Nie, nie je to vesmírna hádanka č. 3; skôr je to zaujímavý výsledok nedávnej práce do podivných tvarov a zloženia malých asteroidov.
Obrázky poslané späť z vesmírnych misií naznačujú, že menšie asteroidy nie sú nedotknuté kúsky skaly, ale namiesto toho sú pokryté troskami, ktoré siahajú od metrov veľkých balvanov po prach podobný múke. Zdá sa, že niektoré asteroidy sú až do 50% prázdneho priestoru, čo naznačuje, že by to mohli byť zbierky sutiny bez pevného jadra.
Ako sa však tieto asteroidy formujú a vyvíjajú? A ak by sme ich niekedy museli odkloniť, ako sa vyhnúť tomu, aby sa dinosauři vyhli osudu, ako to urobiť bez toho, aby sa to rozbilo, a aby sa nebezpečenstvo výrazne zvýšilo?
Johannes Diderik van der Waals (1837-1923), s malou pomocou od Daniela Scheeresa, Michaela Swifta a jeho kolegov, na záchranu.
Asteroidy majú tendenciu rýchlo sa točiť na svojich osiach - a gravitácia na povrchu menších telies môže byť tisícinou alebo dokonca milióninou toho na Zemi. Výsledkom je, že vedci sa pýtajú, ako sa sutina drží na povrchu. „Niekoľko obrázkov, ktoré máme na povrchu asteroidov, je výzvou na pochopenie pomocou tradičnej geofyziky,“ vysvetlil Scheeres z University of Colorado.
Aby sme sa dostali k tomuto tajomstvu, tím - Daniel Scheeres, kolegovia z University of Colorado a Michael Swift z University of Nottingham - uskutočnili dôkladnú štúdiu o relevantných silách, ktoré sa podieľajú na väzbe trosiek k asteroidu. Tvorba malých telies v priestore zahŕňa gravitáciu a súdržnosť - druhá je príťažlivosť medzi molekulami na povrchu materiálov. Aj keď je gravitácia dobre známa, povaha kohéznych síl pri práci v troskách a ich relatívne sily sú oveľa menej známe.
Tím predpokladal, že kohézne sily medzi zrnami sú podobné tým, ktoré sa nachádzajú v „kohéznych práškoch“ - ktoré zahŕňajú chlieb - múka - pretože tieto prášky sa podobajú tomu, čo bolo vidieť na povrchoch asteroidov. Na zistenie dôležitosti týchto síl tím zvážil ich silu vzhľadom na gravitačné sily prítomné na malom asteroide, kde gravitácia na povrchu je približne milióntina gravitácie na Zemi. Tím zistil, že gravitácia je neúčinná väzobná sila pre horniny pozorované na menších asteroidoch. Elektrostatická príťažlivosť bola tiež zanedbateľná, s výnimkou prípadov, keď časť asteroidu, ktorá je osvetlená Slnkom, prichádza do styku s tmavou časťou.
Rýchlo dozadu do polovice 19. storočia, do obdobia, keď existencia molekúl bola kontroverzná, a intermolekulárnymi silami bola čisto sci-fi (s výnimkou samozrejme, že v tom čase nič také nebolo). Dizertačná práca Van der Waalsa poskytla silné vysvetlenie prechodu medzi plynnými a kvapalnými fázami, čo sa týka slabých síl medzi jednotlivými molekulami, o ktorých sa predpokladá, že majú konečnú veľkosť (viac ako pol storočia malo prejsť skôr, ako boli tieto sily pochopené). kvantitatívne z hľadiska kvantovej mechaniky a atómovej teórie).
Van der Waalsove sily - slabé elektrostatické príťažlivosti medzi susednými atómami alebo molekulami, ktoré vznikajú z fluktuácií v pozíciách ich elektrónov - sa javia ako trik pre častice, ktoré majú veľkosť menšiu ako asi jeden meter. Veľkosť van der Waalsovej sily je úmerná ploche kontaktného povrchu častice - na rozdiel od gravitácie, ktorá je úmerná hmotnosti (a teda objemu) častice. Výsledkom je, že relatívna sila van der Waalsovej v porovnaní s gravitáciou sa zvyšuje so zmenšovaním častíc.
To by mohlo vysvetľovať napríklad nedávne pozorovania Scheeresa a kolegov, že malé asteroidy sú pokryté jemným prachom - materiál, ktorý podľa niektorých vedcov bude odvádzaný slnečným žiarením. Výskum môže mať tiež vplyv na to, ako asteroidy reagujú na „YORP efekt“ - zvýšenie uhlovej rýchlosti malých asteroidov absorpciou slnečného žiarenia. Keď sa telá otáčajú rýchlejšie, táto nedávna práca naznačuje, že by vylúčili väčšie kamene, pričom by si zachovali menšie. Keby taký asteroid predstavoval zbierku sutiny, výsledkom by mohol byť agregát menších častíc držaných pohromade van der Waalsovými silami.
Odborník na asteroidy Keith Holsapple z Washingtonskej univerzity je ohromený, že tím spoločnosti Scheeres nielen odhadol sily v hre na asteroide, ale tiež sa pozrel na to, ako sa tieto menia v závislosti od asteroidu a veľkosti častíc. „Je to veľmi dôležitý dokument, ktorý sa zaoberá kľúčovou otázkou v mechanike malých telies slnečnej sústavy a mechaniky častíc pri nízkej gravitácii,“ uviedol.
Scheeres poznamenal, že testovanie tejto teórie vyžaduje vesmírnu misiu na určenie mechanických a pevnostných vlastností povrchu asteroidov. "Teraz pripravujeme takýto návrh," uviedol.
Zdroj: Physics World. „Škálovanie síl na povrch asteroidov: úloha súdržnosti“ je predtlačou Scheeres a kol. (arXiv: 1002,2478), predložené na uverejnenie v Icaruse.
