Nej, det er ikke universitetspuslespil nr. 3; snarere er det et spændende resultat fra nyligt arbejde i de mærkelige former og sammensætning af små asteroider.
Billeder, der sendes tilbage fra rumopgaver, antyder, at mindre asteroider ikke er uberørte klumper, men i stedet er dækket af murbrokker, der strækker sig i størrelse fra meter store stenblokke til mellignende støv. Nogle asteroider ser faktisk ud til at være op til 50% tom plads, hvilket antyder, at de kunne være samlinger af murbrokker uden fast kerne.
Men hvordan dannes og udvikles disse asteroider? Og hvis vi nogensinde skal aflede en for at undgå dinosaurernes skæbne, hvordan skal vi gøre det uden at bryde den op og gøre faren langt større?
Johannes Diderik van der Waals (1837-1923) med lidt hjælp fra Daniel Scheeres, Michael Swift og kolleger til redning.
Asteroider har en tendens til at rotere hurtigt på deres akser - og tyngdekraften ved overfladen af mindre kroppe kan være en tusindedel eller endda en milliondel af det på Jorden. Som et resultat af forskerne lader man undre sig over, hvordan murbrokkerne klamrer sig fast på overfladen. ”De få billeder, vi har af asteroide overflader, er en udfordring at forstå ved hjælp af traditionel geofysik,” forklarede University of Colorado's Scheeres.
For at komme til bunden af dette mysterium lavede teamet - Daniel Scheeres, kolleger ved University of Colorado og Michael Swift på University of Nottingham - en grundig undersøgelse af de relevante kræfter, der er involveret i at binde murbrokker til en asteroide. Dannelsen af små kroppe i rummet involverer tyngdekraft og samhørighed - sidstnævnte er tiltrækningen mellem molekyler på materialets overflade. Mens tyngdekraften er godt forstået, er arten af de sammenhængende kræfter, der arbejder i murbrokkerne, og deres relative styrker langt mindre kendt.
Holdet antog, at de sammenhængende kræfter mellem korn svarer til dem, der findes i ”sammenhængende pulvere” - som inkluderer brødmel - fordi sådanne pulvere ligner det, der er set på asteroide overflader. For at måle betydningen af disse kræfter overvejede holdet deres styrke i forhold til tyngdekraften, der var til stede på en lille asteroide, hvor tyngdekraften ved overfladen er omkring en milliondel af den på Jorden. Holdet fandt, at tyngdekraften er en ineffektiv bindende kraft for klipper observeret på mindre asteroider. Elektrostatisk tiltrækning var også ubetydelig, bortset fra hvor en del af asteroiden denne er oplyst af solen kommer i kontakt med en mørk del.
Hurtigt tilbage til midten af det 19. århundrede, en tid, hvor eksistensen af molekyler var kontroversiel, og inter-molekylære kræfter ren science fiction (undtagen selvfølgelig, at der ikke var sådan noget dengang). Van der Waals doktorafhandling leverede en kraftig forklaring på overgangen mellem gasformige og flydende faser, hvad angår svage kræfter mellem de indholdsgivende molekyler, som han antog har en endelig størrelse (mere end et halvt århundrede skulle passere, før disse kræfter blev forstået kvantitativt med hensyn til kvantemekanik og atomteori).
Van der Waals-kræfter - svage elektrostatiske attraktioner mellem tilstødende atomer eller molekyler, der opstår som følge af udsving i deres elektroners position - ser ud til at gøre susen for partikler, der er mindre end ca. en meter i størrelse. Størrelsen på van der Waals-kraften er proportional med kontaktoverfladearealet på en partikel - i modsætning til tyngdekraften, der er proportional med partiklens masse (og derfor volumen). Som et resultat stiger van der Waals relative styrke sammenlignet med tyngdekraften, efterhånden som partiklen bliver mindre.
Dette kan for eksempel forklare de nylige observationer fra Scheeres og kolleger om, at små asteroider er dækket af fint støv - materiale, som nogle forskere troede, ville blive drevet væk af solstråling. Forskningen kan også have konsekvenser for, hvordan asteroider reagerer på “YORP-effekten” - stigningen i små asteroideres vinkelhastighed ved absorption af solstråling. Efterhånden som kropperne drejer hurtigere, antyder dette nylige arbejde, at de ville udvise større klipper, mens de bevarer mindre. Hvis en sådan asteroide var en samling af murbrokker, kunne resultatet være et aggregat af mindre partikler, der holdes sammen af van der Waals-styrker.
Asteroideekspert Keith Holsapple fra University of Washington er imponeret over, at Scheeres 'team ikke kun har estimeret kræfterne i spillet på en asteroide, det har også set på, hvordan disse varierer med asteroide og partikelstørrelse. ”Dette er et meget vigtigt dokument, der behandler et nøglespørgsmål i mekanikken i de små kroppe i solsystemet og partikelmekanik ved lav tyngdekraft,” sagde han.
Scheeres bemærkede, at testning af denne teori kræver en rumopgave for at bestemme de mekaniske og styrkeegenskaber på en asteroids overflade. ”Vi udvikler et sådant forslag nu,” sagde han.
Kilde: Fysikens verden. "Skaleringskræfter til asteroide overflader: Samhørighedsrollen" er et fortryk af Scheeres et al. (arXiv: 1002.2478), indsendt til offentliggørelse i Icarus.
