Ne, nejedná se o Universe Puzzle No. 3; spíše je to zajímavý výsledek nedávné práce do podivných tvarů a složení malých asteroidů.
Snímky poslané zpět z kosmických misí naznačují, že menší asteroidy nejsou nedotčené kusy skály, ale místo toho jsou pokryty troskami, které sahají od metru velkých balvanů po prach podobný mouce. Ve skutečnosti se zdá, že některé asteroidy jsou až 50% prázdného prostoru, což naznačuje, že by to mohly být sbírky suti bez pevného jádra.
Jak se však tyto asteroidy formují a vyvíjejí? A pokud se někdy budeme muset odklonit, abychom se vyhnuli osudu dinosaurů, jak to udělat, aniž by se to rozbilo, a aby se nebezpečí ještě zvýšilo?
Johannes Diderik van der Waals (1837-1923), s malou pomocí od Daniela Scheeresa, Michaela Swifta a kolegů, na záchranu.
Asteroidy mají tendenci rychle se točit na svých osách - a gravitace na povrchu menších těl může být tisícinou nebo dokonce miliontinou té na Zemi. V důsledku toho vědci nechávají přemýšlet o tom, jak se sutra drží na povrchu. "Těch několik obrázků, které máme z povrchů asteroidů, je výzvou pochopit pomocí tradiční geofyziky," vysvětlil Scheeres z University of Colorado.
Abychom se dostali na konec tohoto tajemství, tým - Daniel Scheeres, kolegové z University of Colorado a Michael Swift z University of Nottingham - provedli důkladnou studii příslušných sil zapojených do vazby suti na asteroid. Tvorba malých těl v prostoru zahrnuje gravitaci a soudržnost - druhá je přitažlivostí mezi molekulami na povrchu materiálů. Zatímco gravitace je dobře známa, podstata kohezivních sil při práci v sutinách a jejich relativní síly jsou mnohem méně známé.
Tým předpokládal, že kohezní síly mezi zrny jsou podobné těm, které se vyskytují v „kohezivních prášcích“ - které zahrnují mouku na chleba - protože tyto prášky připomínají to, co bylo vidět na površích asteroidů. Aby bylo možné posoudit význam těchto sil, uvažoval tým jejich sílu vzhledem k gravitačním silám přítomným na malém asteroidu, kde gravitace na povrchu je asi miliontina gravitace na Zemi. Tým zjistil, že gravitace je neúčinná vazebná síla pro horniny pozorované na menších asteroidech. Elektrostatická přitažlivost byla také zanedbatelná, kromě případů, kdy část asteroidu osvětlená Sluncem přichází do styku s tmavou částí.
Rychle zpět do poloviny 19. století, do doby, kdy existence molekul byla kontroverzní, a mezimolekulárních sil čistě science fiction (s výjimkou, samozřejmě, že nic takového neexistovalo). Doktorská práce Van der Waalse poskytla silné vysvětlení pro přechod mezi plynnými a kapalnými fázemi, pokud jde o slabé síly mezi jednotlivými molekulami, o nichž se domníval, že mají konečnou velikost (více než půl století mělo projít, než byly tyto síly pochopeny) kvantitativně z hlediska kvantové mechaniky a atomové teorie).
Van der Waalsovy síly - slabé elektrostatické přitažlivosti mezi sousedními atomy nebo molekulami, které vznikají z fluktuací v pozicích jejich elektronů - se zdají být trikem pro částice, které mají velikost menší než asi jeden metr. Velikost van der Waalsovy síly je úměrná ploše povrchu dotyku částice - na rozdíl od gravitace, která je úměrná hmotnosti (a tedy objemu) částice. V důsledku toho se relativní síla van der Waals ve srovnání s gravitací zvyšuje s tím, jak se částice zmenšuje.
To by mohlo vysvětlit například nedávná pozorování Scheeres a kolegů, že malé asteroidy jsou pokryty jemným prachem - materiálem, o kterém si někteří vědci mysleli, že by ho zahnal sluneční záření. Výzkum může mít také důsledky na to, jak asteroidy reagují na „YORP efekt“ - zvýšení úhlové rychlosti malých asteroidů absorpcí slunečního záření. Když se těla točí rychleji, tato nedávná práce naznačuje, že by vyhnali větší skály a přitom si zachovali menší. Pokud by takový asteroid byl sbírkou suti, výsledkem by mohl být agregát menších částic držených pohromadě van der Waalsovými silami.
Odborník na asteroidy Keith Holsapple z University of Washington je ohromen tím, že nejen tým Scheeres odhadl síly ve hře na asteroid, ale také se podíval na to, jak se liší podle velikosti asteroidu a částic. "Je to velmi důležitý dokument, který se zabývá klíčovou otázkou v mechanice malých těles sluneční soustavy a mechaniky částic při nízké gravitaci," řekl.
Scheeres poznamenal, že testování této teorie vyžaduje vesmírnou misi k určení mechanických a pevnostních vlastností povrchu asteroidů. "Nyní vyvíjíme takový návrh," řekl.
Zdroj: Physics World. „Škálování sil na povrch asteroidů: role soudržnosti“ je předtiskem Scheeres, et al. (arXiv: 1002.2478), předložené k publikaci v Icarusu.
