Сила гравитации диктует правила поведения материи на каждом космическом теле в нашей Солнечной системе. Новое исследование ученых из университета Дуйсбурга-Эссена и Немецкого аэрокосмического центра DLR доказало, что на малых небесных телах, таких как астероиды, космическая пыль ведет себя крайне необычно, превращаясь под воздействием слабых сил в очень объемную и рыхлую субстанцию. Статья ученых доступна в виде препринта на сайте arXiv.org.
Для проведения тестов исследователи использовали три типа аналогов космического грунта (реголита): мелкий базальтовый песок, крупный базальт и идеально гладкие стеклянные микросферы в качестве контрольной группы. Базальт является золотым стандартом для таких экспериментов, поскольку его плотность и характеристики излома максимально близки к образцам лунного и марсианского грунта, доставленным на Землю в рамках космических программ.
Все эксперименты проводились в специализированной башне свободного падения GraviTower Pro Bremen в Германии, которая способна обеспечивать до 2,5 с чистой микрогравитации. Контейнеры с грунтом помещали в капсулу, оснащенную линейным двигателем, который позволял плавно изменять ускорение свободного падения от полного нуля до величин порядка 150, 250, 500, 750 и 1000 мм/с^2, имитируя условия на поверхности малых планет, пишет Universe Today.
Результаты съемок высокоскоростной камерой превзошли ожидания: при падении уровня силы тяжести объем всех исследуемых сыпучих материалов заметно увеличился. Наиболее выраженную реакцию продемонстрировал мелкий базальтовый песок — при ускорении в 250 мм/с^2 его объем вырос на 19,6%. Крупнозернистый базальт показал максимальное расширение на 12,2% при гравитации в 150 мм/с^2, тогда как гладкие стеклянные шарики увеличили свой объем всего на 4,25%.
Объяснение этого феномена кроется в законах геометрии и электростатики: угловатые, зазубренные частицы базальта легко цепляются друг за друга микроскопическими выступами. В условиях экстремально слабой гравитации электростатические силы Ван-дер-Ваальса, которые на Земле незаметны под весом самого грунта, начинают доминировать над притяжением, позволяя песчинкам удерживать «воздушные» пустоты и формировать рыхлую структуру.
Несмотря на ограничения эксперимента, такие как кратковременность свободного падения и влияние стенок контейнера, эти данные критически важны для планирования будущих миссий. Понимание того, насколько податливым и несвязным может быть грунт на малых телах, определит успех разработки астероидных буровых установок и роботизированных ковшей. Любая техника для добычи полезных ископаемых в космосе может легко выйти из строя, если инженеры не учтут эту удивительную «пушистость» космической пыли.
Ранее Наука Mail рассказывала, что NASA сообщило о тестировании телескопа для охоты на опасные астероиды.
