Low, variable cohesion between Bennu regolith particles indicated by atomic force microscopy of returned samples
Die Rasterkraftmikroskopie von ungestörtem Regolith-Partikelmaterial des Asteroiden Bennu offenbart eine extrem geringe Interpartikelkohäsion (~1,25 nN), was darauf hindeutet, dass kohlenstoffhaltige erdnahe Asteroiden eine schwache Resistenz gegenüber Rotationsdisruption aufweisen und ihre Oberflächen aufgrund dieser minimalen Kohäsionskräfte keine Millimeter-großen Partikel besitzen.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Kleine, felsige Welten, die durch das innere Sonnensystem driften, sehen oft aus wie lose Schüttungen aus Kies, die durch nichts als ihre eigene schwache Schwerkraft zusammengehalten werden. Dies sind Trümmerhaufen-Asteroiden, Körper, die so zerbrechlich sind, dass eine sanfte Rotation theoretisch ihre Oberflächensteine in den Weltraum schleudern könnte. Dennoch rotieren viele dieser Asteroiden überraschend schnell, ohne auseinanderzufliegen, was Wissenschaftler zu der Frage führt, welcher unsichtbare Kleber sie zusammenhalten könnte. Im Vakuum des Weltraums, wo es keine Luft oder Wasser gibt, um klebrige Brücken zwischen den Körnern zu schaffen, ist die einzige Kraft, die auf winzige Staubpartikel einwirken kann, eine subtile Anziehung, die als Van-der-Waals-Kraft bekannt ist. Dies ist ein schwacher elektromagnetischer Zug, der auftritt, wenn Atome auf der Oberfläche eines Partikels kurzzeitig mit Atomen eines anderen interagieren. Während diese Kraft für große Gesteinsbrocken vernachlässigbar ist, kann sie zur dominierenden Stärke für mikroskopische Körner werden und potenziell als mikroskopischer Zement fungieren, der den gesamten Asteroiden gegen den Zentrifugaldruck seiner eigenen Rotation stabilisiert.
Um zu verstehen, wie stark dieser kosmische Kleber wirklich ist, wandten sich Forscher einem seltenen Geschenk zu: Staub und Kieselsteinen, die vom Asteroiden Bennu durch das Raumfahrzeug OSIRIS-REx zurückgebracht wurden. Im Gegensatz zu Meteoriten, die auf die Erde gefallen sind und oft durch unsere Atmosphäre und Feuchtigkeit verändert wurden, blieben diese Proben unversehrt und bewahrten die exakten Bedingungen ihrer Heimatwelt. Ein Team von Wissenschaftlern brachte diese zurückgebrachten Partikel in eine spezialisierte, trockene Laborumgebung und verwendete ein hochempfindliches Instrument namens Rasterkraftmikroskop, um die Kraft zu messen, die erforderlich ist, um zwei einzelne Körner auseinanderzuziehen. Indem sie ein winziges Partikel an eine mikroskopische Nadel anbringten und es mit einem anderen Partikel auf einer flachen Oberfläche in Kontakt brachten, konnten sie die Stärke der Bindung zwischen ihnen direkt fühlen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Verbindung zwischen Bennus Körnern unglaublich schwach ist, mit einer durchschnittlichen Ablösekraft von nur 1,25 Nanonewton. Diese winzige Kraft entspricht einer Zugfestigkeit von 0,001 Pascal – ein Wert, der so klein ist, dass er darauf hindeutet, dass die Oberfläche des Asteroiden durch das absolut minimale Maß an Anziehung zusammengehalten wird.
Die Messungen zeigten, dass diese schwache Kohäsion nicht einheitlich ist; sie variiert je nach spezifischer Form, Textur und Zusammensetzung der Körner. Einige Partikel klebten etwas stärker zusammen als andere, was wahrscheinlich auf Unterschiede in ihrer Oberflächenrauheit oder mineralischen Zusammensetzung zurückzuführen ist, aber das Gesamtbild war eines der Fragilität. Als die Forscher diese unversehrten Bennu-Proben mit ähnlichen Meteoriten verglichen, die auf der Erde gefunden wurden, stellten sie einen markanten Unterschied fest. Die Meteoriten, die der Erdatmosphäre und Wasser ausgesetzt waren, wiesen Kohäsionskräfte auf, die zwei- bis zehnmal stärker waren. Diese Diskrepanz deutet darauf an, dass die Meteoriten, die wir in Laboren untersuchen, keine perfekten Analoga für die tatsächlichen Oberflächen von Asteroiden sind, da die terrestrische Umgebung ihre chemischen Eigenschaften verändert und sie klebriger gemacht hat, als sie es im Weltraum tatsächlich sind.
Diese Erkenntnisse haben tiefgreifende Auswirkungen auf unser Verständnis der Stabilität von Asteroiden. Da die Kohäsionskraft zwischen den Partikeln von Bennu so gering ist, ist der Asteroid weitaus anfälliger für das Auseinanderrotieren, als bisherige Modelle vorhersagten. Die Daten legen nahe, dass der schwache Kleber zwischen den Körnern nicht ausreicht, um große Felsbrocken auf einer schnell rotierenden Welt zusammenzuhalten, was hilft zu erklären, warum Bennus Oberfläche kaum millimetergroße Gesteinsbrocken aufweist; sie sind wahrscheinlich zu schwach gebunden, um der Belastung durch die Rotation des Asteroiden oder dem Aufprall von Mikrometeoriten standzuhalten. Darüber hinaus deuten die Studien darauf hin, dass kohlenstoffreiche Asteroiden wie Bennu viel weniger resistent gegen Rotationszerstörung sind als ihre felsigen, steinernen Cousins. Dieser Unterschied in der Materialstärke kann erklären, warum wir weniger dieser dunklen, kohlenstoffreichen Asteroiden nahe der Sonne sehen, wo die Erwärmungseffekte der Sonne ihre Rotation beschleunigen können, bis sie auseinanderbrechen. Letztendlich bestätigt das Experiment, dass die strukturelle Integrität dieser kleinen Welten auf einem sehr empfindlichen Gleichgewicht beruht, bei dem das leiseste Flüstern atomarer Anziehung das Einzige ist, was den Schutt davor bewahrt, in die Leere zu zerstreuen.
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