高保真仿真提供对2013年车里雅宾斯克流星的洞察

一颗小型小行星在俄罗斯车里雅宾斯克上空爆炸，在整个地区发出巨大的冲击波和音爆，损坏建筑物，造成约200，20人受伤。由此产生的流星直径约为<>米(大约相当于六层楼的大小)，是一百多年来在地球大气层中检测到的最大流星之一。

十年后，劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)行星防御计划的科学家正在发布他们对空爆事件的研究细节。该团队在过去三年中一直在建模和模拟车里雅宾斯克流星的大气破裂。他们的研究强调了材料强度和断裂在破碎动力学中的重要作用。

尽管各种研究机构都研究了车里雅宾斯克事件，但LLNL的科学家是第一个使用基于从事件中回收的陨石研究数据的材料模型以全3D模拟车里雅宾斯克流星的人。与历史上的流星事件不同，2013年的空爆事件是从多个角度记录在手机和安全摄像头视频上的，并在撞击后不久从切巴库尔湖中发现了500公斤的碎片。

他们的模拟 - 与实际观察到的事件非常接近 - 表明该物体可能是整体，或者是一块岩石。研究人员说，如果是这种情况，材料强度和断裂在物体的破碎和产生的冲击波中起着重要作用。

“这实际上只能通过3D模拟捕获，”该项目的首席研究员Jason Pearl说。“当您将LLNL在撞击物理和水文方面的专业知识与实验室最先进的高性能计算能力相结合时，我们具有独特的优势，可以对流星进行全3D建模和模拟。

“我们的研究强调了使用这些类型的高保真模型来理解小行星空爆事件的重要性，”珀尔说。“许多较小的小行星是瓦砾堆，或者松散的太空砾石集合，所以巨石的可能性真的很有趣。

研究小组使用平滑粒子流体动力学(SPH)，一种用于模拟固体力学和流体流动动力学的计算方法，来检查车里雅宾斯克大小的整体小行星的分裂模式。在他们的模拟中，研究小组发现，当小行星后部在拉应力下形成主要裂缝时，就会发生空爆。裂缝向小行星前部扩展的时间尺度控制着小行星在进入地球大气层时分裂成更小碎片的时间。然后，激波前沿附近的一系列碎片暂时屏蔽了一个完全受损的物质区域，直到在地球表面上方约30公里处，完整的碎片分离，碎片暴露在自由流中。最后，碎片云迅速减速，剩余的碎片继续分解成更小的岩石块。

解体过程是物理学丰富的，LLNL物理学家Mike Owen解释说。小行星与大气的耦合取决于它有多少表面积。表面积越大，物体受热、应力和压力的暴露就越大。

“当小行星进入大气层时，你开始出现灾难性的失败，”欧文说。“而且它倾向于向行进方向压缩。就像小行星在行进方向上被挤压，分裂成不同的碎片，开始分离并垂直于行进方向断裂。

“突然之间，你有更多的物质暴露在与空气的高超音速相互作用中，更多的热量被倾倒，更多的压力，这使得它破裂得更快，你会得到一个级联失控的过程。

更好地了解分裂过程可用于建立更好的统计模型，以应对车里雅宾斯克大小的小行星构成的风险。了解这些物体如何分解并将其能量转移到大气中对于提供对它们可能造成的损害的良好估计至关重要，并可用于更好地为民防策略提供信息，LLNL的Cody Raskin说，他是该项目的主要贡献者。

这项研究的长期目标是使用这些模型来评估未来流星事件的地面影响，预测可能受到影响的地区。

“近年来，我们探测小型小行星的能力大大提高，”拉斯金说。“如果我们能及时看到一颗小行星接近地球，我们可以运行我们的模型并通知当局或潜在风险，类似于飓风地图。然后，他们可以采取适当的保护措施，例如疏散居民或发布就地避难令，最终挽救生命。

欧文说，流星事件是自然灾害，就像任何其他自然灾害一样，我们可以做更多的事情来做好准备。“它们不是高概率事件，但我们也不应该将它们视为科幻小说。

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