小行星撞击或彻底改变一颗火星卫星面貌

一次小行星撞击可能造就了火卫二的南部洼地，并在这颗火星卫星的整个表面散布了一层厚厚的碎片。相同的模拟结果表明，火卫二之所以能够幸存下来，是因为其脆弱、多孔的内部结构有助于吸收撞击的冲击力。图片来源：美国国家航空航天局喷气推进实验室加利福尼亚理工学院亚利桑那大学

一次小行星撞击可能雕刻出了火卫二，使其表面掩埋在碎片之下，并重塑了这颗火星卫星的整体形态。

伯尔尼大学领导的国际团队发现，一次小行星碰撞可能彻底重塑了火星两颗卫星中较小的德摩斯，并使其表面呈现出异常光滑且布满尘埃的特征。

研究人员结合高分辨率计算机模拟与欧空局赫拉号航天器的新观测数据，其结果表明，一次撞击事件可能同时解释了火卫二南极附近的大凹陷以及覆盖该卫星大部分区域的松散碎屑层。

这项研究也是第一项利用赫拉号飞越火卫二期间所收集数据开展的科学研究。这些研究结果有助于为未来的任务提供指导，包括日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）正在筹备的火星卫星探测（MMX）任务。

日本火星卫星探测（MMX）航天器的艺术想象图，该航天器搭载了一台美国国家航空航天局（NASA）的仪器，用于研究火星卫星火卫一和火卫二。图片来源：日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）美国国家航空航天局（NASA）

为什么火卫二看起来与火卫一大不相同

火卫二是火星两颗卫星中较小且距离较远的一颗。它的形状大致呈椭圆形，在其南极附近有一个显著的凹陷区域。

它的表面看起来也与火星的另一颗卫星火卫一截然不同。火卫一布满了撞击坑和其他痕迹，而火卫二看起来要光滑得多，因为它被松散的尘土、碎石和其他碎块所覆盖。科学家把这种物质称为月壤。

尽管数十年来航天器已对火卫二（Deimos）拍摄了日益清晰的照片，但研究人员仍不清楚其南部凹陷的形成机制，也不确定广泛分布的表岩屑来源。

由萨比娜拉杜坎博士牵头的一项新研究为这两个谜团提供了一种可能的解释。该研究的参与者来自诸如蓝色海岸天文台、亚利桑那大学和东京大学等机构。

拉杜坎曾任职于伯尔尼大学物理研究所空间研究与行星科学部（WP），后担任国际空间科学研究所科学项目主管及布鲁塞尔自由大学高级研究员。

利用伯尔尼平滑粒子流体动力学（SPH）代码创建的高分辨率模拟，该团队发现，南极大坑很可能是由一次单一的小行星撞击造成的，这次撞击威力强大，但还不足以将火卫二撞碎。同一次碰撞也可能产生了如今散布在这颗卫星表面的风化层。

这项发表在《自然天文学》上的研究是首篇纳入赫耳墨斯小行星拦截、重返及分析任务（Hera）近距离飞越火卫二数据的科学论文。赫耳墨斯小行星拦截、重返及分析任务（Hera）目前正朝着小行星卫星迪莫弗斯进发。

该示意图展示了美国国家航空航天局（NASA）的双小行星重定向测试（DART）航天器在撞击迪迪莫斯双小行星系统前的状态。图片来源：NASA约翰斯霍普金斯大学应用物理实验室史蒂夫格里本

重现一场古代碰撞

为测试不同撞击情景，研究人员采用了伯尔尼SPH代码，该系统由伯尔尼大学开发，用于模拟小行星、彗星与行星之间的碰撞过程。

该软件将碰撞物体表示为数百万个独立的粒子。然后，研究人员可以调整诸如重力、密度、材料强度、撞击速度和撞击角度等因素，以观察不同的碰撞是如何展开的。

伯尔尼大学在模拟行星撞击方面拥有丰富的经验。此前，同样的方法曾被用于模拟美国国家航空航天局（NASA）的双小行星重定向测试（DART）航天器撞击小行星迪莫弗斯。

研究负责人萨比娜拉杜坎解释说：该代码在伯尔尼大学的一个高性能计算集群上运行，是少数能够进行此类模拟的代码之一。她也是欧洲航天局赫拉任务的赫拉撞击物理工作组的联合主席。

该团队模拟了许多不同的场景，改变了撞击体的大小和速度、撞击角度以及关于火卫二内部结构的假设。

我们进行了大约一百次模拟——每次模拟大约需要一周时间。

研究人员随后将结果与欧洲航天局的赫拉号探测器收集的观测数据进行了比较。

赫拉号（Hera）的主要任务是研究美国国家航空航天局（NASA）的双小行星重定向测试（DART）任务撞击迪莫弗斯（Dimorphos）小行星后的结果。DART任务故意撞击这颗小行星卫星，旨在测试航天器撞击是否能够改变小行星的运行轨迹，这一技术未来或许有助于保护地球免受危险来袭天体的威胁。

2025年3月，赫拉号飞船飞越火星进行了一次引力助推机动，这帮助飞船调整航向，前往迪莫福斯。在那次交会过程中，赫拉号还近距离观测了火卫二，为科学家们提供了观察这颗火星卫星的难得机会。

一次撞击或可解释两大特征

模拟结果最为明确地指向了一种特定情景。

根据该模型，一颗直径约320米的小行星以45度角撞击了火卫二。那次碰撞可能形成了在南极附近所见凹坑的大小和形状。

这也可以解释广泛分布的风化层。

这次撞击会将大量物质抛撒在火卫二上，把较古老的地表特征掩埋在了层层碎片之下。在一些区域，那些物质的厚度可能超过两百米。

因此，我们的模拟显示，一次撞击就足以决定性地塑造火卫二目前的地貌，伯尔尼大学空间研究与行星科学系（WP）的合著者马丁尤齐解释道，他同时也是赫拉撞击物理工作组的联合主席。

这次撞击的力度足以使物质在全球范围内重新分布，但又不至于强大到让月球破碎。

模拟结果与航天器观测数据的吻合表明，火卫二具有异常薄弱的外层和高度多孔的内部结构。

这种多孔结构或许有助于吸收并缓冲碰撞的冲击力，使月球能够在一场足以将碎片散布到其几乎整个表面的事件中幸存下来。

拉杜坎说：就其物理特性而言，火卫二更类似于所谓的碎石堆小行星，而非地球的月球。

rubblepileasteroids是由松散结合的碎片而非单一整块岩石构成的天体。

但这并不一定意味着火卫二实际上是一颗小行星。它也可能是由火星遭受撞击时喷射出的物质形成的。

哪些未来任务可以进行测试

对于火卫二表面光滑和其南部盆地的形成，其他解释仍然存在，但这项新研究提出了一种能够同时解释这两个特征的可能情况。

它还提供了未来航天器可以验证的具体预测。

日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）正在为火星卫星探索（MMX）任务做准备，该任务计划于2026年发射。MMX旨在详细研究两颗火星卫星，并将火卫一的样本带回地球。

拉杜坎解释说：我们的研究为日本的MMX任务提供了重要且具体的预测，比如火星卫星火卫二的风化层厚度和分布情况，以及火卫二物质的力学性质。

这让MMX对其仪器——以及最终的样本采集——有了更清晰的预期。

参考文献10.1038s4155002602956w

相关知识（天文术语）

小行星是围绕太阳运行的岩石或金属天体，体积比行星小，主要分布在火星和木星之间的小行星带。它们是太阳系形成时遗留下来的物质，研究有助于了解宇宙的起源和演化。

BY: University of Bern

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选文：天文志愿文章组-

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参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自： https://scitechdaily.com/one-asteroid-strike-may-have-reshaped-an-entire-martian-moon/

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