地面传感器可区分完整的和碎裂的流星火球

隼鸟 2 号样品返回舱（SRC）再入轨迹。图片来源：《地震研究通讯》（2025）。DOI：10.1785/0220250032

发表在《地震研究通讯》上的一项新研究表明，流星火球事件的地震特征可用于判断火球在穿过大气层下落时是发生了碎裂还是保持完整。

科廷大学的艾奥娜・克莱门特及其同事在该期刊中写道，2020 年，探测小行星的隼鸟 2 号任务的样品返回舱在澳大利亚南部着陆，这为测试这一想法提供了独特的机会。

克莱门特及其同事将隼鸟 2 号返回舱返回时的地震信号，与两颗自然流星以及一枚 2.5 吨重的俄罗斯 “联盟” 2.1b 火箭上级残骸再入时的信号进行了对比，这些物体均坠落在澳大利亚上空。

研究人员得出结论：在下落过程中保持完整的物体 —— 隼鸟 2 号、“联盟” 号残骸以及其中一颗自然流星，与北昆士兰州上空的一颗大型自然流星相比，具有明显不同的地震特征。这颗大型自然流星可能在最后发生了剧烈的空中爆炸或解体，从而产生了碎裂。

克莱门特表示，火球碎裂的视觉证据十分罕见，因此有必要找到另一种方法来识别这些事件。“了解碎裂情况有助于我们模拟不同类型的太空物体在进入大气层时可能出现的行为，为行星防御策略提供参考。”

她解释道，例如，仅由物体高速穿过大气层产生的冲击波，其能量主要向一个方向辐射；而由碎裂产生的冲击波，其能量会向各个方向辐射。碎裂数据有助于研究人员更精确地估计流星的坠落地点以及它们所形成的碎片区域的大小。

碎裂还能提供有关流星母体成分的宝贵信息，因为球粒陨石或石质流星通常强度较低，比富铁流星更容易发生碎裂。克莱门特指出：“这种区分有助于积累关于进入地球大气层的物体类型的统计数据，并加深我们对球粒陨石与铁陨石相对比例的理解。”

火球事件产生的冲击波会以地震波或声波的形式被地面捕捉到。在这项研究中，研究人员使用了澳大利亚永久性地震台网以及两个临时高密度地震台网（分别在 2018-2022 年和 2020-2022 年运行）所捕捉到的地震数据。

由于精确知晓隼鸟 2 号样品返回舱返回地球的时间和地点，研究人员能够聚焦于地震记录中的痕迹，以确定并验证该返回舱独特的再入特征。他们证实，返回舱产生的冲击波源于其弹道轨迹，也就是它高速穿过大气层的轨迹。

克莱门特解释说：“隼鸟 2 号返回舱观测到的强烈信号，很大程度上得益于恰好位于其再入轨迹正下方的密集地震台网。这种程度的台站覆盖非常罕见，使我们能够清晰地捕捉到弹道冲击波特征，且信噪比较高。”

她补充道，隼鸟 2 号返回舱与 2021 年在南澳大利亚托伦斯湖上空出现的火球的信号极为相似，“这一点也特别有趣。这两个事件的信号高度匹配，可能表明该火球物体没有发生碎裂。我们从沙漠火球网络获得的数据也支持这一点，该网络利用物体的亮度 —— 即光变曲线 —— 来识别碎裂情况。”

科廷大学的沙漠火球网络是澳大利亚的一个摄像机网络，用于追踪进入大气层的流星。

研究人员指出，大气温度、气压、风力等因素的变化会影响冲击波的传播方式以及在地面的记录情况。同样，土壤类型和地形等当地地质条件也会影响地震传感器对冲击波的探测。

克莱门特说：“虽然我们目前的方法没有明确模拟这些影响，但它们是重要的因素，我们计划在未来的工作中进一步研究，以提高我们解释的准确性和可信度。”

她指出：“这项研究是重要的第一步，我们认为将其发展成为一种用于火球特征分析的实用工具具有巨大潜力。我们还计划将我们的方法应用于更多的火球事件，这将有助于我们测试该方法的普遍适用性，并可能揭示新的模式或行为。”

这项研究是《地震研究通讯》即将推出的关于 OSIRIS-REx 探测器再入的特别聚焦部分中收录的几篇研究论文之一。OSIRIS-REx 探测器是一项探测近地小行星 “本努” 的任务，其样品返回舱于 2023 年返回地球。除了隼鸟 2 号和 OSIRIS-REx 之外，仅有另外两次样品返回舱再入事件通过地震传感器进行了监测。

更多信息：艾奥娜・克莱门特等，《探索大气进入事件的地震信号探测和源识别：以隼鸟 2 号样品返回舱为基准》，《地震研究通讯》（2025）。DOI：10.1785/0220250032

期刊信息：《地震研究通讯》

提供者：美国地震学会

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