De senaste NASA-uppdragen till asteroider har samlat in viktiga data om den tidiga utvecklingen av vårt solsystem, planetbildning, och hur livet kan ha sitt ursprung på jorden. Dessa uppdrag ger också viktig information för att avleda asteroider som kan träffa jorden.

Uppdrag som OSIRIS-REx-uppdraget till Asteroid Bennu och Hyabusa II-uppdraget till Ryugu, utförs ofta av robotutforskare som skickar bilder tillbaka till jorden som visar komplexa asteroidytor med spruckna, uppflugna stenblock och bråtefält.

För att bättre förstå beteendet hos asteroidmaterial och designa framgångsrika robotutforskare, forskare måste först förstå exakt hur dessa upptäcktsresande påverkar ytan på asteroider under deras landningsögonblick.

I en artikel publicerad i tidskriften Ikaros , forskare vid University of Rochesters institution för fysik och astronomi, inklusive Alice Quillen, professor i fysik och astronomi, och Esteban Wright, en doktorand i Quillens labb, genomförde laboratorieexperiment för att avgöra vad som händer när upptäcktsresande och andra objekt landar på komplex, granulära ytor i miljöer med låg gravitation. Deras forskning ger viktig information för att förbättra noggrannheten i datainsamlingen om asteroider.

"Att kontrollera robotutforskaren är avgörande för uppdragets framgång, " Wright säger. "Vi vill undvika en situation där landaren sitter fast i sin egen landningsplats eller potentiellt studsar från ytan och går i en oavsiktlig riktning. Det kan också vara önskvärt för utforskaren att hoppa över ytan för att resa långa sträckor."

Forskarna använde sand för att representera en asteroids yta i labbet. De använde kulor för att mäta hur föremål påverkar sandytorna i olika vinklar, och filmade kulorna med höghastighetsvideo för att spåra kulornas banor och spinn under stöten med sanden.

"Kornformiga material som sand är vanligtvis ganska absorberande vid stötar, " säger Quillen. "Liknande som en kanonkula som rikoschetterar från vattnet, skjuten sand kan fungera som en snö framför en snöplog, lyfta projektilen, får det att hoppa av ytan."

Forskarna konstruerade en matematisk modell som inkluderar Froude-numret, ett dimensionslöst förhållande som beror på gravitationen, fart, och storlek. Genom att skala modellen med Froude-numret, forskarna kunde tillämpa kunskapen från sina experiment med kulorna i miljöer med låg gravitation, som de som finns på asteroidernas ytor.

"Vi fann att vid hastigheter nära utrymningshastigheten - den hastighet med vilken ett föremål kommer att undkomma gravitationsattraktion - är det troligt att många om inte de flesta stenar och stenblock kommer att rikoschettera på asteroider, " säger Wright.

Resultaten ger en förklaring till varför asteroider har strödda stenblock och stenar som ligger uppe på deras ytor, och de påverkar också vinkeln med vilken robotuppdrag kommer att behöva för att framgångsrikt landa på ytan av en asteroid.

"Robotiska uppdrag som landar på ytan av en asteroid kommer att behöva kontrollera ögonblicket för landning så att de inte studsar, " säger Quillen. "Robotarna kan åstadkomma detta genom att göra sin anslagsvinkel nästan vertikal, genom att minska anslagshastigheten till ett mycket litet värde, eller genom att göra nedslagshastigheten tillräckligt stor för att bilda en djup krater som robotutforskaren inte kommer att studsa ut ur."