Nei, det er ikke universitetspuslespillet nr. 3; snarere er det et spennende resultat fra nyere arbeid i de rare formene og sammensetningen av små asteroider.
Bilder sendt tilbake fra romfartsoppdrag antyder at mindre asteroider ikke er uberørte biter av stein, men i stedet er dekket av steinsprut som varierer i størrelse fra meter store steinblokker til mellignende støv. Noen asteroider ser ut til å være opptil 50% tomt, noe som antyder at de kan være samlinger av steinsprut uten solid kjerne.
Men hvordan danner og utvikler disse asteroidene seg? Og hvis vi noen gang må avlede en, for å unngå skjebnen til dinosaurene, hvordan gjøre det uten å bryte den opp og gjøre faren langt større?
Johannes Diderik van der Waals (1837-1923), med litt hjelp fra Daniel Scheeres, Michael Swift og kolleger, til unnsetning.
Asteroider har en tendens til å snurre raskt på aksene sine - og tyngdekraften ved overflaten til mindre kropper kan være en promille eller til og med en milliondel av det på jorden. Som et resultat blir forskere lurt på hvordan steinsprutene klamrer seg til overflaten. "De få bildene vi har av asteroide overflater er en utfordring å forstå ved bruk av tradisjonell geofysikk," forklarte University of Colorado's Scheeres.
For å komme til bunns i dette mysteriet, laget teamet - Daniel Scheeres, kolleger ved University of Colorado, og Michael Swift ved University of Nottingham - en grundig studie av de aktuelle kreftene som var involvert i å binde steinsprut til en asteroide. Dannelse av små kropper i rommet innebærer tyngdekraft og samhold - sistnevnte er tiltrekningen mellom molekyler på overflaten av materialer. Mens tyngdekraften er godt forstått, er arten av de sammenhengende kreftene som arbeider i steinsprut og deres relative styrker, mye mindre kjent.
Teamet antok at de sammenhengende kreftene mellom kornene ligner de som finnes i “sammenhengende pulver” - som inkluderer brødmel - fordi slike pulver ligner det som har blitt sett på asteroide overflater. For å måle betydningen av disse kreftene vurderte teamet deres styrke i forhold til gravitasjonskreftene som er til stede på en liten asteroide der tyngdekraften ved overflaten er omtrent en milliondel av den på jorden. Teamet fant ut at tyngdekraften er en ineffektiv bindende kraft for bergarter observert på mindre asteroider. Elektrostatisk tiltrekning var også ubetydelig, annet enn hvor en del av asteroiden denne blir opplyst av solen kommer i kontakt med en mørk del.
Rask bakover til midten av 1800-tallet, en tid da eksistensen av molekyler var kontroversiell, og inter-molekylære krefter ren science fiction (bortsett fra, selvfølgelig, at det ikke var noe slikt da). Van der Waals 'doktorgradsavhandling ga en kraftig forklaring på overgangen mellom gassformige og flytende faser, i form av svake krefter mellom de konstituerende molekylene, som han antok å ha en begrenset størrelse (mer enn et halvt århundre skulle passere før disse kreftene ble forstått , kvantitativt, når det gjelder kvantemekanikk og atomteori).
Van der Waals-krefter - svake elektrostatiske attraksjoner mellom tilstøtende atomer eller molekyler som oppstår som følge av svingninger i posisjonene til elektronene deres - ser ut til å gjøre susen for partikler som er mindre enn omtrent en meter store. Størrelsen på van der Waals-kraften er proporsjonal med kontaktoverflatearealet til en partikkel - i motsetning til tyngdekraften, som er proporsjonal med massen (og derfor volumet) av partikkelen. Som et resultat øker van der Waals relative styrke sammenlignet med tyngdekraften etter hvert som partikkelen blir mindre.
Dette kan for eksempel forklare nyere observasjoner fra Scheeres og kolleger om at små asteroider er dekket av fint støv - materiale som noen forskere trodde ville bli drevet bort av solstråling. Forskningen kan også ha konsekvenser for hvordan asteroider reagerer på “YORP-effekten” - økningen av vinkelhastigheten til små asteroider ved absorpsjon av solstråling. Når kroppene snurrer raskere, antyder dette nylige arbeidet at de ville utvise større bergarter mens de beholder mindre. Hvis en slik asteroide var en samling av steinsprut, kunne resultatet være et aggregat av mindre partikler holdt sammen av van der Waals styrker.
Asteroideekspert Keith Holsapple fra University of Washington er imponert over at ikke bare Scheeres 'team har estimert kreftene i spillet på en asteroide, det har også sett på hvordan disse varierer med asteroide og partikkelstørrelse. "Dette er en veldig viktig artikkel som tar opp et sentralt spørsmål i mekanikken til de små kroppene i solsystemet og partikkelmekanikken ved lav tyngdekraft," sa han.
Scheeres bemerket at å teste denne teorien krever et romoppdrag for å bestemme de mekaniske og styrkeegenskapene til en asteroids overflate. "Vi utvikler et slikt forslag nå," sa han.
Kilde: Fysikkverden. "Skalering av krefter til asteroide overflater: Samhørighetens rolle" er et forhåndtrykk av Scheeres, et al. (arXiv: 1002.2478), sendt for publisering i Icarus.
