北京
撞擊坑是月球表面最重要的地貌特征，其初始形態對于優化基于形態的撞擊坑定年方法、約束月表退化速率及估算月海玄武巖厚度等都具有重要意義。然而長期以來，撞擊坑的初始形態通常只能通過對帶有輻射紋的“新鮮”撞擊坑進行形態統計來獲得。這類坑雖代表了月球表面最年輕的一類撞擊坑，但它們往往也已存在數百萬乃至數億年，目前形態與真正的初始形態之間必然存在偏差；加之月面上真正新鮮的坑十分稀少，使得初始形態難以被準確約束。更重要的是，以往研究普遍將撞擊坑的深度—直徑之比（深徑比）視為常數，這一簡化的適用性及其引入的定年誤差長期缺乏系統檢驗。因此，建立可靠的撞擊坑初始剖面形態，是一項迫切而有意義的工作。
數值模擬是研究不同撞擊條件下撞擊坑初始形態的重要手段。中國科學院地質與地球物理研究所李華成博士后，與合作導師岳宗玉研究員，利用自主研發的超高速撞擊數值模擬程序 SALEc-2D（https://github.com/huachengli/SALEc-2D），設置不同撞擊速度（6~20 km/s）和隕石半徑（0.1~1.0 km），共開展了 1349 次數值計算，對不同規模簡單撞擊坑的初始形態進行了系統研究。與國際上常用的撞擊坑數值模擬程序（如 iSALE-2D）相比，SALEc-2D 優化了網格內物質邊界算法，并增加了 MPI 并行和完美匹配邊界等關鍵模塊，在確保結果可靠的前提下大幅提升了計算效率。
研究表明，將不同規模撞擊坑的剖面用各自的深度和半徑無量綱化后，剖面形態高度重合，呈現顯著的自相似性：直徑小于 15 km 的簡單坑可用一條統一的無量綱剖面描述，與撞擊坑的絕對大小無關，并可用第一類 0 階貝塞爾函數級數精確表達（圖1）。
圖1 不同撞擊條件下撞擊坑的初始形態。(a)自相似撞擊坑剖面，每條彩色細線表示直徑小于20 km的撞擊坑剖面，黑色粗實線為這些剖面的平均值；(b)數值模擬模型的撞擊條件分布，上三角、圓形、下三角分別代表直徑>20 km、15~20 km和<15 km
對模擬新坑的深度與直徑分布進行統計分析（圖2）發現，模擬最終坑的深徑比與遙感觀測中最年輕撞擊坑的深徑比上限接近，驗證了數值結果的可靠性；同時，新坑的深徑比并非固定數值，而是落在兩條邊界曲線之間：
這表明即便是新坑，其深徑比也會隨直徑系統性變化，且撞擊速度越快、隕石越大坑相對越淺，動搖了以往將深徑比視為常數的根基。
圖2 撞擊坑深度與直徑的分布規律。黑色和青色圓圈分別表示最終坑和瞬時坑的模擬結果，紅色圓點表示遙感觀測結果
隨后，他們以數值模擬得到的新坑剖面為初始條件，通過求解擴散方程，定量刻畫了撞擊坑在不同無量綱退化時間下的退化過程（圖3），并據此分析了撞擊坑的退化狀態與退化時間（圖4）。結果表明：僅撞擊條件的天然差異，就會使基于數值模擬平均剖面估算的退化時間在均值附近產生約 ±17% 的波動；而若改用觀測的新鮮坑剖面作為初始條件，估算的平均退化時間會比采用模擬平均剖面的結果高出約 28%，說明撞擊坑定年結果對所假設的初始剖面高度敏感。
圖3 初始剖面對撞擊坑退化過程的影響。(a)不同退化時刻對應的撞擊坑剖面；(b)退化過程中撞擊坑半徑與深度的關系；(c)月表深徑比為0.15的撞擊坑的初始直徑范圍
圖4 撞擊坑的退化時間。(a)撞擊坑退化直徑與退化時間的關系；(b)月表深徑比為0.15的撞擊坑，退化時間與退化直徑的關系
該研究首次系統刻畫了撞擊條件造成的簡單撞擊坑初始形態“天然變異范圍”，證實了初始剖面的自相似性，糾正了“深徑比恒定”這一長期沿用的傳統假設，并定量給出了由此帶來的定年誤差邊界。這為月球撞擊坑定年、月表退化速率以及月海玄武巖厚度估算提供了重要的方法學參考和明確的誤差邊界。
研究成果發表于國際學術期刊JGR-P（Li H, Yue Z. Self‐similar initial morphology of lunar simple craters with implications for formation and degradation process[J].Journal of Geophysical Research: Planets, 2026, 131(5): e2025JE009461.?DOI: 10.1029/2025JE009461.）。
特別聲明：以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網易號”用戶上傳并發布，本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
