Ei, se ei ole Universumin palapeli nro 3; pikemminkin, se on kiehtova tulos viimeaikaisesta työstä pienten asteroidien outoihin muotoihin ja koostumukseen.
Avaruusmatkailusta takaisin lähetetyt kuvat viittaavat siihen, että pienemmät asteroidit eivät ole koskemattomia kalliopalasia, vaan ovat sen sijaan peitetty raunioilla, joiden koko vaihtelee metrikokoisista lohkareista jauhomaiseen pölyyn. Jotkut asteroidit näyttävät olevan jopa 50% tyhjää tilaa, mikä viittaa siihen, että ne voivat olla rauniokokoelmia, joissa ei ole kiinteää ydintä.
Mutta miten nämä asteroidit muodostuvat ja kehittyvät? Ja jos meidän on koskaan turvattava yksi, jotta vältetään dinosaurusten kohtalo, miten tehdä niin hajottamatta sitä ja lisäämällä vaara huomattavasti suuremmaksi?
Johannes Diderik van der Waals (1837–1923) pelastamiseen pienellä Daniel Scheeresin, Michael Swiftin ja kollegoiden avulla.
Asteroideilla on taipumus pyöriä nopeasti akselillaan - ja painovoima pienempien kappaleiden pinnalla voi olla tuhannesosa tai jopa miljoonaosa maan pinnasta. Seurauksena tutkijat jäävät ihmettelemään, kuinka raunio tarttuu pinnalle. "Harvat asteroidipinnoilla olevat kuvat ovat haaste ymmärtää perinteisen geofysiikan avulla", Coloradon yliopiston Scheeres selitti.
Päästäkseen tämän salaisuuden pohjalle, joukkue - Daniel Scheeres, kollegat Coloradon yliopistosta ja Michael Swift Nottinghamin yliopistosta - tekivät perusteellisen tutkimuksen asiaankuuluvista voimista, jotka osallistuivat rauniojen sitomiseen asteroidiin. Pienten kappaleiden muodostuminen avaruuteen liittyy painovoimaa ja koheesiota - jälkimmäinen on vetovoima molekyylien välillä materiaalien pinnalla. Vaikka painovoima ymmärretään hyvin, muurahaisessa työssä olevien koheesiovoimien luonne ja niiden suhteelliset vahvuudet ovat paljon vähemmän tunnettuja.
Ryhmä oletti, että jyvien väliset koheesiovoimat ovat samanlaisia kuin "kohesiivisissa jauheissa" - joihin sisältyy leipäjauhoja -, koska tällaiset jauheet muistuttavat asteroidien pinnoilla havaittua. Näiden voimien merkityksen arvioimiseksi ryhmä tarkasteli niiden voimakkuutta suhteessa gravitaatiovoimiin, jotka ovat pienellä asteroidilla, jonka painovoima pinnalla on noin miljoonasosa maan pinnasta. Ryhmä havaitsi, että painovoima on tehoton sitomisvoima kiville, joita havaitaan pienemmissä asteroideissa. Sähköstaattinen vetovoima oli myös vähäinen, paitsi missä osa asteroidista, jota tämä aurinko valaisee, joutuu kosketukseen tumman osan kanssa.
Nopeasti taaksepäin 1800-luvun puoliväliin, aikaan, jolloin molekyylien olemassaolo oli kiistanalaista, ja molekyylien väliset voimat tekivät puhtaan tieteiskirjallisuuden (paitsi tietenkin, että silloin ei ollut sellaista). Van der Waalsin väitöskirja antoi tehokkaan selityksen siirtymiselle kaasumaisen ja nestemäisen faasin välillä heikkojen voimien muodossa rakenneosamolekyylien välillä, joiden oletetaan olevan rajallinen (yli puolen vuosisadan oli tarkoitus kulua ennen kuin nämä voimat ymmärrettiin) , kvantitatiivisesti kvantimekaniikan ja atomiteorian suhteen).
Van der Waals -voimat - vierekkäisten atomien tai molekyylien väliset heikot sähköstaattiset vetovoimat, jotka johtuvat niiden elektronien aseman vaihtelusta - näyttävät tekevän tempun hiukkasille, joiden koko on alle noin metri. Van der Waalsin voiman koko on verrannollinen hiukkasen kosketuspinta-alaan - toisin kuin painovoima, joka on verrannollinen hiukkasen massaan (ja siten tilavuuteen). Seurauksena van der Waalsin suhteellinen lujuus verrattuna painovoimaan kasvaa hiukkasen pienentyessä.
Tämä voisi selittää esimerkiksi Scheeresin ja hänen kollegoidensa viimeaikaisia havaintoja siitä, että pienet asteroidit peitetään hienolla pölyllä - materiaalilla, jonka joidenkin tutkijoiden mielestä aurinko säteily karkotti. Tutkimuksella voi olla vaikutuksia myös siihen, kuinka asteroidit reagoivat ”YORP-ilmiöön” - pienten asteroidien kulmanopeuden lisääntymiseen auringon säteilyn absorptiolla. Kun rungot pyörivät nopeammin, tämä viimeaikainen työ ehdottaa, että ne karkottaisivat suurempia kiviä pitäen samalla pienemmät. Jos tällainen asteroidi olisi kokoelma raunioita, seurauksena voisi olla pienempien hiukkasten kokonaisuus, joita van der Waals -voimat pitävät yhdessä.
Asteroidiasiantuntija Keith Holsapple Washingtonin yliopistosta on vakuuttunut siitä, että Scheeresin joukkue ei ole vain arvioinut asteroidilla pelattavia voimia, vaan myös tarkastellut kuinka nämä vaihtelevat asteroidin ja hiukkaskokojen mukaan. "Tämä on erittäin tärkeä asia, joka käsittelee avainkysymyksiä aurinkokunnan pienten kappaleiden mekaniikassa ja pienhiukkasten hiukkasmekaniikassa", hän sanoi.
Scheeres huomautti, että tämän teorian testaaminen vaatii avaruusoperaation asteroidin pinnan mekaanisten ja lujuusominaisuuksien määrittämiseksi. "Kehitämme tällaista ehdotusta nyt", hän sanoi.
Lähde: Fysiikan maailma. ”Skaalausvoimat asteroidipinnoille: Koheesion rooli” on Scheeresin et al. (arXiv: 1002.2478), toimitettu julkaistavaksi Icaruksessa.
