Humlende rumstøv får asteroider til at se mere rå ud

Som majskerner, der popper i en stegepande, kan små støvkorn hoppe rundt på overfladen af ​​asteroider, ifølge en ny undersøgelse fra fysikere ved CU Boulder.

Den popcorn-lignende effekt kan endda hjælpe med at rydde op i mindre asteroider, hvilket får dem til at miste støv og se ru og forrevne ud fra rummet.

Forskerne offentliggjorde deres resultater den 11. juli i tidsskriftet Nature Astronomy . Deres resultater kan hjælpe videnskabsmænd til bedre at forstå, hvordan asteroider ændrer form over tid - og hvordan disse kroppe migrerer gennem rummet, og nogle gange bringer dem farligt tæt på Jorden, sagde Hsiang-Wen (Sean) Hsu, medforfatter af undersøgelsen.

"Jo mere finkornet materiale, eller regolit, disse asteroider mister, jo hurtigere migrerer de," sagde Hsu, en forskningsmedarbejder ved Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) ved CU Boulder.

Undersøgelsen begyndte med et par nysgerrige billeder.

I 2020 rejste et NASA-rumfartøj ved navn OSIRIS-REx mere end 1 milliard miles for at mødes med asteroiden (191055) Bennu, der er omtrent lige så høj som Empire State Building. Men da rumfartøjet ankom, fandt forskerne ikke, hvad de forventede:Asteroidens overflade lignede groft sandpapir, ikke glat og støvet, som forskerne havde forudsagt. Der var endda kampesten på størrelse med huse og lastbiler spredt ud over dens ydre.

Nu har Hsu og hans kolleger trukket på computersimuleringer eller modeller og laboratorieeksperimenter for at udforske det puslespil. Han sagde, at kræfter beslægtet med statisk elektricitet kan sparke de mindste støvkorn, nogle ikke større end en enkelt bakterie, væk fra asteroiden og ud i rummet - og efterlader kun større sten.

Bennu er ikke alene, sagde undersøgelsens medforfatter Mihály Horányi.

"Vi er ved at indse, at den samme fysik forekommer på andre luftløse kroppe som månen og endda Saturns ringe," sagde Horányi, forsker ved LASP og professor i fysik ved CU Boulder.

Bennu og Ryugu

Asteroider kan se ud som om de er frosset i tid, men disse kroppe udvikler sig gennem deres levetid.

Hsu forklarede, at asteroider som Bennu konstant snurrer, hvilket udsætter deres overflader for sollys, derefter skygge og sollys igen. Den uendelige cyklus af opvarmning og afkøling belaster de største sten ved overfladen, indtil de uundgåeligt revner.

"Det sker hver dag, hele tiden," sagde Hsu. "Du ender med at erodere et stort stykke sten til mindre stykker."

Derfor forventede mange, før forskerne ankom til Bennu, at finde den dækket af damme af glat sand - lidt ligesom månen ser ud i dag. Omkring samme tid i 2020 landede en japansk rummission på en anden lille asteroide kaldet Ryugu. Holdet fandt et tilsvarende ujævnt og forrevne terræn.

Hsu og hans kolleger var mistænksomme.

Siden 1990'erne har forskere ved LASP brugt vakuumkamre i laboratoriet til at undersøge støvets mærkelige egenskaber i rummet, inklusive en bedrift, de kalder "elektrostatisk lofting". Medforfatter Xu Wang forklarede, at når solens stråler bader små støvkorn, begynder de at opfange negative ladninger. Disse ladninger vil bygge, indtil partiklerne pludselig brister fra hinanden, som to magneter, der frastøder hinanden.

I nogle tilfælde kan disse støvkorn springe væk med hastigheder på mere end 20 miles i timen (eller mere end 8 meter i sekundet).

"Ingen havde nogensinde overvejet denne proces på overfladen af ​​en asteroide før," sagde Wang, en forskningsmedarbejder ved LASP.

Lille asteroide, stor asteroide

For at gøre det kørte forskerne, inklusive tidligere CU Boulder-studerende Anthony Carroll og Noah Hood, en række beregninger, der undersøgte regoliths fysik på to hypotetiske asteroider. De sporede, hvordan støv kunne dannes, og hoppede derefter rundt over hundredtusinder af år. En af disse falske asteroider var omkring en halv mil på tværs (svarende i størrelse til Ryugu) og den anden flere kilometer bred (tættere i diameter på store asteroider som Eros).

Den størrelse gjorde en forskel. Ifølge holdets skøn, da støvkorn hoppede på den større asteroide, kunne de ikke få nok fart til at bryde fri af dens tyngdekraft. Det samme var ikke tilfældet på den mindre, Ryugu-lignende asteroide.

"Tyngekraften på den mindre asteroide er så svag, at den ikke kan holde flugten tilbage," sagde Hsu. "Den finkornede regolit vil gå tabt."

Dette tab vil til gengæld udsætte overfladen af ​​asteroiderne for endnu mere erosion, hvilket fører til et stenrigt landskab som videnskabsmænd fundet på Ryugu og Bennu. Inden for flere millioner år var den mindre asteroide faktisk næsten fuldstændig fejet ren for fint støv. Den Eros-lignende asteroide forblev dog støvet.

Hsu bemærkede, at denne skrubbeeffekt kunne hjælpe med at give små asteroiders baner et skub. Han forklarede, at asteroider migrerer, fordi solens stråling skubber langsomt på dem over tid. Baseret på tidligere forskning fra andre videnskabsmænd har han mistanke om, at asteroider dækket af kampesten kan bevæge sig hurtigere end dem med et mere støvet udseende.

Han og hans kolleger kan snart få flere beviser til at bakke deres beregninger op. Om mindre end 3 måneder vil en NASA-mission kaldet Double Asteroid Redirection Test (DART) besøge et par mindre asteroider - og Hsu vil se for at se, hvor støvede de er.

"Vi vil have nye overfladebilleder for at teste vores teori," sagde han. "Det er rart for os, men også lidt nervepirrende." + Udforsk yderligere

NASA-rumfartøjet observerer asteroiden Bennus kampesten 'kropsrustning'