科學家終於解開隕石坑周圍圖案的謎團

熾熱的岩石不斷地轟炸太陽系的行星體，留下了長久的傷痕。這些凹痕，以隕石坑的形式，可以用來了解我們在浩瀚宇宙的歷史，促使科學家們狂熱地研究它們的特徵。然而，在隕石坑周圍常見的圖案仍然是一個謎。有時，這些隕石坑中的碎片呈放射狀分布在撞擊區周圍。在實驗室里，科學家們試圖通過將球扔進盛有沙子或珠子的容器中複製出這些圖案，但收效甚微。但在6月27日發表在《物理評論快報》雜誌上的一項最新研究中，一組科學家終於在理解隕石坑射線是如何形成的方面取得了一些進展，而且他們的靈感來自一個意想不到的來源：高中生。

沖繩科技研究院研究生院的塔潘·薩布瓦拉正在互聯網上搜尋其他研究人員的視頻，希望能找到在沙盒實驗中製造隕石坑射線的人。雖然沒有一個專家能夠完成這樣的實驗，但薩布瓦拉偶然發現了一個視頻，高中生們正在那裡製作優雅的光線。薩布瓦拉說：「我非常興奮地看到，有證據表明，射線樣的圖案實際上是在實驗中產生的，至少在第一眼看來，看起來和我們一直在做的非常相似。」「當然，這個事實也同樣讓人困惑，為什麼射線是在學生的實驗中產生的，而不是在我們的實驗中。」

結果證明，這些學生之所以能夠成功，是因為他們沒有「啟動」沙箱。在讓他們的球掉下來之前，先把沙盒弄平。相反，它們開始於一個凹凸不平的表面，一個能更準確地反映行星和衛星的自然景觀的表面。在意識到這一點之後，薩布瓦拉和他的團隊開始了工作，進行了更多的實驗，但這次從凹凸不平的表面開始。通過這種方法，他們最終獲得了關於隕石坑射線是如何產生的關鍵見解。這些射線的數量取決於球體的大小與表面起伏的大小的比率；就隕石的影響而言，這相當於隕石的大小與受影響的月球或行星表面的山谷之間的空間的大小。

薩布瓦拉說，這種模式的直截了當令人驚訝。「模型只是一個幾何問題，不需要關於球的材料或表面，或球的速度或任何其他細節的信息。這為我們提供了一種新的、簡單的方法來估計形成射線狀隕石坑的撞擊器的大小。」在模擬中，薩布瓦拉和他的團隊分析了沙粒在撞擊時是如何從地表噴出的。他們的結果表明，隕石坑射線是由於球（代表隕石）撞擊表面時產生的衝擊波的相互作用而形成的。如果表面最初是光滑的，這就會產生類似的平滑衝擊波，均勻地分散拋出的顆粒——沒有射線。

但在凹凸不平的表面上，這種衝擊波變得不對稱，導致噴出物在某些區域結塊，並形成從撞擊區散出的射線。特別是，射線形成的地方，球與表面的傾斜邊緣相交（在行星或衛星的情況下，山谷的邊緣）。有了這些新的見解，團隊能夠根據衝擊前表面的初始布局，預先預測出多少射線。同樣，在撞擊之後，它們還能追蹤出單個射線的來源。研究顆粒流的西方大學實驗物理學家約翰·德·布魯恩指出，隕石坑的形成是一個複雜的過程，在很短的時間內會發生許多不同的事情。

「這很難研究，部分原因是我們不能直接觀察或研究撞擊坑的形成過程。我們要做的就是在實際事件發生幾百萬年後，留下的東西。」他解釋說。德布魯恩說，雖然還需要進一步的實驗和模擬，以確認薩布瓦拉和他的團隊的觀測結果是否真正反映了火山口形成的過程，但這些數據似乎確實令人信服。「他們的研究結果還表明，隕石坑射線包含了撞擊月球形成隕石坑的岩石的大小信息，」德布魯恩說。「如果我們能夠提取這些信息，那麼我可以想像非常令人興奮的事情–更多地了解40億年前撞擊月球的岩石的大小，將會給我們提供很多關於太陽系形成的信息，以及太陽系最初幾年的情況。

」總的來說，這個團隊從那些簡單地在沙箱中做實驗的年輕學生那裡獲得了很多真知灼見。也許，我們得到的一個教訓是，實驗室里精心設計的設備可能過於「整潔」。薩布瓦拉說：「我們對偶然的實驗結果感到驚訝，但並不是因為我們的靈感來自學生這一事實。」「它僅僅強調了我們周圍有很多有趣的科學現象，我們只是需要敏銳的好奇心去發現它們。」

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