لا ، ليس لغز الكون رقم 3 ؛ بدلاً من ذلك ، إنها نتيجة مثيرة للاهتمام من العمل الأخير في الأشكال الغريبة وتكوين الكويكبات الصغيرة.
تشير الصور المرسلة من بعثات الفضاء إلى أن الكويكبات الأصغر حجمًا ليست قطعًا صخرية نقية ، ولكنها بدلاً من ذلك مغطاة بأنقاض يتراوح حجمها من الصخور التي يبلغ حجمها مترًا إلى غبار يشبه الطحين. في الواقع ، يبدو أن بعض الكويكبات تصل إلى 50 ٪ مساحة فارغة ، مما يشير إلى أنها يمكن أن تكون مجموعات من الأنقاض بدون نواة صلبة.
لكن كيف تتشكل هذه الكويكبات وتتطور؟ وإذا كان علينا في أي وقت أن نحرف واحدًا ، لتجنب مصير الديناصورات ، فكيف نفعل ذلك دون تفريقه ، وجعل الخطر أكبر بكثير؟
يوهانس ديديريك فان دير والز (1837-1923) بمساعدة صغيرة من دانيال شيريس ومايكل سويفت وزملائه في عملية الإنقاذ.
تميل الكويكبات إلى الدوران بسرعة على محاورها - ويمكن أن تكون الجاذبية على سطح الأجسام الصغيرة ألفًا أو حتى مليونًا من ذلك على الأرض. ونتيجة لذلك ، يتساءل العلماء عن كيفية تمسك الأنقاض بالسطح. وأوضح شيريز من جامعة كولورادو أن "الصور القليلة التي لدينا عن أسطح الكويكبات تمثل تحديًا لفهم استخدام الجيوفيزياء التقليدية".
للوصول إلى الجزء السفلي من هذا اللغز ، قام الفريق - دانيال شيريس ، وزملاؤه في جامعة كولورادو ، ومايكل سويفت في جامعة نوتنغهام - بإجراء دراسة شاملة للقوى ذات الصلة المشاركة في ركام الأنقاض إلى كويكب. ينطوي تكوين الأجسام الصغيرة في الفضاء على الجاذبية والتماسك - والأخير هو الجذب بين الجزيئات على سطح المواد. في حين أن الجاذبية مفهومة جيدًا ، فإن طبيعة القوى المتماسكة العاملة في الأنقاض وقوتها النسبية أقل شهرة.
افترض الفريق أن القوى المتماسكة بين الحبوب تشبه تلك الموجودة في "المساحيق المتماسكة" - والتي تشمل دقيق الخبز - لأن هذه المساحيق تشبه ما شوهد على أسطح الكويكبات. لقياس أهمية هذه القوى ، أخذ الفريق في الاعتبار قوتها بالنسبة لقوى الجاذبية الموجودة على كويكب صغير حيث تكون الجاذبية على السطح حوالي مليون من تلك الموجودة على الأرض. وجد الفريق أن الجاذبية هي قوة ربط غير فعالة للصخور التي لوحظت على الكويكبات الأصغر. كما أن الجاذبية الإلكتروستاتيكية لا تُذكر ، بخلاف المكان الذي يتلامس فيه جزء من الكويكب الذي تضيئه الشمس مع جزء مظلم.
التراجع بسرعة إلى منتصف القرن التاسع عشر ، وهو الوقت الذي كان فيه وجود الجزيئات مثيرًا للجدل ، وقوى بين الجزيئات تفرض الخيال العلمي النقي (باستثناء ، بالطبع ، أنه لم يكن هناك شيء من هذا القبيل). قدمت أطروحة دكتوراه فان دير والز تفسيرًا قويًا للانتقال بين المراحل الغازية والسائلة ، من حيث القوى الضعيفة بين الجزيئات المكونة ، والتي افترض أن لها حجمًا محدودًا (كان أكثر من نصف قرن يمر قبل فهم هذه القوى كميا ، من حيث ميكانيكا الكم والنظرية الذرية).
يبدو أن قوى فان دير والز - عوامل الجذب الكهروستاتيكية الضعيفة بين الذرات أو الجزيئات المجاورة التي تنشأ عن التقلبات في مواضع إلكتروناتها - تؤدي الحيلة للجسيمات التي يقل حجمها عن متر واحد تقريبًا. يتناسب حجم قوة فان دير والز مع مساحة سطح التلامس للجسيم - على عكس الجاذبية التي تتناسب مع كتلة (وبالتالي حجم) الجسيم. ونتيجة لذلك ، تزداد القوة النسبية لـ van der Waals مقارنة بالجاذبية مع انخفاض الجسيم.
يمكن أن يفسر هذا ، على سبيل المثال ، الملاحظات الأخيرة التي قام بها شيريس وزملاؤه بأن الكويكبات الصغيرة مغطاة بالغبار الناعم - وهي مادة يعتقد بعض العلماء أنها ستبعدها الأشعة الشمسية. يمكن أن يكون للبحث أيضًا آثار على كيفية استجابة الكويكبات لـ "تأثير YORP" - زيادة السرعة الزاوية للكويكبات الصغيرة من خلال امتصاص الإشعاع الشمسي. بينما تدور الأجسام بشكل أسرع ، يشير هذا العمل الأخير إلى أنها ستطرد صخورًا أكبر بينما تحتفظ بأصغر. إذا كان هذا الكويكب عبارة عن مجموعة من الأنقاض ، يمكن أن تكون النتيجة مجموعة من الجسيمات الأصغر التي تمسكها قوى فان دير والز.
أبدى خبير الكويكبات كيث هولسبل من جامعة واشنطن الإعجاب بأنه لم يقتصر الأمر على تقدير فريق شيريس للقوى العاملة في الكويكب ، بل نظر أيضًا في كيفية اختلافها مع الكويكب وحجم الجسيمات. وقال "هذه ورقة مهمة للغاية تتناول قضية رئيسية في ميكانيكا الأجسام الصغيرة في النظام الشمسي وميكانيكا الجسيمات في الجاذبية المنخفضة".
وأشار شيريس إلى أن اختبار هذه النظرية يتطلب مهمة فضائية لتحديد الخواص الميكانيكية وقوة سطح الكويكب. وقال "نحن نطور مثل هذا الاقتراح الآن".
المصدر: عالم الفيزياء. "قوى التحجيم على أسطح الكويكبات: دور التماسك" هو طبعة مسبقة بقلم شيريس وآخرون. (arXiv: 1002.2478) ، مقدم للنشر في إيكاروس.
