Не, това не е Вселената пъзел №3; по-скоро това е интригуващ резултат от скорошна работа в странните форми и състав на малки астероиди.
Изображенията, изпратени обратно от космически мисии, предполагат, че по-малките астероиди не са девствени скали, а вместо това са покрити с развалини, които варират по размери от камъни с размери метри до прах, наподобяващ брашно. Всъщност някои астероиди изглеждат до 50% празно пространство, което предполага, че те могат да бъдат колекции от развалини без твърда сърцевина.
Но как се формират и еволюират тези астероиди? И ако някога се налага да отклоняваме такъв, за да избегнем съдбата на динозаврите, как да направим това, без да го разчупим и да направим опасността далеч по-голяма?
Йоханес Дидерик ван дер Ваалс (1837-1923), с малко помощ от Даниел Шеерс, Майкъл Суифт и колегите му, на помощ.
Астероидите са склонни да се въртят бързо по осите си - а гравитацията на повърхността на по-малките тела може да бъде една хилядна или дори една милионна част от тази на Земята. В резултат на това учените остават да се чудят как развалините се придържат към повърхността. „Няколко изображения, които имаме на астероидните повърхности, са предизвикателство да разберем, използвайки традиционната геофизика,“ обясни схемите на Университета на Колорадо.
За да стигнат до дъното на тази загадка, екипът - Даниел Шеерс, колеги от Университета в Колорадо и Майкъл Суифт от Университета на Нотингам - направиха задълбочено проучване на съответните сили, участващи в свързването на развалините към астероид. Образуването на малки тела в пространството включва гравитация и сплотеност - последното е привличането между молекулите на повърхността на материалите. Макар гравитацията да е добре разбрана, естеството на кохезионните сили при работа в развалините и техните относителни сили е много по-малко известна.
Екипът предположи, че кохезионните сили между зърната са подобни на тези, намиращи се в „кохезивни прахове“ - които включват хляб с брашно - защото такива прахове приличат на видяното на астероидните повърхности. За да прецени значението на тези сили, екипът прецени силата им по отношение на гравитационните сили, присъстващи на малък астероид, където гравитацията на повърхността е около един милионна част от тази на Земята. Екипът откри, че гравитацията е неефективна сила на свързване за скали, наблюдавана при по-малки астероиди. Електростатичното привличане също беше незначително, освен когато част от астероида, който е осветен от Слънцето, влиза в контакт с тъмна част.
Бързо назад към средата на 19 век, време, когато съществуването на молекули е противоречиво, а междумолекулните чисти чиста научна фантастика (освен, разбира се, че тогава нямаше такова нещо). Докторската дисертация на Ван дер Ваалс даде мощно обяснение за прехода между газообразна и течна фаза по отношение на слабите сили между съставните молекули, които той предполагаше, че имат ограничен размер (трябваше да мине повече от половин век, преди тези сили да бъдат разбрани , количествено, по отношение на квантовата механика и атомната теория).
Силите на Ван дер Ваалс - слабите електростатични привличания между съседни атоми или молекули, които възникват от колебанията в позициите на техните електрони - изглежда правят трика за частици с размер по-малък от около един метър. Размерът на Ван дер Ваалс е пропорционален на повърхността на контактната повърхност на частица - за разлика от гравитацията, която е пропорционална на масата (и следователно обема) на частицата. В резултат на това относителната сила на ван дер Ваалс в сравнение с гравитацията се увеличава, тъй като частицата намалява.
Това би могло да обясни, например, скорошните наблюдения на Scheeres и колеги, че малките астероиди са покрити с фин прах - материал, за който някои учени смятат, че ще бъдат прогонени от слънчевата радиация. Изследването може също да има отражение върху това как астероидите реагират на „YORP ефекта“ - увеличаването на ъгловата скорост на малките астероиди чрез поглъщане на слънчевата радиация. Тъй като телата се въртят по-бързо, тази скорошна работа предполага, че те биха изхвърлили по-големи скали, като запазват по-малки. Ако такъв астероид беше колекция от развалини, резултатът би могъл да бъде съвкупност от по-малки частици, държани заедно от сили на ван дер Ваалс.
Експертът по астероиди Кийт Холсапъл от Университета във Вашингтон е впечатлен, че екипът на Scheeres не само е преценил силите, които играят на астероид, но също така е разгледал как те варират в зависимост от размера на астероида и размера на частиците. „Това е много важен документ, който се занимава с ключов проблем в механиката на малките тела на Слънчевата система и механиката на частиците при ниска гравитация“, каза той.
Scheeres отбеляза, че тестването на тази теория изисква космическа мисия за определяне на механичните и якостните свойства на повърхността на астероида. „Сега разработваме подобно предложение“, каза той.
Източник: Physics World. „Силата за мащабиране към астероидни повърхности: Ролята на кохезията“ е предпечат от Scheeres и др. (arXiv: 1002.2478), изпратен за публикуване в Икар.
