一颗长周期彗星的解体不太可能与希克苏鲁伯撞击物相匹配

自K-Pg边界黏土层中发现Ir以来¹在美国，科学家们一直试图弄清引发白垩纪末期非鸟类恐龙和其他物种大灭绝的外星撞击物的起源。第一个提议是小行星¹有一段时间，一些理论用彗星撞击来解释大灭绝的周期性²．这种模型长期以来一直不受该层中Ir质量的支持，据推测是\(2.0{-}2.8 \乘以10^{11}\，\ mathm {g}\)^3.．希克苏鲁伯陨石坑的大小可以估算出小行星撞击物的直径，\(D \约10 \，\ mathm {km}\)^1，4，5．彗星通常以更高的速度撞击，在相同的撞击能量下减少了撞击体的质量⁴．尽管人们越来越认识到彗星和小行星之间存在一个连续体，但“彗星”被认为富含更多的冰(估计67P/Churyumov-Gerasimenko约为20%;⁶)，意味着每撞击物质量的Ir含量较低。一颗大小合适的碳质球粒陨石状小行星可能会带来这样的结果\(\约2.3 \乘以10^{11}\，\ mathm {g}\)的红外光谱⁴，在全球Ir层估计质量范围的中心;但彗星只能提供\(\sim 0.1 \times 10^{11} \， \ mathm {g}\)，因为它的质量会更小。尽管这些结论是长期存在的，但Siraj和Loeb⁷最近，根据动力学和地球化学的证据，他们再次争论说彗星是小行星。在这里，我们证明他们的论点是基于对文献的误解，小行星实际上仍然比彗星更受欢迎。

Siraj和Loeb⁷引用有力的证据证明希克苏鲁伯撞击物是碳质球粒陨石，但随后断言100%的彗星符合这一限制，而只有10%的小行星符合这一限制。这一论断将碳质球粒陨石与特定类型的碳质球粒陨石(CB、CH、CI、CM、CO、CR、CV)混为一谈。它低估了与希克苏鲁伯撞击物组成相匹配的小行星的比例，并且/或者高估了与之匹配的彗星的比例。

Siraj和Loeb⁷引用Bottke等人的话。⁸，声称只有30%的小行星是c型(光谱上类似于碳质球粒陨石)，似乎暗示只有40%的碳质球粒陨石是与撞击物相关的特定类型CM。事实上，c型近地小行星的比例是\ ({\ sim 40 50 \ %} {-} \)⁹．同样，希克苏鲁伯撞击物也可能是CM-或CR-like。Siraj和Loeb⁷引用来自K-Pg粘土层的化石陨石的证据，它要求撞击物是CV, CO, CR，或者可能是CM，而不是CI¹⁰．他们还引用了来自\ \(ε^ {54}\ mathrm {Cr} \)K-Pg粘土层同位素异常，认为撞击物为CM(与CR、CH、CB具有相同)\ \(ε^ {54}\ mathrm {Cr} \))，但反对CV、CO和CI¹¹．作者本可以从铂族元素模式中引用同样有力的论据，铂族元素模式支持CM或CO(允许CR)，但排除CI¹²．希克苏鲁伯撞击物的组成与CM或CR球粒陨石相匹配。Siraj和Loeb⁷认为CM球粒陨石只占一小部分\ \(大约40 \ % \)在所有碳质球粒陨石中，根据完整瀑布的统计;但更大比例的c型小行星可能与CM或CR球粒陨石匹配。至少，\({\大约40 50 \ %}{-}\)近地小行星的碳质球粒陨石，和\ \ (> 20 \ %)小行星撞击地球的具体成分与希克苏鲁伯撞击器相匹配。

Siraj和Loeb⁷声称100%的彗星都是碳质球粒陨石，这可能是不完全正确的;但彗星并没有明确地与碳质球粒陨石的任何特定亚型联系在一起。基于它们的低反照率、易碎性、缺乏球粒、无水硅酸盐的存在以及对地球的低撞击率，它们与CI型碳质球粒的关系最为密切¹³．像奥奎尔这样的CI球粒陨石有类似彗星的起源¹⁴67P/Churyumov-Gerasimenko难熔壳的反射光谱与Orgueil的不溶性有机物最为相似¹⁵．然而，67P和CI球粒陨石与碳质球粒陨石总体上仍有显著差异¹⁵彗星不需要符合任何碳质球粒陨石;但其中，它们最像CI球粒陨石。值得注意的是，上面的地球化学证据没有一条线与CI球粒陨石相一致，这表明虽然100%的彗星可能是碳质球粒陨石，但可能只有0%的彗星与希克苏鲁伯撞击器的具体组成相匹配。

最终的结果是，Siraj和Loeb⁷对小行星和彗星的地球化学证据采用不同的标准。如果撞击物必须是碳质球粒陨石，那么彗星的可能性(对于给定的撞击率)是2倍，而不是10倍。如果冲击器必须特别匹配CM或CR组成，那么\ \ (> 20 \ %)许多小行星提供了匹配，但也许没有彗星。

至关重要的是，粘土层中Ir的质量同样与小行星撞击物相匹配，而不是彗星。

Siraj和Loeb⁷低估小行星撞击地球的频率，高估彗星撞击地球的可能性。作者指出，希克苏鲁伯撞击是过去250万年中最大的一次撞击\ (D = 10 \)每公里应该以平均速度撞击地球一次\ (350 \ \ sim)最高产量研究。因此，通过它们自己的数字a的概率\(d > 10\)在过去的250万年里，一颗小行星撞击了地球\ \ (> 50 \ %)．无论彗星撞击的可能性有多大，小行星撞击都是可能发生的事件。

这是Siraj和Loeb的主要观点⁷这是一个显著的分数吗，\ (20 \ % \ \ sim)撞击地球的长周期彗星(LPCs)将首先通过太阳的罗氏极限并分裂成一些，N这可能会增加其中一颗撞击地球的可能性。一颗彗星N比最后的希克苏鲁伯撞击物大一倍的小行星，比希克苏鲁伯撞击物大小的未被破坏的大暗物质少一倍\ ((N ^ {1/3}) ^ {1 q} \),在那里\(q \约2.0{-}2.7\);但因为有更多的碎片，这将使希克苏鲁伯规模的撞击率增加一个因素\(\大约0.2 \ \ * \ N \ \ * \ N ^ {(1 q) / 3} \)，也就是\ \(大约15 \)为\(q = 2\)和\(n = 630\)(相当于一颗直径60公里的彗星分裂成直径7公里的彗星)。作者指出，未被破坏的lpc的大小与希克苏鲁伯撞击器(\(d = 7\)预计每3.8-11 Gyr撞击地球一次，所以只有当\(N \sim 10^3\)，通过因子增强通量\ (> 15 \)，即碰撞时间尺度< 250myr，与小行星相当。

尽管它很重要，但选择\(N \约630\)似乎不合理。Hahn & Rettig的分析处理¹⁶通过扩张和引力收缩的相对时间尺度，表明在相遇期间产生的碎片数量是固定的，这是彗星密度的函数，\ \(ρ_0 \)和它的近日点距离\ (r_0 \)．收缩时间标度，\ (t_ \识别mathrm{来讲}\)，以相遇时间尺度为单位，\(\tau =(G \rho _\ mathm {c})^{-1/2}\),是\ (t_ \识别mathrm{来讲}/ \ \τ\大约0.94,(ρ_ \ \ mathrm {c} / \ρ_0)^ {5}\,N ^ {5} \),在那里\(\rho _\ mathm {c} = (1 M_{\odot}) / r_0^3\)．通过数值模拟得到了以相遇时间尺度为单位的扩散时间尺度\ (t_ \识别mathrm{传播}/ \τ\大约0.7 \ N ^ {0.85} \)假设无量纲处理适用于太阳和木星。当这些时间尺度相等时，一颗被破坏的彗星就会合并成碎片，也就是\ (N \大约2.3(\ρ_ \ mathrm {c} / \ρ_0)^ {1.43}\)．彗星越靠近太阳，产生的碎片越多，但最小值为\ (r_0 \)，\(1 R_{\odot}\)，对应于\(ρ_ \ \ mathrm {c} = 5.9 \ \ mathrm {g} \ \ mathrm}{厘米^ {3}\)．假设作者\(\ _0ρ= 0.7 \ \ mathrm {g} \ \ mathrm}{厘米^ {3}\),最大潮汐破坏可以产生的碎片数量是\ (50 \ \ sim)因为彗星会不切实际地掠过太阳的光球层。假设一个更典型的\(r_0 \约0.7 \times\)罗氏极限，\(N \约12\)更有可能。这与舒梅克-列维9号潮汐分裂产生的碎片数量相似，这并不奇怪，因为木星和太阳的密度相似。请注意,¹⁷，由Siraj和Loeb引用⁷对于彗星密度，给出0.5-0.7克厘米的范围\ (^ {3} \)数据来自罗塞塔宇宙飞船显示，67P/Churyumov-Gerasimenko的密度为0.538克厘米\ (^ {3} \)¹⁸．估计\(N \sim 10^{3}\)由Siraj和Loeb制作⁷似乎是基于对哈恩和雷蒂格的误解¹⁶,不知怎么不正确和错误地设置N等于\(t / \tau\),在那里t就是碎片到达地球的时间

此外，运用哈恩和雷蒂格的形式主义¹⁶对于a的情况\(d = 60\)当它到达地球时，碎片链的长度大约是地球直径的50倍。地球将不得不拦截大约1/50的碎片，所以如果碎片链中有630个碎片，地球将拦截大约13个。这就要求希克苏鲁伯撞击是一系列\ \ (sim 13 \)地球上同样大的陨石坑，这是没有观察到的。

考虑到观测到的潮汐破坏事件，木星对舒梅克-列维9号彗星的潮汐破坏产生了大约20个碎片。类似地，木卫三和木卫四上的13个环形山链被解释为是由潮汐破坏的彗星撞击造成的，每个环形山链由6到25个环形山组成(平均11个)。¹⁹．也许与本案最直接相关的是掠日彗星。克鲁兹掠日彗星家族有9个已知的大型成员，据信是在过去几千年里通过一连串的破坏事件形成的^20.，21．还有更多的小的(直径小于100米)克鲁茨族成员，但它们只占总质量的一小部分²²．所有现有的证据都表明，潮汐破坏事件产生的大碎片数量很少，远不及630个。

Siraj和Loeb⁷证明希克苏鲁量级的彗星撞击物(\(d = 7\)Km)可能不是相当这并不像以前认为的那样罕见，因为在太阳的罗氏极限内，一些彗星可能会被潮汐破坏。30年前，Bailey等人也表达了类似的观点。²³．但即使是设定\ (q = 2 \)和\(r_0 = 1 R_{\odot}\)，所以\ (N = 50 \)，通量的增强只是一个因素\ \ (< 4);用更可能的\ (N = 12 \)，增强仅为2倍。与希克苏鲁伯级彗星相撞的平均时间尺度是最有可能的\ (> 2 \)Gyr，而小行星的平均时间尺度仍然存在\ (350 \ \ sim)最高产量研究。

Siraj和Loeb⁷对彗星和小行星的地球化学证据有效地应用了不同的标准。如果只要求与碳质球粒陨石进行松散匹配，那么彗星的可能性仅为2倍，而不是10倍(在相同的撞击率下)。如果要求撞击物匹配CM或CR碳质球粒陨石组成，那么\ \ (> 20 \ %)小行星，但有可能\ \ (sim 0 \ % \)对彗星来说，是一场比赛。还有Siraj和Loeb⁷引用Alvarez等人。¹但甚至没有讨论K-Pg粘土层中铱的证据，这是那篇论文的重点，它倾向于小行星撞击物，但强烈反对彗星，因为彗星提供的铱只有小行星的4%左右⁴．

有一个\ \ (> 50 \ %)一个概率\ (D = 10 \)在过去的250万年里，一颗千米长的小行星撞击了地球。在穿越地球的小行星中，\({\大约40 50 \ %}{-}\)均为c型，与碳质球粒陨石有关。至少\ \ (40 \ %)c型小行星，可能更多，将是CM或CR型，与希克苏鲁伯撞击器相匹配。相比之下，即使在包括潮汐破坏之后，影响的平均时间尺度由\(d = 7\)千米彗星是\ (> 2 \)吉尔，在最近的希克苏鲁伯撞击的紧张局势中，只有一个\ (10 \ % \ \ sim)在过去250迈里发生这种影响的可能性。由于他们对文献的解释存在缺陷，Siraj和Loeb提出的动力学和地球化学论点⁷不要改变一个共识，那就是66万年前撞击地球的是一颗小行星，而不是彗星。