• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Mekanismen bakom storlekssortering av spillror på asteroiden Itokawa avslöjade

    När en sten rullar på en sten, återhämtar den sig, medan den träffar ett hav av andra småsten. Forskare kallar denna process 'ballistisk sortering'. Kredit:OIST

    Under 2005, Hayabusa -rymdfarkosten som utvecklats av Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) landade på Itokawa, en liten jordnära asteroid uppkallad efter den berömda japanska raketforskaren Hideo Itokawa. Syftet med det obemannade uppdraget var att studera asteroiden och samla ett prov på material som ska skickas tillbaka till jorden för analys. I motsats till vetenskapliga förutsägelser om att små asteroider är karga nuggets av sten, fotografier tagna av Hayabusa -rymdfarkosten avslöjade att ytan på Itokawa är översådd med partiklar av olika storlek. Ännu mer förbryllande var den laterala separationen av små och stora partiklar - med stora stenblock som upptar höglandet och små stenar som upptar låglandet.

    Forskare vid Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), Japan, i samarbete med forskare vid Rutgers University, USA, har använt en kombination av experiment, simuleringar och analyser för att föreslå en mekanism som ligger till grund för lateral storlekssortering av partiklar på Itokawa:små stenar som träffar ytan på Itokawa återhämtar sig från stenblock men sjunker ner i småstenrika områden.

    Storlekssortering av partiklar på Itokawa tillskrevs tidigare Brazil Nut Effect (BNE) där partiklar av olika storlekar separeras under ihållande vertikal skakning i närvaro av gravitation. I likhet med fenomenet där en skaka granola får stora kluster att stiga upp till ytan och mindre havre sjunker till botten, stora stenblock stiger upp till ytan på asteroidrester, medan mindre stenar sjunker. Men även om BNE kan stå för stenblock som stiger upp till ytan, den misslyckas med att förklara den observerade laterala segregation av partiklar.

    "Tillsammans med forskare vid Rutgers University, vi har kommit på en enklare och mer livskraftig orsak till storlekssortering av partiklar på Itokawa, "säger professor Pinaki Chakraborty, chef för OIST:s vätskemekaniska enhet.

    Resultaten, att publiceras i Fysiska granskningsbrev ge insikt i bildandet och utvecklingen av små asteroider, ger ett fönster till solsystemets tidiga skeden.

    Från fotografierna, det kan observeras att volymer stenblock och stenar på ytan av Itokawa är jämförbara, vilket betyder att det måste finnas många fler småstenar efter antal. Det följer att de flesta kollisioner som bildade asteroiden måste ha varit från små partiklar. Detta är betydelsefullt, eftersom när en sten rullar på en sten, återhämtar den sig, medan när den träffar ett hav av andra småsten dör dess fart. Forskarna förutspådde att denna process - som de kallade 'ballistisk sortering' - kunde ligga till grund för Itokawas storlekssorteringsfenomen.

    För att testa detta experimentellt, forskare vid Rutgers University tappade sandpartiklar på en keramisk platta för att modellera småsten som kolliderar med stenblock och andra stenar. De observerade att när sandpartiklar träffade plattan, de hoppar av, men när de träffade en hög med sand, de aggregerar, som leder till odling av sandhögar.

    Asteroiden Itokawa. Upphovsman:JAXA

    "Dessa inledande experiment visar att fallande sand studsar bort från stenblock, men stannar nära sandstränder, "förklarar professor Troy Shinbrot från Rutgers University och huvudförfattare till studien.

    Nästa, Professor Shinbrot och kollegor tappade sandpartiklar på stenar som slumpmässigt placerades i botten av en låda. Mäter storleken på sandöarna över tid, laget visade att öarnas område växer enligt Hill -ekvationen, som används för att beskriva processer där en initial ackumulering främjar ytterligare ackumulering.

    För att testa om dessa experimentella resultat gäller Itokawa - som har mycket lägre tyngdkraft än jorden - Dr Tapan Sabuwala från OIST's Continuum Physics Unit, genomförde datasimuleringar där han varierade gravitationen och kvantifierade den ballistiska sorteringseffekten genom att släppa stenar på ett substrat av stenar och småsten och spåra varje stenbana. Han fann att småsten som träffade stenblock reser längre än småsten som träffar andra stenar, oavsett gravitation.

    "Våra simuleringar bekräftar att småsten växer eftersom inkommande småsten rullar tillbaka från stenar men kolliderar oelastiskt med andra småsten, "säger Dr Sabuwala." Vi finner också att ballistisk sortering leder till bildandet av platta stenstenar i gravitationsdalar. "

    Baserat på både experiment och simuleringar, laget drog slutsatsen att låga hastighetsavsättningar av småsten resulterar i en förutsägbar tillväxt av småsten.

    "Vi tror att ballistisk sortering kan vara den dominerande mekanismen bakom storlekssortering av partiklar på små asteroider som Itokawa, "säger Prof. situationen är mer komplicerad. "

    Preliminär avbildning av asteroiden Bennu, som är jämförbar i storlek med Itokawa, föreslår att den också uppvisar segregering i sidled av partiklar på dess yta. En NASA-ledd utforskning av Bennu som påbörjas 2018 förväntas ge ytterligare insikter om omfattningen av ballistisk sortering.

    "Vår forskning kan vara användbar för kommande rymduppdrag, särskilt för att styra framgångsrika rymdfarkostlandningar på asteroider, "säger professor Chakraborty." Förutom uppdraget att asteroiden Bennu, pågående JAXA:s Hayabusa 2-uppdrag till asteroiden Ryugu och det kommande NASA-ledda uppdraget till Jupiters trojanska asteroider som ska lanseras 2021, kan dra nytta av detta nya fynd. "


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com