隼鳥 2 號樣品返回艙（SRC）再入軌跡。圖片來源：《地震研究通訊》（2025）。DOI：10.1785/0220250032

發(fā)表在《地震研究通訊》上的一項新研究表明，流星火球事件的地震特征可用于判斷火球在穿過大氣層下落時是發(fā)生了碎裂還是保持完整。

科廷大學的艾奧娜・克萊門特及其同事在該期刊中寫道，2020 年，探測小行星的隼鳥 2 號任務(wù)的樣品返回艙在澳大利亞南部著陸，這為測試這一想法提供了獨特的機會。

克萊門特及其同事將隼鳥 2 號返回艙返回時的地震信號，與兩顆自然流星以及一枚 2.5 噸重的俄羅斯 “聯(lián)盟” 2.1b 火箭上級殘骸再入時的信號進行了對比，這些物體均墜落在澳大利亞上空。

研究人員得出結(jié)論：在下落過程中保持完整的物體 —— 隼鳥 2 號、“聯(lián)盟” 號殘骸以及其中一顆自然流星，與北昆士蘭州上空的一顆大型自然流星相比，具有明顯不同的地震特征。這顆大型自然流星可能在最后發(fā)生了劇烈的空中爆炸或解體，從而產(chǎn)生了碎裂。

克萊門特表示，火球碎裂的視覺證據(jù)十分罕見，因此有必要找到另一種方法來識別這些事件�！傲私馑榱亚闆r有助于我們模擬不同類型的太空物體在進入大氣層時可能出現(xiàn)的行為，為行星防御策略提供參考。”

她解釋道，例如，僅由物體高速穿過大氣層產(chǎn)生的沖擊波，其能量主要向一個方向輻射；而由碎裂產(chǎn)生的沖擊波，其能量會向各個方向輻射。碎裂數(shù)據(jù)有助于研究人員更精確地估計流星的墜落地點以及它們所形成的碎片區(qū)域的大小。

碎裂還能提供有關(guān)流星母體成分的寶貴信息，因為球粒隕石或石質(zhì)流星通常強度較低，比富鐵流星更容易發(fā)生碎裂�？巳R門特指出：“這種區(qū)分有助于積累關(guān)于進入地球大氣層的物體類型的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并加深我們對球粒隕石與鐵隕石相對比例的理解�！�

火球事件產(chǎn)生的沖擊波會以地震波或聲波的形式被地面捕捉到。在這項研究中，研究人員使用了澳大利亞永久性地震臺網(wǎng)以及兩個臨時高密度地震臺網(wǎng)（分別在 2018-2022 年和 2020-2022 年運行）所捕捉到的地震數(shù)據(jù)。

由于精確知曉隼鳥 2 號樣品返回艙返回地球的時間和地點，研究人員能夠聚焦于地震記錄中的痕跡，以確定并驗證該返回艙獨特的再入特征。他們證實，返回艙產(chǎn)生的沖擊波源于其彈道軌跡，也就是它高速穿過大氣層的軌跡。

克萊門特解釋說：“隼鳥 2 號返回艙觀測到的強烈信號，很大程度上得益于恰好位于其再入軌跡正下方的密集地震臺網(wǎng)。這種程度的臺站覆蓋非常罕見，使我們能夠清晰地捕捉到彈道沖擊波特征，且信噪比較高�！�

她補充道，隼鳥 2 號返回艙與 2021 年在南澳大利亞托倫斯湖上空出現(xiàn)的火球的信號極為相似，“這一點也特別有趣。這兩個事件的信號高度匹配，可能表明該火球物體沒有發(fā)生碎裂。我們從沙漠火球網(wǎng)絡(luò)獲得的數(shù)據(jù)也支持這一點，該網(wǎng)絡(luò)利用物體的亮度 —— 即光變曲線 —— 來識別碎裂情況�！�

科廷大學的沙漠火球網(wǎng)絡(luò)是澳大利亞的一個攝像機網(wǎng)絡(luò)，用于追蹤進入大氣層的流星。

研究人員指出，大氣溫度、氣壓、風力等因素的變化會影響沖擊波的傳播方式以及在地面的記錄情況。同樣，土壤類型和地形等當?shù)氐刭|(zhì)條件也會影響地震傳感器對沖擊波的探測。

克萊門特說：“雖然我們目前的方法沒有明確模擬這些影響，但它們是重要的因素，我們計劃在未來的工作中進一步研究，以提高我們解釋的準確性和可信度�！�

她指出：“這項研究是重要的第一步，我們認為將其發(fā)展成為一種用于火球特征分析的實用工具具有巨大潛力。我們還計劃將我們的方法應(yīng)用于更多的火球事件，這將有助于我們測試該方法的普遍適用性，并可能揭示新的模式或行為�！�

這項研究是《地震研究通訊》即將推出的關(guān)于 OSIRIS-REx 探測器再入的特別聚焦部分中收錄的幾篇研究論文之一。OSIRIS-REx 探測器是一項探測近地小行星 “本努” 的任務(wù)，其樣品返回艙于 2023 年返回地球。除了隼鳥 2 號和 OSIRIS-REx 之外，僅有另外兩次樣品返回艙再入事件通過地震傳感器進行了監(jiān)測。

更多信息：艾奧娜・克萊門特等，《探索大氣進入事件的地震信號探測和源識別：以隼鳥 2 號樣品返回艙為基準》，《地震研究通訊》（2025）。DOI：10.1785/0220250032

期刊信息：《地震研究通訊》

提供者：美國地震學會