

当雨水击打自家后院的泥土时,水滴内部会发生复杂的现象。撞击的能量会导致“冲击压缩”、“快速颗粒流”和“毛细作用”等。更不用说 雷诺兹流体力学 了!
如果你不知道这些是什么意思,没关系,因为科学家们刚刚找到了一种更简单的方法来模拟雨滴撞击。根据明尼苏达大学的一群研究人员的说法,雨滴撞击 与小行星撞击惊人地相似。为了得出这一结论,研究人员使用了高速摄影和激光来测量当水滴落入一堆微小玻璃珠时会发生什么。
在上面的视频中,水滴缓慢地击打颗粒,向外扩散并形成一个小撞击坑。然后水会收缩,带走一层颗粒,并弹回。在更高的撞击速度下,水会在表面扩散得更广,并卷起更多的沙子,这会增加水滴的重量并降低弹跳的高度。
增加撞击能量会导致水形成手指状的突起。这些突起会卷起如此多的颗粒,以至于收缩过程会被中断;它不再形成完美的球体。
在非常高的撞击速度下,手指状的突起会进一步扩散并卷起足够多的沙砾,以至于停止弹回。
了解水滴如何与小颗粒相互作用非常重要,因为它有助于科学家理解和控制土壤侵蚀和滴灌的有效性等问题。雨滴撞击坑也曾被用来推断地球在27亿年前的空气密度。
尽管小行星比雨滴大几十亿倍(并且由岩石构成),但它们在撞击过程中能量的分布方式——以及由此产生的撞击坑的形状——非常相似。例如,研究人员发现,撞击坑的深度与其直径之比约为 0:20,这与我们在月球、火星和水星上观察到的简单撞击坑非常吻合。
虽然小行星数据正在帮助明尼苏达州的研究人员模拟水滴的动力学,但作者们认为,水滴数据也可能有助于模拟小行星撞击。这是因为当小行星撞击一个大物体,例如行星时,极高的温度和压力会使小行星液化或汽化。
作者们告诫不要将这两种现象过度联系起来,因为小行星的撞击能量比雨滴大18个数量级,所以很可能涉及不同的物理过程。“尽管如此,”他们写道,“这两种过程之间惊人的相似性表明它们可能共享值得进一步研究的共同机制。”