3D Spheral Simulation of the Chelyabinsk Meteor’s Atmospheric Breakup
隕石に限らず大気圏に突入した物体は宇宙を飛んでた時のスピードで薄い空気を押していく訳ですが、断熱圧縮で上昇した温度で溶かされると思ってたら圧縮する力で破壊される。結合力の弱い岩石は溶ける前から壊される。以下、機械翻訳。
忠実度の高いシミュレーションにより、2013 年のチェリャビンスク流星についての洞察が得られる
2023年 3月 9日
地球大気中のチェリャビンスク流星分裂の完全な 3D シミュレーション。流星は損傷状態の等高線として示されています (白は無傷、黒は完全に損傷しています)。衝撃加熱された空気ノードは、温度によって色分けされた点として表示されます。最初に破砕はオブジェクトの後部で始まります。亀裂はその後前方に伝播し、最終的にオブジェクトを 3 つのまとまりのある破片に分割します。フラグメントはその後まもなく中断されます。LLNL Planetary Defense プログラム、YouTube の画像提供。
忠実度の高いシミュレーションにより、2013 年のチェリャビンスク流星についての洞察が得られる
2013年 2月 15日の朝、小さな小惑星がロシアのチェリャビンスクで爆発し、地域全体に大きな衝撃波とソニック ブームを送り、建物に損害を与え、約 1,200 人が負傷しました。結果として生じた流星は、直径が約 20 メートル (おおよそ 6 階建ての建物の大きさ) で、100 年以上にわたって地球の大気中で分裂したことが検出された中で最大のものの 1 つでした。
10 年後、ローレンス リバモア国立研究所(LLNL) の惑星防衛プログラムの科学者たちは、エアバースト イベントの研究の詳細を発表しています。チームは過去 3 年間、チェリャビンスク流星の大気崩壊のモデル化とシミュレーションに費やしました。彼らの研究は、破壊のダイナミクスにおいて材料の強度と破壊が果たした重要な役割を強調しています。
さまざまな研究機関がチェリャビンスク イベントを研究してきましたが、LLNL の科学者は、イベントから回収された隕石の研究データに基づく材料モデルを使用して、完全な 3D でチェリャビンスク流星をシミュレートした最初の研究者でした。歴史的な隕石の出来事とは異なり、2013 年のエアバースト イベントは、複数の角度から携帯電話と防犯カメラのビデオに記録され、500 キログラムの破片が衝突の直後にチェバルクル湖から回収されました。
彼らのシミュレーションは、実際に観測された事象とほぼ一致しており、この物体はモノリシック、または単一の岩の塊であった可能性があることを示唆しています。これが事実である場合、研究者は、材料の強度と破壊が物体の崩壊とその結果生じる爆風に重要な役割を果たしたと述べています.
プロジェクトの主任研究員であるジェイソン・パール氏は、「これは実際には 3D シミュレーションでしか捉えることができないものです。「衝突物理学とハイドロコードに関する LLNL の専門知識とラボの最先端の ハイ パフォーマンス コンピューティング 機能を組み合わせることで、流星を完全な 3D でモデル化およびシミュレートする独自の立場に立つことができました。
「私たちの研究は、これらのタイプの忠実度の高いモデルを使用して小惑星のエアバースト イベントを理解することの重要性を強調しています」とパール氏は述べています。「小さな小惑星の多くは、がれきの山、または宇宙の砂利の緩い結合の集まりであるため、モノリスの可能性は非常に興味深いものです。」
チェリャビンスク火球 030923
チェリャビンスク火球が大気中を下降する際の破片を示す 2D Spheral シミュレーションの画像。画像は LLNL 惑星防衛プログラム提供。
研究チームは、固体力学と流体の流れのダイナミクスをシミュレートするために使用される計算手法である平滑化粒子流体力学 (SPH) を使用して、チェリャビンスク サイズのモノリシック小惑星の分裂モードを調べました。彼らのシミュレーションでは、チームは、小惑星の後部で引張応力の下で大きな亀裂が形成されたときにエアバーストが発生することを発見しました。小惑星の前部に向かって亀裂が伝播する時間スケールは、小惑星が地球の大気圏に突入する際に小さな破片に分裂する時間を制御します。次に、衝撃波前線近くの破片のファミリーが、完全に損傷した物質の領域を一時的に遮蔽し、地表から約 30 km 上空で無傷の破片が分離し、残骸が自由流にさらされるまで. 最後に、破片の雲は急速に減速し、残りの破片は岩の小さな塊に分裂し続けます。
LLNL 物理学者のマイク・オーウェン氏は、分裂プロセスは物理学に富んでいると説明しました。小惑星と大気との結合は、小惑星の表面積の大きさに依存します。表面積が大きいほど、オブジェクトは熱、応力、および圧力にさらされる必要があります。
「小惑星が大気圏に突入すると、一種の壊滅的な失敗が起こり始めます」とオーウェンは言いました。「そして、進行方向に圧縮する傾向があります。小惑星が進行方向に押しつぶされ、分離し始め、進行方向に垂直に壊れ始めた個別の破片に分かれているようでした。
「突然、空気との極超音速相互作用にさらされる材料が増え、熱が放出され、応力が大きくなり、壊れやすくなり、一種のカスケード暴走プロセス。
崩壊プロセスをよりよく理解することで、チェリャビンスク サイズ クラスの小惑星がもたらすリスクのより優れた統計モデルを構築することができます。これらの物体がどのように分解し、エネルギーを大気中に伝達するかを理解することは、それらが引き起こす可能性のある損害を正確に推定する上で重要であり、民間防衛戦略をより適切に知らせるために使用できると、プロジェクトの主要な貢献者である LLNL の Cody Raskin 氏は述べています。
この研究の長期的な目標は、これらのモデルを使用して、将来の流星イベントの地面への影響を評価し、影響を受ける可能性のある地域を予測することです。
「小さな小惑星を検出する私たちの能力は、近年大幅に改善されました」と Raskin 氏は述べています。「時間内に小さな小惑星が地球に接近しているのを見ることができれば、モデルを実行して、ハリケーンの地図と同様に、当局や潜在的なリスクを知らせることができます。その後、住民の避難や屋内退避命令の発行などの適切な保護措置を講じることで、最終的に命を救うことができます。」
気象現象は自然災害であり、他の自然災害と同様に、準備のためにもっとできることがある、とオーウェンは言いました.
「それらは確率の高い出来事ではありませんが、SF として片付けるべきではありません。」
関連リンクセクションにアクセスして、他のビデオを参照してください。
タグ:コンピューティング/グローバル セキュリティ/物理および生命科学
忠実度の高いシミュレーションにより、2013 年のチェリャビンスク流星についての洞察が得られる
2023年 3月 9日
地球大気中のチェリャビンスク流星分裂の完全な 3D シミュレーション。流星は損傷状態の等高線として示されています (白は無傷、黒は完全に損傷しています)。衝撃加熱された空気ノードは、温度によって色分けされた点として表示されます。最初に破砕はオブジェクトの後部で始まります。亀裂はその後前方に伝播し、最終的にオブジェクトを 3 つのまとまりのある破片に分割します。フラグメントはその後まもなく中断されます。LLNL Planetary Defense プログラム、YouTube の画像提供。
忠実度の高いシミュレーションにより、2013 年のチェリャビンスク流星についての洞察が得られる
2013年 2月 15日の朝、小さな小惑星がロシアのチェリャビンスクで爆発し、地域全体に大きな衝撃波とソニック ブームを送り、建物に損害を与え、約 1,200 人が負傷しました。結果として生じた流星は、直径が約 20 メートル (おおよそ 6 階建ての建物の大きさ) で、100 年以上にわたって地球の大気中で分裂したことが検出された中で最大のものの 1 つでした。
10 年後、ローレンス リバモア国立研究所(LLNL) の惑星防衛プログラムの科学者たちは、エアバースト イベントの研究の詳細を発表しています。チームは過去 3 年間、チェリャビンスク流星の大気崩壊のモデル化とシミュレーションに費やしました。彼らの研究は、破壊のダイナミクスにおいて材料の強度と破壊が果たした重要な役割を強調しています。
さまざまな研究機関がチェリャビンスク イベントを研究してきましたが、LLNL の科学者は、イベントから回収された隕石の研究データに基づく材料モデルを使用して、完全な 3D でチェリャビンスク流星をシミュレートした最初の研究者でした。歴史的な隕石の出来事とは異なり、2013 年のエアバースト イベントは、複数の角度から携帯電話と防犯カメラのビデオに記録され、500 キログラムの破片が衝突の直後にチェバルクル湖から回収されました。
彼らのシミュレーションは、実際に観測された事象とほぼ一致しており、この物体はモノリシック、または単一の岩の塊であった可能性があることを示唆しています。これが事実である場合、研究者は、材料の強度と破壊が物体の崩壊とその結果生じる爆風に重要な役割を果たしたと述べています.
プロジェクトの主任研究員であるジェイソン・パール氏は、「これは実際には 3D シミュレーションでしか捉えることができないものです。「衝突物理学とハイドロコードに関する LLNL の専門知識とラボの最先端の ハイ パフォーマンス コンピューティング 機能を組み合わせることで、流星を完全な 3D でモデル化およびシミュレートする独自の立場に立つことができました。
「私たちの研究は、これらのタイプの忠実度の高いモデルを使用して小惑星のエアバースト イベントを理解することの重要性を強調しています」とパール氏は述べています。「小さな小惑星の多くは、がれきの山、または宇宙の砂利の緩い結合の集まりであるため、モノリスの可能性は非常に興味深いものです。」
チェリャビンスク火球 030923
チェリャビンスク火球が大気中を下降する際の破片を示す 2D Spheral シミュレーションの画像。画像は LLNL 惑星防衛プログラム提供。
研究チームは、固体力学と流体の流れのダイナミクスをシミュレートするために使用される計算手法である平滑化粒子流体力学 (SPH) を使用して、チェリャビンスク サイズのモノリシック小惑星の分裂モードを調べました。彼らのシミュレーションでは、チームは、小惑星の後部で引張応力の下で大きな亀裂が形成されたときにエアバーストが発生することを発見しました。小惑星の前部に向かって亀裂が伝播する時間スケールは、小惑星が地球の大気圏に突入する際に小さな破片に分裂する時間を制御します。次に、衝撃波前線近くの破片のファミリーが、完全に損傷した物質の領域を一時的に遮蔽し、地表から約 30 km 上空で無傷の破片が分離し、残骸が自由流にさらされるまで. 最後に、破片の雲は急速に減速し、残りの破片は岩の小さな塊に分裂し続けます。
LLNL 物理学者のマイク・オーウェン氏は、分裂プロセスは物理学に富んでいると説明しました。小惑星と大気との結合は、小惑星の表面積の大きさに依存します。表面積が大きいほど、オブジェクトは熱、応力、および圧力にさらされる必要があります。
「小惑星が大気圏に突入すると、一種の壊滅的な失敗が起こり始めます」とオーウェンは言いました。「そして、進行方向に圧縮する傾向があります。小惑星が進行方向に押しつぶされ、分離し始め、進行方向に垂直に壊れ始めた個別の破片に分かれているようでした。
「突然、空気との極超音速相互作用にさらされる材料が増え、熱が放出され、応力が大きくなり、壊れやすくなり、一種のカスケード暴走プロセス。
崩壊プロセスをよりよく理解することで、チェリャビンスク サイズ クラスの小惑星がもたらすリスクのより優れた統計モデルを構築することができます。これらの物体がどのように分解し、エネルギーを大気中に伝達するかを理解することは、それらが引き起こす可能性のある損害を正確に推定する上で重要であり、民間防衛戦略をより適切に知らせるために使用できると、プロジェクトの主要な貢献者である LLNL の Cody Raskin 氏は述べています。
この研究の長期的な目標は、これらのモデルを使用して、将来の流星イベントの地面への影響を評価し、影響を受ける可能性のある地域を予測することです。
「小さな小惑星を検出する私たちの能力は、近年大幅に改善されました」と Raskin 氏は述べています。「時間内に小さな小惑星が地球に接近しているのを見ることができれば、モデルを実行して、ハリケーンの地図と同様に、当局や潜在的なリスクを知らせることができます。その後、住民の避難や屋内退避命令の発行などの適切な保護措置を講じることで、最終的に命を救うことができます。」
気象現象は自然災害であり、他の自然災害と同様に、準備のためにもっとできることがある、とオーウェンは言いました.
「それらは確率の高い出来事ではありませんが、SF として片付けるべきではありません。」
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タグ:コンピューティング/グローバル セキュリティ/物理および生命科学
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