|
Астероидная пыль оказалась рыхлее
|
|
|
|
Сила гравитации различна на каждом небесном теле в Солнечной системе. Будь то сокрушительный вес Юпитера или ничтожно малое притяжение небольшого астероида, эта фундаментальная физическая сила все равно оказывает существенное влияние на материал, из которого состоят эти тела. В новой статье исследователи из Университета Дуйсбург-Эссена и Немецкого аэрокосмического центра (DLR) демонстрируют, насколько сильно могут различаться эти параметры, позволяя имитаторам планет свободно падать внутри гигантской башни и измеряя, насколько «рыхлой» становится космическая пыль. Результаты опубликованы на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
Для начала исследователи выбрали три разных типа космической пыли (также известной как реголит) — мелкозернистый базальт, крупнозернистый базальт и сферические стеклянные шарики. Базальт является эталонным имитатором планет, по крайней мере, для Луны и Марса, поскольку он имеет схожую плотность и угловой профиль сжатия с образцами, доставленными миссиями «Аполлон». Стеклянные шарики были добавлены в качестве идеально гладкой и однородной контрольной группы.
|
|
|
|
Сама башня для испытаний представляла собой GraviTower Pro Bremen (GTB) в Германии, которая обеспечивает до 2,5 секунд «свободного падения» — или, как называют это исследователи космоса, микрогравитации. Для этого конкретного эксперимента решающее значение имела еще одна особенность башни — внутри капсулы был размещен линейный двигатель, который изменял ускорение, испытываемое образцами, от полного свободного падения до частичной гравитации 150, 250, 500, 750 или 1000 мм/с2.
|
|
|
|
|
|
|
Обычно такие эксперименты проводятся с помощью самолетов, летающих по параболическим траекториям, что позволяет обеспечить еще более длительное свободное падение. Однако сами самолеты обладают механическими вибрациями, которые могут действовать как нечто, эквивалентное постукиванию пальцем, заставляя зерна реголита оседать сильнее, чем это было бы в противном случае. В этом случае башня для испытаний, даже с необходимыми модификациями для ускорения, казалась наилучшим вариантом.
|
|
|
|
Внутри капсулы также находился еще один вибрационный двигатель, который энергично встряхивал образцы в воздухе, и камера, которая наблюдала за всем процессом во время полета в условиях микрогравитации. Предполагалось, что силы Ван дер Ваальса — электростатические силы, связывающие частицы друг с другом, но обычно полностью нивелируемые гравитацией, — будут играть важную роль в распределении частиц.
|
|
|
|
Проще говоря, так и было. Авторы отметили, что каждый образец — даже стеклянные шарики — занимал значительно больший объем в условиях низкой гравитации. Однако каждый образец реагировал на эту среду по-разному. Мелкий базальт увеличил свой объем больше всего (на 19,6%) при осаждении с ускорением 250 мм/с2, в то время как крупный базальт показал наибольшее увеличение объема (12,2%) при ускорении 150 мм/с2. Стеклянные шарики, с другой стороны, показали незначительное увеличение объема на 4,25%.
|
|
|
|
Так почему же такое расхождение? Геометрия — зазубренные базальтовые зерна легко цепляются друг за друга, и в условиях низкой гравитации этого трения и сил Ван дер Ваальса достаточно, чтобы противостоять собственному весу конструкций. Гладкие сферы, с другой стороны, не имели этих зазубренных краев, поэтому у них отсутствовали многие «крючки», которые позволяли другим частицам сохранять больший объем.
|
|
|
|
Однако предстоит еще много работы. 2,5 секунды — это недостаточно долгое время для полного осаждения образцов. Кроме того, сами контейнеры для образцов могли внести «эффект стенок», который исказил бы данные. Но в целом, это был шаг к пониманию того, как работает реголит на малых телах по всей Солнечной системе.
|
|
|
|
Понимание этого в деталях будет иметь решающее значение для любых будущих усилий по добыче полезных ископаемых на астероидах, поскольку разработка правильной буровой установки является одной из важнейших составляющих таких усилий. Системы могут легко выйти из строя, если они не оборудованы для работы с невероятно рыхлой, связной почвой из космоса. Поэтому лучше всего продолжить проведение дополнительных экспериментов, чтобы развить эту идею и убедиться, что мы готовы ко всему, что нас ждет.
|
|
|
|
Источник
|
