Low, variable cohesion between Bennu regolith particles indicated by atomic force microscopy of returned samples
Atomic force microscopy van de zuivere regolietdeeltjes van de asteroïde Bennu onthult extreem lage interpartikelcohesie (~1,25 nN, wat suggereert dat koolstofhoudende nabije-Aarde-asteroïden zwak weerstand bieden tegen rotationele disruptie en dat hun oppervlakken een gebrek aan millimetergrote deeltjes vertonen vanwege deze minimale cohesieve krachten.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
Kleine, rotsachtige werelden die door het binnenste zonnestelsel dwalen, zien er vaak uit als losse hopen grind die uitsluitend bij elkaar worden gehouden door hun eigen zwakke zwaartekracht. Dit zijn puinstapel-asteroïden, lichamen die zo fragiel zijn dat een zachte rotatie theoretisch de stenen aan hun oppervlak de ruimte in zou kunnen slingeren. Toch draaien veel van deze asteroïden verrassend snel zonder uit elkaar te vliegen, wat wetenschappers doet afvragen welke onzichtbare lijm hen bij elkaar houdt. In het vacuüm van de ruimte, waar geen lucht of water is om kleverige bruggen tussen korrels te creëren, is de enige kracht die op minuscule stofdeeltjes in staat is in te werken een subtiele aantrekking die bekend staat als de van der Waals-kracht. Dit is een zwakke elektromagnetische aantrekking die optreedt wanneer atomen op het oppervlak van het ene deeltje kortstondig interageren met atomen van een ander. Hoewel deze kracht verwaarloosbaar is voor grote rotsen, kan zij de dominante sterkte worden voor microscopische korrels, waarbij zij potentieel fungeert als een microscopische cement die de gehele asteroïde stabiliseert tegen de centrifugale druk van zijn eigen rotatie.
Om te begrijpen hoe sterk deze kosmische lijm werkelijk is, wendden onderzoekers zich tot een zeldzame gave: stof en grind dat door het OSIRIS-REx-ruimtevaartuig van de asteroïde Bennu werd teruggebracht. In tegenstelling tot meteorieten die op aarde zijn gevallen, die vaak zijn veranderd door onze atmosfeer en vochtigheid, bleven deze monsters ongeschonden, waardoor de exacte omstandigheden van hun thuiswereld behouden zijn gebleven. Een team van wetenschappers nam deze teruggebrachte deeltjes mee naar een gespecialiseerde, droge laboratoriumomgeving en gebruikte een zeer gevoelig instrument genaamd een atoomkrachtmicroscoop om de kracht te meten die nodig is om twee individuele korrels uit elkaar te trekken. Door een minuscuul deeltje aan een microscopische naald te bevestigen en deze in contact te brengen met een ander deeltje op een vlak oppervlak, konden zij direct de sterkte van de verbinding tussen hen voelen. De resultaten onthulden dat de verbinding tussen de korrels van Bennu ongelooflijk zwak is, met een gemiddelde aftrekkracht van slechts 1,25 nanonewton. Deze minuscule kracht vertaalt zich naar een treksterkte van 0,001 pascal, een waarde die zo klein is dat het suggereert dat het oppervlak van de asteroïde wordt bij elkaar gehouden door de minimale aantrekkingskracht die mogelijk is.
De metingen toonden aan dat deze zwakke cohesie niet uniform is; het varieert afhankelijk van de specifieijke vorm, textuur en samenstelling van de korrels. Sommige deeltjes plakten iets sterker aan elkaar dan andere, waarschijnlijk door verschillen in hun oppervlakte-ruwheid of minerale samenstelling, maar het algemene beeld was er een van fragiliteit. Wanneer de onderzoekers deze zuivere Bennu-monsters vergeleken met vergelijkbare meteorieten gevonden op aarde, vonden zij een scherp verschil. De meteorieten, die waren blootgesteld aan de aardse atmosfeer en water, vertoonden cohesiekrachten die twee tot tien keer sterker waren. Deze discrepantie suggereert dat de meteorieten die wij in laboratoria bestuderen geen perfecte analogen zijn voor de werkelijke oppervlakken van asteroïden, aangezien het terrestrische milieu hun chemische eigenschappen waarschijnlijk heeft veranderd en ze plakkeriger heeft gemaakt dan ze werkelijk zijn in de ruimte.
Deze bevindingen hebben diepgaande implicaties voor hoe wij de stabiliteit van asteroïden begrijpen. Omdat de cohesiekracht tussen de deeltjes van Bennu zo laag is, is de asteroïde veel kwetsbaarder voor het uiteenvallen door rotatie dan eerdere modellen voorspelden. De gegevens suggereren dat de zwakke lijm tussen korrels onvoldoende is om grote rotsblokken bij elkaar te houden op een snel draaiende wereld, wat helpt verklaren waarom het oppervlak van Bennu weinig kleine, millimetergrote rotsen lijkt te missen; deze zijn waarschijnlijk te zwak gebonden om de spanning van de rotatie van de asteroïde of de impact van micrometeorieten te overleven. Bovendien wijst het onderzoek erop dat koolstofrijke asteroïden zoals Bennu veel minder bestand zijn tegen rotationele verstoring dan hun rotsachtige, steenachtige neven. Dit verschil in materiaalkracht kan verklaren waarom we minder van deze donkere, koolstofrijke asteroïden dicht bij de zon zien, waar de opwarmende effecten van de zon hun rotatie kunnen versnellen totdat ze uit elkaar vallen. Uiteindelijk bevestigt het experiment dat de structurele integriteit van deze kleine werelden rust op een zeer delicaat evenwicht, waarbij de zwakste fluistering van atomaire aantrekking de enige is die het puin behoedt voor het uiteenspatten in de leegte.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.