Όχι, δεν είναι το Σύμπαν Παζλ Νο. 3. μάλλον, είναι ένα ενδιαφέρον αποτέλεσμα από την πρόσφατη εργασία στα περίεργα σχήματα και τη σύνθεση των μικρών αστεροειδών.
Οι εικόνες που αποστέλλονται από διαστημικές αποστολές υποδηλώνουν ότι οι μικρότεροι αστεροειδείς δεν είναι παρθένα κομμάτια βράχου, αλλά αντίθετα καλύπτονται σε ερείπια που κυμαίνονται σε μέγεθος από ογκόλιθους μεγέθους έως σκόνη σαν αλεύρι. Πράγματι, ορισμένοι αστεροειδείς φαίνεται να έχουν έως και 50% κενό χώρο, γεγονός που υποδηλώνει ότι θα μπορούσαν να είναι συλλογές ερειπίων χωρίς συμπαγή πυρήνα.
Αλλά πώς σχηματίζονται και εξελίσσονται αυτοί οι αστεροειδείς; Και αν πρέπει ποτέ να εκτρέψουμε έναν, για να αποφύγουμε τη μοίρα των δεινοσαύρων, πώς να το κάνουμε χωρίς να το διαλύσουμε και να κάνουμε τον κίνδυνο πολύ μεγαλύτερο;
Ο Johannes Diderik van der Waals (1837-1923), με λίγη βοήθεια από τους Daniel Scheeres, Michael Swift, και τους συναδέλφους του, για τη διάσωση.
Οι αστεροειδείς τείνουν να περιστρέφονται γρήγορα στους άξονες τους - και η βαρύτητα στην επιφάνεια των μικρότερων σωμάτων μπορεί να είναι το ένα χιλιοστό ή ακόμη και το ένα εκατοστό του αυτού στη Γη. Ως αποτέλεσμα οι επιστήμονες αφήνουν να αναρωτιούνται πώς προσκολλώνται τα ερείπια στην επιφάνεια. «Οι λίγες εικόνες που έχουμε από αστεροειδείς επιφάνειες είναι μια πρόκληση να κατανοήσουμε χρησιμοποιώντας την παραδοσιακή γεωφυσική», εξήγησε ο Scheeres του Πανεπιστημίου του Κολοράντο.
Για να φτάσουμε στο κατώτατο σημείο αυτού του μυστηρίου, η ομάδα - ο Daniel Scheeres, οι συνάδελφοί του στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο και ο Michael Swift στο Πανεπιστήμιο του Nottingham - πραγματοποίησαν μια διεξοδική μελέτη των σχετικών δυνάμεων που εμπλέκονται στη δέσμευση των ερειπίων σε έναν αστεροειδή. Ο σχηματισμός μικρών σωμάτων στο διάστημα περιλαμβάνει τη βαρύτητα και τη συνοχή - το τελευταίο είναι η έλξη μεταξύ των μορίων στην επιφάνεια των υλικών. Ενώ η βαρύτητα είναι καλά κατανοητή, η φύση των συνεκτικών δυνάμεων που εργάζονται στα ερείπια και οι σχετικές τους αντοχές είναι πολύ λιγότερο γνωστές.
Η ομάδα υπέθεσε ότι οι συνεκτικές δυνάμεις μεταξύ των κόκκων είναι παρόμοιες με εκείνες που βρέθηκαν στις «συνεκτικές σκόνες» - που περιλαμβάνουν αλεύρι ψωμιού - επειδή τέτοιες σκόνες μοιάζουν με αυτό που έχει δει σε αστεροειδείς επιφάνειες. Για να εκτιμήσει τη σημασία αυτών των δυνάμεων, η ομάδα εξέτασε τη δύναμή τους σε σχέση με τις βαρυτικές δυνάμεις που υπάρχουν σε έναν μικρό αστεροειδή όπου η βαρύτητα στην επιφάνεια είναι περίπου το ένα εκατοστό του αντίστοιχου στη Γη. Η ομάδα διαπίστωσε ότι η βαρύτητα είναι μια αναποτελεσματική δύναμη δέσμευσης για πετρώματα που παρατηρούνται σε μικρότερους αστεροειδείς. Η ηλεκτροστατική έλξη ήταν επίσης αμελητέα, εκτός από όπου ένα μέρος του αστεροειδούς που φωτίζεται από τον Ήλιο έρχεται σε επαφή με ένα σκοτεινό τμήμα.
Γρήγορα προς τα πίσω στα μέσα του 19ου αιώνα, μια εποχή που η ύπαρξη μορίων ήταν αμφιλεγόμενη και οι διαμοριακές δυνάμεις καθιστούν καθαρή επιστημονική φαντασία (εκτός από το ότι φυσικά δεν υπήρχε κάτι τέτοιο τότε). Η διδακτορική διατριβή του Van der Waals παρείχε μια ισχυρή εξήγηση για τη μετάβαση μεταξύ αέριων και υγρών φάσεων, όσον αφορά τις αδύναμες δυνάμεις μεταξύ των συστατικών μορίων, τα οποία υποτίθεται ότι έχουν πεπερασμένο μέγεθος (περισσότερο από μισό αιώνα έπρεπε να περάσει πριν κατανοηθούν αυτές οι δυνάμεις ποσοτικά, από την άποψη της κβαντικής μηχανικής και της ατομικής θεωρίας).
Οι δυνάμεις Van der Waals - αδύναμα ηλεκτροστατικά σημεία έλξης μεταξύ γειτονικών ατόμων ή μορίων που προκύπτουν από διακυμάνσεις στις θέσεις των ηλεκτρονίων τους - φαίνεται να κάνουν το τέχνασμα για σωματίδια μεγέθους μικρότερου του ενός μέτρου περίπου. Το μέγεθος της δύναμης van der Waals είναι ανάλογο με την επιφάνεια επαφής ενός σωματιδίου - σε αντίθεση με τη βαρύτητα, η οποία είναι ανάλογη με τη μάζα (και συνεπώς τον όγκο) του σωματιδίου. Ως αποτέλεσμα, η σχετική αντοχή του van der Waals σε σύγκριση με τη βαρύτητα αυξάνεται καθώς το σωματίδιο γίνεται μικρότερο.
Αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει, για παράδειγμα, πρόσφατες παρατηρήσεις των Scheeres και συναδέλφων ότι οι μικροί αστεροειδείς καλύπτονται από λεπτή σκόνη - υλικό που ορισμένοι επιστήμονες πίστευαν ότι θα απομακρυνόταν από την ηλιακή ακτινοβολία. Η έρευνα μπορεί επίσης να έχει επιπτώσεις στο πώς οι αστεροειδείς ανταποκρίνονται στο «φαινόμενο YORP» - η αύξηση της γωνιακής ταχύτητας των μικρών αστεροειδών με την απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας. Καθώς τα σώματα περιστρέφονται γρηγορότερα, αυτή η πρόσφατη εργασία υποδηλώνει ότι θα εκδιώξουν μεγαλύτερους βράχους διατηρώντας παράλληλα μικρότερα. Εάν ένας τέτοιος αστεροειδής ήταν μια συλλογή ερειπίων, το αποτέλεσμα θα μπορούσε να είναι ένα σύνολο μικρότερων σωματιδίων που συγκρατούνται από τις δυνάμεις του van der Waals.
Ο ειδικός των αστεροειδών Keith Holsapple του Πανεπιστημίου της Ουάσινγκτον εντυπωσιάζεται ότι όχι μόνο η ομάδα του Scheeres εκτιμά τις δυνάμεις που παίζουν σε έναν αστεροειδή, αλλά επίσης εξέτασε πώς αυτές ποικίλλουν ανάλογα με το μέγεθος των αστεροειδών και των σωματιδίων. «Αυτό είναι ένα πολύ σημαντικό έγγραφο που ασχολείται με ένα βασικό ζήτημα της μηχανικής των μικρών σωμάτων του ηλιακού συστήματος και της μηχανικής σωματιδίων σε χαμηλή βαρύτητα», είπε.
Ο Scheeres σημείωσε ότι η δοκιμή αυτής της θεωρίας απαιτεί μια διαστημική αποστολή για τον προσδιορισμό των μηχανικών ιδιοτήτων και των ιδιοτήτων αντοχής της επιφάνειας ενός αστεροειδούς. «Αναπτύσσουμε μια τέτοια πρόταση τώρα», είπε.
Πηγή: World Physics. «Οι δυνάμεις κλιμάκωσης στις αστεροειδείς επιφάνειες: Ο ρόλος της συνοχής» είναι ένα προσχέδιο των Scheeres, et al. (arXiv: 1002.2478), υποβλήθηκε για δημοσίευση στο Ίκαρος.
