小行星撞击成坑及溅射粉尘扩散过程研究获进展

小行星撞击属于小概率但灾害链复杂的自然灾害，撞击伴随超高温、超高压、超高速等极端动力效应，会产生大量溅射粉尘。溅射粉尘被高速抛射进入大气层，部分粉尘进入平流层扩散，或引发全球性环境效应。开展撞击成坑—溅射粉尘全过程研究，对研究近地小行星防御与地球演化具有重要意义。目前，受技术和成本限制，室内超高速撞击试验难以开展真实工况模拟，数值模拟成为主要研究手段。但现有研究大多关注单一过程，缺少覆盖溅射粉尘形成—粉尘对流层运动—粉尘平流层扩散的完整链条的系统分析方法。

近日，中国科学院国家空间科学中心等采用多套数值模拟工具，完成小行星撞击成坑到粉尘全球扩散全链条仿真研究。研究采用有限元—光滑粒子流体动力学耦合方法，定量解析撞击成坑与溅射粉尘质量、动力学特征，发现溅射粉尘质量与小行星撞击能在双对数坐标系呈现良好线性关系；利用有限体积法揭示对流层内粉尘的四阶段演化过程；借助粒子扩散模型开展平流层长期模拟，揭示粉尘平流层扩散的时序层次性特征。模拟结果表明，小行星直径提升粉尘总产出，撞击速度提升粉尘向平流层输送比例。二者协同放大平流层粉尘载荷，巨型撞击留存的平流层粉尘对全球气候环境构成潜在威胁。

这项研究建立了覆盖撞击成坑、大气输运、全球扩散的完整数值分析框架，突破以往仅做定性、单一环节模拟的局限，可为近地小行星防御的灾害评估提供理论与技术支撑。

研究指出，当前模型做了部分简化，尚未完整考虑热效应、相变、空气动力学等复杂过程，后续需进一步发展撞击试验与数值算法。

相关研究成果发表在《科学通报》（Science Bulletin）上。

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小行星撞击地表灾害效应图

不同时刻粉尘体积分数分布（撞击速度10 km/s、直径50 m）