לא, זה לא פאזל היקום מספר 3; במקום זאת, זו תוצאה מסקרנת מהעבודה האחרונה לצורות והרכביהם המוזרים של אסטרואידים קטנים.
תמונות שנשלחו בחזרה ממשימות חלל מרמזות כי אסטרואידים קטנים יותר אינם נתחי סלע בתוליים, אלא מכוסים במקום הריסות הנעים בין סלעים בגודל מטר לאבק דמוי קמח. אכן, נראה כי אסטרואידים מסוימים מכילים שטח ריק עד 50%, מה שמרמז שהם יכולים להיות אוספי הריסות ללא גרעין מוצק.
אך כיצד נוצרים ומתפתחים האסטרואידים האלה? ואם אי פעם נצטרך להסיט את אחד מהם, כדי להימנע מגורלם של הדינוזאורים, כיצד לעשות זאת מבלי לפרק אותו ולהפוך את הסכנה הרבה יותר גדולה?
יוהנס דידריק ואן דר וואלס (1837-1923), בעזרת מעט דניאל שרס, מייקל סוויפט, ועמיתיו, להצלה.
אסטרואידים נוטים להסתחרר במהירות על ציריהם - וכוח המשיכה על פני גופים קטנים יותר יכול להיות אלף או אפילו מיליון זה מזה על כדור הארץ. כתוצאה מכך מדענים נותרים תוהים כיצד ההריסות נצמדות אל פני השטח. "התמונות המעטות שיש לנו על משטחי אסטרואיד מהווים אתגר להבין באמצעות גיאופיזיקה מסורתית", הסביר שרס מאוניברסיטת קולורדו.
כדי לרדת לעומק התעלומה הזו, הצוות - דניאל שרייס, עמיתים מאוניברסיטת קולורדו ומייקל סוויפט מאוניברסיטת נוטינגהאם - ערכו מחקר מעמיק של הכוחות הרלוונטיים המעורבים בקשירת הריסות לאסטרואיד. היווצרות גופים קטנים בחלל כוללת כוח משיכה ולכידות - כאשר האחרונים הם המשיכה בין מולקולות על פני החומרים. בעוד שמובנים היטב כוח המשיכה, אופי הכוחות המלוכדים בעבודה בהריסות וחוזקותיהם היחסיות הרבה פחות ידוע.
הצוות הניח שכוחות הלכידות בין הדגנים דומים לזה שנמצא ב"אבקות מלוכדות "- הכוללות קמח לחם - מכיוון שאבקות כאלה דומות למה שנראה על משטחי האסטרואיד. כדי לאמוד את חשיבותם של כוחות אלה, הצוות שקל את כוחם ביחס לכוחות הכבידה המצויים על אסטרואיד קטן שבו כוח הכבידה לפני השטח הוא כמיליון מכמותו על פני כדור הארץ. הצוות מצא כי כוח הכבידה הוא כוח מחייב לא יעיל לסלעים שנצפו על אסטרואידים קטנים יותר. המשיכה האלקטרוסטטית הייתה זניחה גם היא, למעט מקום בו חלק מהאסטרואיד שמואר על ידי השמש בא במגע עם חלק חשוך.
לאחור במהירות לאמצע המאה ה -19, תקופה בה קיומן של מולקולות היה שנוי במחלוקת, וכוחות בין מולקולריים מכריחים מדע בדיוני טהור (למעט, כמובן, שלא היה דבר כזה אז). עבודת הדוקטורט של ואן דר וואלס סיפקה הסבר רב עוצמה למעבר בין שלבים גזים ונוזליים, מבחינת כוחות חלשים בין מולקולות המרכיבים, שלדעתו הם בעלי גודל סופי (יותר מחצי מאה הייתה אמורה לעבור לפני שהכוחות הללו יובנו , כמותית, מבחינת מכניקת הקוונטים ותורת האטום).
כוחות ואן-דר-וואלס - אטרקציות אלקטרוסטטיות חלשות בין אטומים או מולקולות סמוכות הנובעות מתנודות במיקומי האלקטרונים שלהם - נראה שעושה את העבודה עבור חלקיקים שגודלם פחות ממטר. גודלו של כוח ואן-דר-וואלס פרופורציונאלי לשטח המגע של החלקיק - בניגוד לכוח המשיכה, שהוא פרופורציונלי למסה (ולכן נפח) של החלקיק. כתוצאה מכך, עוצמתו היחסית של ואן דר וואלס לעומת כוח הכבידה גדלה ככל שהחלקיק הולך וקטן.
זה יכול להסביר, למשל, את התצפיות שנערכו לאחרונה על ידי שרס ועמיתיהם על כך שאסטרואידים קטנים מכוסים באבק דק - חומר שלדעת כמה מדענים סחף אותם על ידי קרינת שמש. למחקר יכולות להיות השלכות גם על האופן שבו אסטרואידים מגיבים ל"אפקט YORP "- עליית המהירות הזוויתית של אסטרואידים קטנים על ידי ספיגת קרינת השמש. ככל שהגופות מסתובבות מהר יותר, עולה מהעבודה האחרונה כי הם גורשים סלעים גדולים יותר תוך שמירה על אבנים קטנות יותר. אם אסטרואיד כזה היה אוסף של הריסות, התוצאה יכולה להיות מצטבר של חלקיקים קטנים יותר המוחזקים יחד על ידי כוחות ואן דר וואלס.
מומחה האסטרואידים קית הולסאפל מאוניברסיטת וושינגטון מתרשם כי לא רק שהצוות של Scheeres העריך את הכוחות במשחק על אסטרואיד, הוא גם בדק כיצד אלה משתנים זה מזה באסטרואיד ובגודל החלקיקים. "זהו מאמר חשוב מאוד העוסק בנושא מפתח במכניקה של הגופים הקטנים של מערכת השמש ומכניקת החלקיקים בכבידה נמוכה," אמר.
שרייז ציין כי בדיקת תיאוריה זו מחייבת משימת חלל לקביעת תכונות מכניות וחוזק של פני השטח של האסטרואיד. "אנו מפתחים הצעה כזו עכשיו," אמר.
מקור: עולם הפיזיקה. "קנה המידה של כוחות למשטחי האסטרואידים: תפקיד הלכידות" הוא תדפיס מראש של Scheeres et al. (arXiv: 1002.2478), הוגש לפרסום באיקארוס.
