当彗星撞击被潮汐锁定的类地行星时
1994年，舒梅克-列维9号彗星碎片撞击木星大气层的紫外线图像。顶部附近的黑点是木星的卫星木卫一。图片来源：美国国家航空航天局哈勃太空望远镜彗星团队
（蜘蛛网eeook.com）据美国物理学家组织网（David Appell）：撞击地球的彗星喜忧参半。在地球历史的早期，在太阳系混乱的开端，它们可能是我们星球水的来源，最终约占地球质量的0.02%。（火星和金星也获得了类似的分数。）
彗星带来了复杂的有机分子和生物圈，但后来在彗星碰撞中对其构成了威胁。1908年，一颗彗星（或小行星）可能导致了俄罗斯的通古斯事件，而彗星碎片可能引发了12800年前新仙女木的快速气候变化，导致其广泛灭绝。
如果这种碰撞发生在这里，它们也可能发生在其他太阳系。现在，英国的三位科学家已经模拟了一颗冰冷的彗星与一颗类地、潮汐锁定的类地行星碰撞的影响。这些天体是寻找太阳系外可居住系外行星的主要候选者。
他们发现，即使是相对较小的彗星撞击也会显著破坏类地（类地）潮汐锁定行星的气候，并向大气输送氧气，成为系外行星海洋的来源。事实上，我们甚至可以用今天的太空望远镜来观察它们。
他们关于这一主题的两篇论文中的第一篇发表在《天体物理学杂志》上。
事实上，与地球相比，潮汐锁定的系外行星总是显示出与恒星相同的一面，可能会有更高的彗星撞击率。这是因为它们中的许多都在M矮星的宜居带内运行，这是一个非常接近这些冷恒星的区域。
在如此小的轨道距离下，系外行星的轨道速度将高于地球（开普勒第二定律），这与彗星入侵者的恒星聚焦效应相结合，将产生更高的撞击率。
例如，距离地球约40光年的TRAPPIST-1行星系统有一颗冷的红色M矮星（“红矮星”），它有七颗已知的系外行星，所有行星的轨道距离都在0.01到0.06天文单位之间，轨道周期在1.5到19天之间。其中三四颗系外行星可能位于恒星的宜居带，在那里，系外行星表面可能存在液态水。
M矮星是银河系中最常见的恒星类型，约占所有恒星的75%。如此接近M矮星也可能影响系外行星的大气动力学和化学性质，进而影响大气对彗星撞击的反应。
这些靠近的系外行星可以通过潮汐力矩与其恒星进行显著的角动量交换。这些是Sainsbury-Martinez和他的两位同事重点研究的系外行星类型。
为了研究单个彗星撞击的影响，该小组将塞恩斯伯里-马丁内斯和一位同事创建的2024年彗星撞击模型与之前用于探索地球模拟系外行星和潮汐锁定系外行星的大气动力学和化学的通用气候模型相结合。
彗星撞击模型包括彗星破碎和彗星表面热烧蚀（熔化）动力学的物理学。他们假设一颗由纯水冰组成的2.5公里半径的彗星垂直于系外行星的表面进入，将水和热能输送到系外行星TRAPPIST-1e的类地大气层中，TRAPPIST-1是寻找宜居类地系外行星时感兴趣的重要对象。（这样一颗彗星的质量约为650亿吨，略高于珠穆朗玛峰的三分之一。）
随着彗星进入大气层，大气层的密度增加，但彗星上的大气阻力和应力也会增加，从而增加热烧蚀（熔化和蒸发）。
最终，这种撞击压力超过了彗星的抗拉强度，彗星开始破裂。这个过程可能非常复杂，但众所周知，仅考虑冲压驱动的裂解就足以再现1994年撞击木星的舒梅克-列维9号彗星列的裂解位置。
指数衰减函数用于确保彗星的所有物质及其动能在到达表面之前在大气中发生破裂。
通过运行耦合模型，该小组发现模型的大气层大约需要20年才能恢复到近似稳定状态。彗星改变了大气的含水量，大部分水的输送压力大于10帕斯卡（Pa）（地球表面压力为101000 Pa）。
经过一个月的模拟时间，压力低于100 Pa时，压力增加了几个数量级。在外层大气中，地表对水的涌入几乎没有反应，主要是由于地表附近的大气压力呈指数级增加。撞击后15年多来，中层大气中的大气水分持续时间最长。
塞恩斯伯里-马丁内斯说：“即使是相对较小的彗星撞击也会严重破坏类地行星的气候，其变化足够强烈，我们甚至可以使用太空望远镜，如目前的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）或未来的宜居世界天文台（HWO）来观测它们。”
在一篇后续论文中，他正在研究一颗类地行星的类似撞击——TRAPPIST-1e的质量仅为地球的70%——它没有被潮汐锁定。
他预计，由于大气中地球周围的水平输送，与目前模型的差异（由环流/风的差异驱动）将是显著的，而由环流/风速的差异驱动的差异是显著的——水平输送在混合中起着更重要的作用。
