Nē, tā nav Visuma puzle Nr. 3; drīzāk tas ir intriģējošs nesenā darba rezultāts mazu asteroīdu dīvainajām formām un kompozīcijai.
Attēli, kas nosūtīti atpakaļ no kosmosa misijām, liek domāt, ka mazāki asteroīdi nav senatnīgi klinšu gabali, bet gan ir pārklāti ar gruvešiem, kuru lielums svārstās no metru lieluma laukakmeņiem līdz miltiem līdzīgiem putekļiem. Patiešām, šķiet, ka daži asteroīdi aizņem līdz 50% tukšas vietas, kas liek domāt, ka tie varētu būt gruvešu kolekcijas bez cietas serdes.
Bet kā šie asteroīdi veidojas un attīstās? Un, ja mums kādreiz tas ir jānovirza, lai izvairītos no dinozauru likteņiem, kā to izdarīt, to nesadalot un nepadarot briesmas daudz lielākas?
Johanness Dideriks van der Vālss (1837–1923) ar nelielu Daniela Šeresa, Maikla Svifta un kolēģu palīdzību glābšanā.
Asteroīdiem ir tendence ātri griezties pa asīm - un smagums pie mazāku ķermeņu virsmas var būt tūkstošdaļa vai pat viena ceturtā daļa no tā, kas atrodas uz Zemes. Tā rezultātā zinātniekiem paliek jautājums, kā gruveši pieķeras virsmai. “Tie daži attēli, kas mums ir no asteroīdu virsmām, ir izaicinājums, lai izprastu tradicionālās ģeofizikas izmantošanu,” skaidroja Kolorādo Universitātes Šeers.
Lai nokļūtu šīs noslēpuma apakšā, komanda - Daniels Šeress, Kolorādo universitātes kolēģi un Maikls Svifs no Notingemas universitātes - veica rūpīgu pētījumu par attiecīgajiem spēkiem, kas iesaistīti gruvešu piesiešanā asteroīdam. Nelielu ķermeņu veidošanās kosmosā ir saistīta ar smagumu un kohēziju - pēdējie ir pievilcība starp molekulām materiālu virsmā. Kaut arī gravitācija ir labi izprotama, gruvešos esošo saliedējošo spēku raksturs un to relatīvās stiprības ir daudz mazāk zināmas.
Komanda pieņēma, ka kohēzijas spēki starp graudiem ir līdzīgi tiem, kas atrodami “saliedētajos pulveros” - kas satur maizes miltus -, jo šādi pulveri atgādina to, kas novērots uz asteroīdu virsmām. Lai novērtētu šo spēku nozīmīgumu, komanda apsvēra to spēku attiecībā pret gravitācijas spēkiem, kas atrodas uz maza asteroīda, kur gravitācijas spēks pie virsmas ir apmēram viena miljonā daļa no zemes. Komanda atklāja, ka gravitācija ir neefektīvs saistošs spēks akmeņiem, kas novēroti uz mazākiem asteroīdiem. Arī elektrostatiskā pievilcība bija nenozīmīga, izņemot gadījumus, kad asteroīda daļa, kuru to apgaismo Saule, nonāk saskarē ar tumšo daļu.
Ātri atpakaļ uz 19. gadsimta vidu, laiku, kad molekulu esamība bija diskutabla, un starpmolekulārie spēki ir tīra zinātniskā fantastika (izņemot, protams, ka toreiz vēl nebija). Van der Vālsa promocijas darbs sniedza spēcīgu skaidrojumu pārejai starp gāzveida un šķidruma fāzēm, ņemot vērā vājos spēkus starp veidojošajām molekulām, kas, pēc viņa domām, bija ierobežota lieluma (bija jāpaiet vairāk nekā pusgadsimtam, pirms šie spēki tika saprasti) kvantitatīvi attiecībā uz kvantu mehāniku un atomu teoriju).
Van der Waals spēki - vāji elektrostatiski atrakcijas starp blakus esošajiem atomiem vai molekulām, kas rodas no to elektronu pozīciju svārstībām -, šķiet, izdara triku daļiņām, kuru izmērs ir mazāks par vienu metru. Van der Waals spēka lielums ir proporcionāls daļiņas saskares virsmas laukumam - atšķirībā no smaguma, kas ir proporcionāls daļiņas masai (un līdz ar to tilpumam). Tā rezultātā van der Waals relatīvais stiprums salīdzinājumā ar smagumu palielinās, jo daļiņa kļūst mazāka.
Tas varētu izskaidrot, piemēram, Sīresa un kolēģu nesenos novērojumus, ka mazos asteroīdus sedz smalki putekļi - materiāls, kuru, pēc dažu zinātnieku domām, aizkavēs saules starojums. Pētījumiem var būt ietekme arī uz to, kā asteroīdi reaģē uz “YORP efektu” - mazu asteroīdu leņķiskā ātruma palielināšanos, absorbējot saules starojumu. Tā kā ķermeņi griežas ātrāk, šis nesenais darbs liek domāt, ka tie izraidīs lielākus iežus, saglabājot mazākus. Ja šāds asteroīds būtu gruvešu kolekcija, rezultāts varētu būt mazāku daļiņu kopums, ko kopā turētu van der Velsa spēki.
Asteroīdu eksperts Keits Holsapple no Vašingtonas universitātes ir pārsteigts, ka ne tikai Šereres komanda ir novērtējusi spēkus, kas spēlēti uz asteroīda, bet arī apskatījusi, kā tie mainās atkarībā no asteroīda un daļiņu lieluma. "Šis ir ļoti svarīgs dokuments, kurā apskatīts galvenais jautājums Saules sistēmas mazo ķermeņu mehānikā un daļiņu mehānikā ar mazu smaguma pakāpi," viņš teica.
Šerers atzīmēja, ka šīs teorijas pārbaudei ir nepieciešama kosmosa misija, lai noteiktu asteroīda virsmas mehāniskās un stiprības īpašības. "Mēs tagad izstrādājam šādu priekšlikumu," viņš teica.
Avots: Fizikas pasaule. “Spēku mērogošana uz asteroīdu virsmām: Kohēzijas loma” ir Šēresa et al. (arXiv: 1002.2478), iesniegts publicēšanai Icarus.
