的溅射粉尘在空气冲击波及重力驱动下在大气层中的动力扩散分析方法，揭示了撞击溅射粉尘从“初始高浓度速射→冲击波驱动扩散→气流涡旋强化混合→粉尘持续扩散”的动力学演化过程；在此基础上，利用FLEXPART（flexible particle dispersion model）模型分析了粉尘平流层全球扩散的时间效应，揭示了粉尘在平流层扩散具有“快速扩散→逐步高纬扩展→长期趋于平稳”的时序性与层次性特征。本文建立的研究方法为未来小行星防御提供了有效的理论和技术支撑。
Fields of Study & Subjects
Astro and Planetary Science
Fluid Dynamics Simulations and Interactions
High-Velocity Impact and Material Behavior
Publication details
- Journal / source
- Chinese Science Bulletin (Chinese Version)
- Volume
- 71
- Issue
- 17
- Pages
- 3927–3936
- Publication date
- 3 March 2026
- Language
- EN