Ні, це не Вселенська головоломка № 3; скоріше, це інтригуючий результат нещодавньої роботи над дивними формами та складом маленьких астероїдів.
Зображення, надіслані з космічних місій, свідчать про те, що менші астероїди - це не первозданні шматки скелі, а натомість вкриті щебенем, який варіюється за розмірами від валунів розміром до метру до мучного пилу. Дійсно, деякі астероїди виявляються порожніми до 50%, що дозволяє припустити, що вони можуть бути збірками щебеню без твердого ядра.
Але як ці астероїди формуються та розвиваються? І якщо нам колись доведеться відхилити одне, щоб уникнути долі динозаврів, як зробити це, не розбиваючи його, і зробивши небезпеку набагато більшою?
Йоханнес Дідерік ван дер Ваальс (1837-1923) за допомогою невеликої допомоги Даніеля Шереса, Майкла Свіфта та його колег на допомогу.
Астероїди, як правило, швидко обертаються на своїх осях - а сила тяжіння на поверхні менших тіл може становити одну тисячну або навіть одну мільйонну частину Землі. В результаті вчених залишається цікавити, як щебінь чіпляється за поверхню. "Кілька зображень, які ми маємо з астероїдних поверхонь, є завданням зрозуміти, використовуючи традиційну геофізику", - пояснив Шерерський університет Колорадо.
Щоб дістатися до цієї містерії, команда - Даніель Шеерс, колеги з Університету Колорадо та Майкл Свіфт з Університету Ноттінгема - провели ретельне вивчення відповідних сил, які беруть участь у прив'язці завалів до астероїда. Утворення маленьких тіл у просторі передбачає гравітацію та згуртованість - останнє є залученням між молекулами на поверхні матеріалів. Незважаючи на те, що гравітація добре зрозуміла, природа когезійних сил при роботі у завалах та їх відносні сили набагато менш відомі.
Команда припустила, що сили згуртованості між зернами схожі на сили, знайдені в "згуртованих порошках", до яких належить хлібне борошно, - оскільки такі порошки нагадують те, що було помічено на астероїдних поверхнях. Щоб оцінити значення цих сил, команда розглядала їх силу відносно гравітаційних сил, наявних на малому астероїді, де сила тяжіння на поверхні становить приблизно мільйонну частину, ніж на Землі. Команда виявила, що гравітація - це неефективна сила зв’язування гірських порід, що спостерігається на менших астероїдах. Електростатичне притягнення також було незначним, за винятком випадків, коли частина астероїда, який цей освітлений Сонцем, контактує з темною частиною.
Швидкий шлях до середини 19 століття, час, коли існування молекул було суперечливим, і міжмолекулярні сили чистили наукову фантастику (за винятком, звичайно, того, що тоді такого не було). Докторська дисертація Ван-дер-Ваальса дала потужне пояснення переходу між газоподібною та рідкою фазами з точки зору слабких сил між складовими молекулами, які, як він вважав, мають кінцевий розмір (пройшло більше півстоліття, перш ніж ці сили зрозуміли , кількісно, з точки зору квантової механіки та атомної теорії).
Сили Ван-дер-Ваальса - слабкі електростатичні привабливості між сусідніми атомами або молекулами, які виникають при коливаннях позицій їхніх електронів, - здається, виконують трюк для частинок розміром менше приблизно одного метра. Розмір сили ван дер Ваальса пропорційний площі контактної поверхні частинки - на відміну від сили тяжіння, яка пропорційна масі (і, отже, об'єму) частинки. В результаті відносна сила ван дер Ваальса порівняно з силою тяжіння зростає, коли частинка стає меншою.
Це може пояснити, наприклад, нещодавні спостереження Шереса та колег про те, що маленькі астероїди вкриті дрібним пилом - матеріалом, який, як вважали деякі вчені, буде прогнаний сонячним випромінюванням. Дослідження також може мати вплив на те, як астероїди реагують на "ефект YORP" - збільшення кутової швидкості малих астероїдів за рахунок поглинання сонячної радіації. Оскільки тіла крутяться швидше, ця остання робота підказує, що вони виганяли б більші скелі, зберігаючи менші. Якби такий астероїд являв собою збір щебеню, результатом може стати сукупність дрібніших частинок, утримуваних разом силами Ван-дер-Ваальса.
Експерт з астероїдів Кіт Холсаппл з Вашингтонського університету вражений тим, що не тільки команда Шереса оцінила сили, які грають на астероїд, але також розглядала, як вони змінюються залежно від розміру астероїду та часток. "Це дуже важливий документ, який стосується ключового питання механіки маленьких тіл Сонячної системи та механіки частинок при низькій вазі", - сказав він.
Шеерс зазначив, що для перевірки цієї теорії потрібна космічна місія для визначення механічних та міцних властивостей поверхні астероїда. "Зараз ми розробляємо таку пропозицію", - сказав він.
Джерело: Світ фізики. "Сила масштабування до астероїдних поверхонь: роль згуртованості" є препринтом Scheeres et al. (arXiv: 1002.2478), поданий для публікації в Ікарі.
