Астероидная пыль оказалась «пушистее», чем считалось

Фото из открытых источников

Сила гравитации различна на каждом небесном теле в Солнечной системе. Будь то сокрушительная масса 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 может отличаться сила гравитации, позволяя имитаторам планет свободно падать внутри гигантской башни свободного падения и измеряя, насколько «пушистым» становится космический грунт.

Для начала исследователи выбрали три разных вида космического мусора (также известного 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 профиль углового измельчения с образцами, доставленными с миссий «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, обеспечивающую 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, изменяющий ускорение, испытываемое образцами, от полного свободного падения до частичной гравитации с ускорением 150, 250, 500, 750 или 1000 мм/с².

Обычно подобные эксперименты проводятся с использованием самолетов, летящих по параболическим траекториям, что позволяет увеличить продолжительность свободного падения. Однако сами самолеты испытывают механические вибрации, которые могут действовать подобно постукиванию пальцем, вызывая более сильное оседание частиц реголита, чем это было бы в обычных условиях. В данном случае, даже с необходимыми модификациями для ускорения, башня свободного падения 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. Предполагается, 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, тогда как крупный базальт показал наибольшее увеличение объема (12,2%) при ускорении 150 мм/с². Стеклянные шарики, с другой стороны, продемонстрировали незначительное увеличение объема всего на 4,25%.

Так почему же такое несоответствие? Геометрия — зазубренные зерна базальта 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 из «крючков», 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 вызвать «эффект стенок», который исказил бы данные. Но в целом, это шаг к пониманию того, как работает реголит на малых телах по всей Солнечной системе.

Детальное понимание этого вопроса будет иметь решающее значение для любых будущих проектов по добыче полезных ископаемых на астероидах, поскольку разработка подходящей буровой установки является одним из важнейших аспектов таких работ. Системы могут легко выйти из строя, если они не оборудованы для работы с невероятно рыхлой, связной космической породой. Поэтому лучше всего продолжить проведение дополнительных экспериментов, чтобы убедиться в нашей готовности ко всему, что нас ждет в космосе.