揭示全球目前已知最长的阿勒泰陨落带的形成之谜

摘要：

深入了解小行星在地球大气层中的运动方式对近地小天体防御工作具有启示性意义。中国科学院紫金山天文台研究人员联合美国亚利桑那大学、中山大学、澳门科技大学等单位研究人员证实新疆阿勒泰地区的多块大质量铁陨石形成了目前世界上已知最长的陨落带（430千米），其形成可能和小行星的低角度入射（~6.5-7.3°）、在大气层中“打水漂”式的运动方式相关。该工作揭示了全球目前已知最长的阿勒泰陨落带的形成之谜，有助于揭示小行星在大气层中的飞行过程，为近地小行星撞击危险走廊的高精度判别构建了新的方法。

小行星进入地球大气层后，在飞行过程中有可能发生空爆和裂解，从而形成陨石雨。在此过程中，小行星会释放出能量甚至引起强烈空爆。因此，深入了解小行星在大气层中的运动方式极其关键。陨落带是由同一次陨落事件散落在地表的陨石组成，是小行星在大气层中飞行过程中或者撞击地面后裂解的产物，能够综合反映小行星的运动轨迹、动力学以及物理性质。

图1 阿勒泰陨石块体分布图。陨落带西北端小东沟地区详情见右上角的地图，仅国际陨石学会报道的阿勒泰陨石块体被列出(www.lpi.usra.edu/meteor/metbull.php)。

我国新疆阿勒泰地区发现了28吨、23吨、18吨、5吨、0.43吨等多块大质量铁陨石，目前发现的总质量超过了74吨，国际官方命名为阿勒泰IIIE异常型铁陨石。阿勒泰铁陨石陨落带总长达430千米，从新疆木垒县沿西北方向一直贯穿至阿勒泰市郊小东沟附近，远远超过了常见的长度为几千米-几十千米的普通陨落带，是世界上最长的陨落带（图1）。在前人的研究基础上，紫台研究人员与合作者运用加州大学洛杉矶分校改进后的中子活化方法，证实了这些铁陨石个体的成分一致，内部矿物岩石结构相同，同属于异常型的IIIE类铁陨石，是成对陨石。

考虑到在阿勒泰地区目前尚未有陨石坑出露报道，且0.43吨和23吨块体陨落地点相距过长等因素，研究人员排除了阿勒泰陨落带是由小行星撞击地面后解体、溅射形成的可能，认为是小行星降落过程中多次解体后形成。阿勒泰陨落带远远超过了一般长达几千米-几十千米的普通陨落带，是世界上最长的陨落带。这说明，该小行星在大气层中具有极其特殊的运动方式或者动力学特征。

研究人员进一步对阿勒泰陨落带的形成机制进行了模拟。考虑到单个小行星进入大气层的情况，研究人员发现像阿勒泰这样超长陨落带的形成和小行星的低角度入射、“打水漂”式运动方式相关。模拟计算表明，一颗重量大约280-3440吨的小行星以~12-15千米/秒的速度闯入地球大气层，小行星的入射角很低（~6.5-7.3°），在大气层中以“打水漂”方式从东南向西北飞行，且在空中发生了多次裂解。模拟结果能够较好的解释阿勒泰铁陨石的分布特征。目前在阿勒泰市小东沟地区（陨落带的西北端）发现散落着多块5-23吨的大质量块体，研究人员认为这是小行星内部结构不均一，导致其在陨落带的末端发生了进一步裂解。这种“打水漂”式的运动方式使得其能量在大气中“缓释”，相当于小行星在大气层中进行了长距离的慢刹车过程，使得其最终撞击地面速度较低，可减轻撞击危害。但是考虑到其较长的飞行距离，如果发生多次空爆，产生的碎片可能会影响较大的区域范围。

该工作建立了近地小行星进入地球大气层的轨道动力学模型，通过创新性地提出小行星“打水漂”式轨道陨落机制，揭示了全球目前已知最长的阿勒泰陨落带的形成之谜，为近地小行星撞击危险走廊的高精度判别构建了新的方法。

图2 阿勒泰小行星的模拟结果。该模拟结果为代表性展示。横轴上方为模拟块体质量，阿勒泰铁陨石实际分布见红色椭圆。mi=模拟初始质量，v_i=模拟初始速度，m_TF=模拟落地块体总质量，m_MF=模拟最大落地块体质量，D_>0.5tons=大于0.5吨落地块体最长相隔距离，D_>20tons=大于20吨落地块体最长相隔距离。

      研究成果发表于国际学术期刊《Science Advances》上。中国科学院紫金山天文台李晔副研究员是该研究的第一作者，与徐伟彪研究员为共同通讯作者，李彬高级工程师为共同一作。合作者包括亚利桑那大学的A.J.T. Jull教授，紫台的廖世勇副研究员、赵玉晖副研究员和赵海斌研究员，中山大学的吴蕴华博士，澳门科技大学的李少林助理教授和邓志培助理教授。

论文信息： Li, Y.*, Li, B., Hsu, W.*, Jull, A.J.Timothy, Liao, S., Zhao, Y., Zhao, H., Wu, Y., Li, S. and Tang, C., 2022. A unique stone skipping-like trajectory of asteroid Aletai. Science Advances, 8, eabm8890.  https://science.org/doi/10.1126/sciadv.abm8890

作者：李晔 李彬