岩や氷の体へのクレーターの影響による侵食と付着

岩や氷の体へのクレーターの影響による侵食と付着
2021年4月11日に提出
惑星の形成中、多数の小さな衝突体が大きな標的物体にクレーターの衝突を引き起こします。ターゲット表面の一部が侵食され、インパクター材料の一部が表面に付着します。これらの割合は、ターゲットの衝撃速度、衝撃角度、および脱出速度に依存します。この研究では、平滑化粒子流体力学シミュレーションを使用して、重力が支配的な力であり、材料強度が無視されている平面の氷のターゲットへのクレーターの影響をモデル化します。数値結果を評価することにより、ターゲット材料の脱出質量とインパクター材料のターゲット表面への降着質量のスケーリング則が導き出されます。コンパニオンスタディで最近得られた岩体の結果とともに、典型的なクレーターが地球型惑星に影響を与えるという結論が定式化されています。水星のものを除いて、正味の増加につながりましたが、巨大な惑星、例えば、レアとヨーロッパの衛星にあるものは、正味の侵食につながりました。私たちの新しく導出されたスケーリング則は、古代から今日までの惑星形成と衝突進化の間に大きな岩と氷の惑星体に発生するさまざまなクレーターの衝撃に対するターゲット体の侵食とインパクターの降着を予測するのに役立ちます。


図1.クレーターの影響（左）と噴出物の速度分布（右）の概略図。高速および低速
イジェクタは、それぞれ衝撃点の近くと遠くに発射されます。つまり、脱出質量はから発射されます
インパクトポイントの近く（左）。左側のパネルの不規則な形状のオブジェクトは、ターゲットとインパクターの材料の排出を示します
（合計量とその割合は、衝撃条件によって異なります）。点光源スケーリング法則は、
速度分布の固有の勾配-3µHH11（右パネルの黒い線;式1）、直接SPHシミュレーション
氷体のクレーターの影響の分析は、高速噴出物が速度分布に対してより急な傾斜を持っていることを示しました
（右側のパネルの灰色の線。ペーパー1も参照してください）。この不一致は、使用時にエスケープマスの過大評価につながります
ターゲットvescの考慮された脱出速度に応じた点光源スケーリング則（同じことがロッキーについても報告されました）
体;論文1）。



図2.異なる衝撃で所定の駆出速度vejeを超える累積駆出量（＞ veje;ターゲット材料）
角度θ。 黒、青、緑、および赤の線は、vimp = 6、13、34、および62 km/sのSPHシミュレーションの結果を表しています。
それぞれ。 黒い線は、点光源のスケーリング則（-3µHH11;式1）を表しています。 数値結果が収束しない
点光源スケーリングの仮定が有効であるが、これは現在の結論に影響を与えない小さな速度の場合
研究（私たちの主な関心はveje＞ vescの高速噴出物であるため）。


図3.のエスケープ質量の新しいスケーリング則の指数µHG21、tar（θ）（左）と係数CHG21、tar（θ）（右）
衝撃角度の関数としてのターゲット材料（式2および5）。 ポイントはSPHシミュレーションの結果を表します
実線の曲線は、µHG21、tar（θ）およびCHG21、tar（θ）の衝撃角の近似二次および三次関数によって定義されます。
それぞれ。


図4.さまざまなθに対するvimpの関数としてのターゲット材料のエスケープ質量（mimpの単位）。 ポイントはの結果です
SPHシミュレーション。 実線と破線は、更新されたスケーリング則を表します（式5;分M ∗HG21、esc、tar、MHH11、esc、tar）。
実線は式2と同じ関数の場合を表します（M ∗HG21、esc、tar）が使用されます。 破線はのケースを示しています
この関数は式1（MHH11、esc、tar）と同じです。 黒、青、緑、赤の線は、vesc = 1、3、6、および10 km/s、それぞれ。