Low, variable cohesion between Bennu regolith particles indicated by atomic force microscopy of returned samples
小惑星ベンヌの未加工のレゴリス粒子を用いた原子間力顕微鏡による観察は、極めて低い粒子間凝集力（約1.25 nN）を明らかにしており、これは炭素質近地球小惑星が回転による崩壊に対して極めて弱い抵抗しか持たないこと、およびこれらの最小限の凝集力ゆえにその表面にミリメートル規模の粒子が存在しないことを示唆している。
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内太陽系を漂う小さく岩石質の天体は、しばしば、自らの弱い重力だけでつながっているだけの、緩い砂利の山のように見える。これらは「ラブルパイル（瓦礫の山）」と呼ばれる小惑星であり、その構造があまりに脆弱であるため、理論上は穏やかな回転によって表面の石が宇宙空間へと弾き飛ばされてしまうほどである。それにもかかわらず、多くのこれらの小惑星は、バラバラになることなく驚くほど速く回転しており、科学者たちは、一体どのような目に見えない「接着剤」がそれらを繋ぎ止めているのかという疑問を抱いている。空気も水もなく、粒子間に粘着性のある橋を作るものがない宇宙の真空において、微細な塵の粒子に作用しうる唯一の力は、「ファンデルワールス力」として知られる微かな引力である。これは、ある粒子の表面にある原子が、別の粒子の原子と一時的に相互作用するときに発生する、微弱な電磁的な引き合いである。この力は大きな岩石にとっては無視できるほど小さいが、微視的な粒子にとっては支配的な強さとなり得、小惑星全体の回転による遠心力の押し出しに対して、天体全体を安定させる微視的なセメントとして機能する可能性がある。
この宇宙の接着剤が実際にどれほどの強さを持つのかを理解するために、研究者たちは稀有な贈り物に目を向けた。それは、探査機OSIRIS-RExによって小惑星ベンヌから持ち帰られた塵と小石である。地球に落下した隕石とは異なり、これらは大気や湿度による影響を受けていないため、故郷の世界の正確な条件をそのまま保存している。科学者のチームは、これらの回収された粒子を特殊な乾燥ラボ環境へと持ち込み、原子間力顕微鏡と呼ばれる非常に高感度な装置を用いて、2つの個々の粒子を引き離すために必要な力を測定した。微小な粒子を微細な針に取り付け、それを平らな表面の上にある別の粒子に接触させることで、彼らは粒子間の結合の強さを直接感知することができた。その結果、ベンヌの粒子間の結合は極めて弱く、平均的な引き離し力はわずか1.25ナノニュートンであることが明らかになった。この極めて小さな力は、0.001パスカルという引張強度に相当し、この値は、小星の表面が可能な限り最小限の引力によってのみ保持されていることを示唆しているほど小さい。
測定の結果、この弱い凝集力は一様ではなく、粒子の特定の形状、質感、および組成によって変化することが示された。粒子の表面の粗さや鉱物組成の違いにより、一部の粒子は他の粒子よりもわずかに強く付着したが、全体的な姿は脆弱なものであった。研究者が、この手つかずのベンヌの試料を、地球で見つかった同様の外観を持つ隕石と比較したところ、顕著な違いが見られた。地球の大気や水にさらされてきた隕石は、凝集力が2倍から10倍も強くなっていた。この相違は、私たちがラボで研究している隕石は、実際の小惑星の表面の完璧な類似体ではないことを示唆している。つまり、地球の環境がそれらの化学的性質を変質させ、実際よりも粘着性を高めてしまった可能性が高いのである。
これらの知見は、小惑星の安定性を理解する方法に深い影響を与える。ベンヌの粒子間の凝集力が非常に低いため、この小惑星は従来のモデルが予測していたよりもはるかにバラバラになりやすい。このデータは、粒子の間の弱い接着力では、高速回転する天体において大きな巨岩を繋ぎ止めるには不十分であることを示唆しており、これがベンヌの表面にミリメートルサイズの小さな岩石が少ない理由の一端を説明している。これらの岩石は、回転のストレスや微小隕石の衝突に耐えられるほど強く結合していない可能性が高い。さらに、この研究は、ベンヌのような炭素に富む小惑星は、岩石質の小惑星よりも回転による崩壊に対してはるかに抵抗力が低いことを示している。この材料強度の違いは、太陽の加熱効果によって回転が加速し、崩壊してしまうまで回転が速まる場所、すなわち太陽に近い領域において、なぜこれらの暗く炭素に富んだ小惑星が少なく見られるのかを説明できるかもしれない。結局のところ、この実験は、これらの小さな世界の構造的完全性が、極めて繊細なバランス、すなわち、原子レベルの微かな引力のささやきだけが、瓦礫が虚空へと散らばるのを防いでいるという事実に裏付けられていることを証明しているのである。
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