Ei, see pole Universumi mõistatus nr 3; pigem on see intrigeeriv tulemus hiljutisest tööst väikeste asteroidide kummaliste kujundite ja koostisega.
Kosmosemissioonidelt tagasi saadetud piltide põhjal võib järeldada, et väiksemad asteroidid pole põlised kivimürakad, vaid on kaetud killustikuga, mille suurus varieerub meetrisuurustest rändrahnudest jahu moodi tolmuni. Mõne asteroidi puhul näib olevat kuni 50% tühja ruumi, mis viitab sellele, et need võiksid olla killustiku kogumid, millel pole tahket südamikku.
Kuid kuidas need asteroidid tekivad ja arenevad? Ja kui me peame kunagi ühe neist kõrvale kalduma, et vältida dinosauruste saatust, kuidas seda teha ilma seda lõhkumata ja ohtu veelgi suuremaks muuta?
Johannes Diderik van der Waals (1837–1923) päästetud Daniel Scheerese, Michael Swifti ja kolleegide väikese abiga.
Asteroidid kipuvad oma telgedel kiiresti keerutama - ja väiksemate kehade pinnal võib gravitatsioon olla tuhandik või isegi üks miljondik Maa peal olevast. Selle tulemusel jäävad teadlased imestama, kuidas killustik pinnale kleepub. "Need vähesed pildid, mis meil asteroidpindadest on, on väljakutse mõista traditsioonilise geofüüsika kasutamist," selgitas Colorado ülikooli Scheeres.
Selle salapära põhja jõudmiseks tegid meeskond - Colorado ülikooli kolleegid Daniel Scheeres ja Nottinghami ülikooli Michael Swift - põhjaliku uuringu vastavate jõudude kohta, kes on seotud killustiku sidumisega asteroidile. Väikeste kehade moodustumine kosmoses hõlmab gravitatsiooni ja ühtekuuluvust - viimased on molekulidevaheline atraktsioon materjalide pinnal. Ehkki raskusjõud on hästi mõistetav, on killustikus töötavate sidususte jõud ja nende suhteline tugevus palju vähem teada.
Töörühm eeldas, et terade vahelised kohesiivsed jõud on sarnased „ühtekuuluvates pulbrites” - mis sisaldavad leivajahu -, kuna sellised pulbrid sarnanevad asteroidide pindadel nähtuga. Nende jõudude olulisuse hindamiseks kaalus meeskond nende tugevust gravitatsioonijõudude suhtes, mis esinevad väikesel asteroidil, mille gravitatsioon maapinnal on umbes miljon korda suurem kui Maa peal. Meeskond leidis, et gravitatsioon on väiksematel asteroididel täheldatud kivimite ebaefektiivne sidumisjõud. Elektrostaatiline atraktsioon oli samuti tühine, välja arvatud juhul, kui osa asteroidist, mida see Päikese poolt valgustab, puutub kokku tumeda osaga.
Kiiresti tagasi 19. sajandi keskpaika, aega, mil molekulide olemasolu oli vaieldav, ja molekulidevaheline jõud sunnib puhtaks ulmeks (välja arvatud muidugi see, et siis polnud sellist asja). Van der Waalsi doktoritöö andis võimsa selgituse üleminekuks gaasilistest ja vedelatest faasidest koosnevate molekulide vahel esinevate nõrkade jõudude osas, mis tema arvates olid piiratud suurusega (rohkem kui pool sajandit pidi mööduma, enne kui neist jõududest aru sai) kvantitatiivselt kvantmehaanika ja aatomiteooria osas).
Van der Waalsi jõud - külgnevate aatomite või molekulide vahelised nõrgad elektrostaatilised atraktsioonid, mis tulenevad nende elektronide asendi kõikumisest - näivad teevat trikki osakeste jaoks, mille suurus on alla ühe meetri. Van der Waalsi jõu suurus on võrdeline osakese kontaktpinnaga - erinevalt gravitatsioonist, mis on võrdeline osakese massiga (ja seega ka ruumalaga). Selle tulemusel suureneb van der Waalsi suhteline tugevus gravitatsiooniga võrreldes, kui osake väheneb.
See võib selgitada näiteks Scheerese ja tema kolleegide hiljutisi tähelepanekuid, et väikesed asteroidid on kaetud peene tolmuga - materjaliga, mis mõne teadlase arvates päikesekiirgusest eemale tõukaks. Uurimistööl võib olla mõju ka sellele, kuidas asteroidid reageerivad YORP efektile - väikeste asteroidide nurkkiiruse suurenemisele päikesekiirguse neeldumise kaudu. Kuna surnukehad keerlevad kiiremini, viitab see hiljutine töö sellele, et nad ajaksid suuremad kivid välja, säilitades samas väiksemad. Kui selline asteroid oleks killustikukogum, võib tulemuseks olla väiksemate osakeste kogum, mida hoiavad koos van der Waalsi jõud.
Asteroidi asjatundja Keith Holsapple Washingtoni ülikoolist avaldab muljet, et mitte ainult Scheerese meeskond pole hinnanud asteroidil mängitavaid jõude, vaid on vaadanud ka seda, kuidas need varieeruvad asteroidi ja osakeste suuruse järgi. "See on väga oluline dokument, milles käsitletakse päikesesüsteemi väikeste kehade mehaanika ja madala raskusastmega osakeste mehaanika võtmeküsimust," ütles ta.
Scheeres märkis, et selle teooria testimine nõuab kosmosemissiooni asteroidi pinna mehaaniliste ja tugevusomaduste määramiseks. "Me töötame praegu välja sellise ettepaneku," ütles ta.
Allikas: Füüsika maailm. „Jõudude skaleerimine asteroidi pindadele: ühtekuuluvuse roll” on Scheeres et al. (arXiv: 1002.2478), esitatud avaldamiseks Icaruses.
