Камни и пыль на астероиде Эрос. Фото NASA
Изображения, присылаемые из космоса различными миссиями, дают возможность предполагать, что малые астероиды – не простые каменные глыбы. Они покрыты слоем из различных пород, включающим как метровые валуны, так и мукообразную пыль. Более того, некоторые астероиды кажутся на 50% состоящими из пустых полостей; вполне возможно, эти полости могли бы быть заполнены разнообразным щебнем.
Но как эти астероиды формируются и развиваются? И если нам когда-нибудь в будущем придется изменит траекторию одного из них, чтобы избежать судьбы динозавров, как сделать это, не взорвав его и не создав тем самым еще большей угрозы?
Теории Яна Дидерика Ван-дер-Ваальса (Johannes Diderik van der Waals) (1837-1923), а также Даниэла Ширеса (Daniel Scheeres), Майкла Свифта (Michael Swift) и их коллег приходят на выручку.
Пыльный астероид Итокава. Фото JAXA
Астероиды имеют тенденцию вращаться очень быстро вокруг своей оси, и сила тяжести на поверхности малых тел может составлять тысячную или даже миллионную долю силы тяжести Земли. В результате ученым остается ломать голову над вопросом, как пыль удерживается на поверхности астероидов. По словам Ширеса, те немногие снимки поверхностей астероидов, которые имеются на сегодняшний день, — настоящая головоломка, разгадать которую довольно сложно, используя методы традиционной геофизики.
В попытке докопаться до сути этой загадки команда ученых провела тщательное изучение всех возможных сил, имеющих отношение к оседанию пыли на астероиде. В формирование малых тел в космосе вовлечены силы тяжести и сцепления; под последней имеется в виду притяжение между молекулами на поверхности материи. В то время как сила тяжести хорошо изучена, о природе сил сцепления и их взаимодействии в процессе формирования наносов на поверхности космических тел известно гораздо меньше.
Исследователи предположили, что эти силы подобны тем, что наблюдаются в «когезионных порошках» — в том числе хлебопекарной муке, — потому что такие порошки напоминают то, что было обнаружено на поверхностях астероидов. Чтобы оценить их, ученые рассматривала их мощность относительно гравитации на маленьком астероиде, где сила притяжения на поверхности составляет около одной миллионной от притяжения Земли. Было обнаружено, что сила тяжести в рассматриваемом случае – малодейственный фактор. Электростатическое притяжение было также незначительно, кроме той области, где освещенная Солнцем часть астероида граничит с темной частью.
В середине 19-го столетия, когда вопрос о существовании молекул был спорным, а наличие межмолекулярных сил считалось научной фантастикой (правда, тогда не еще не было такого жанра), Ван-дер-Ваальс в своей докторской диссертации предложил убедительное объяснение перехода между газообразными и жидкими фазами вещества, взяв за исчисления силы взаимодействия составляющих молекул, которые имеют конечную величину.
Ван-дер-ваальсовы силы — силы межмолекулярного взаимодействия с энергией 0,8 — 8,16 кДж/моль, возникающие при поляризации молекул и образовании диполей и являющиеся результатом колебаний в положениях их электронов. Величина сил Ван-дер-Ваальса пропорциональна площади поверхности контакта частицы, в отличие от силы тяжести, которая пропорциональна массе (соответственно и объему) частицы. В результате, относительная величина сил Ван-дер-Ваальса возрастает пропорционально уменьшению самой частицы.
Это могло бы объяснить, например, недавние наблюдения Ширеса и его коллег: малые астероиды покрыты пылью – материей, которая, по мнению некоторых ученых, должна быть разогнана солнечным излучением. Исследование также может объяснить, как астероиды отвечают на эффект Ярковского – увеличение угловой скорости маленьких астероидов при поглощении солнечного излучения. Поскольку тела вращаются быстрее, эта недавняя работа предполагает, что сохранились именно меньшие обломки пород. Если бы подобный астероид был покрыт щебнем, то результатом могла бы быть совокупность малых частиц, скрепленных силами Ван-дер-Ваальса.
Ширес отметил, что проверка этой теории требует космической миссии для определения механических мощностных сил поверхности астероидов.
