Притягательность малого: Слабые силы имеют значение
В 2005 г. японский зонд Hayabusa описал изящную дугу и опустился на поверхность астероида Итокава, напоминающего картофелину размерами несколько сотен метров. Собрав образцы астероидного вещества, он сейчас направляется к Земле и должен прибыть уже в этом году. К сожалению, его успешное возвращения пока остается под вопросом — мы писали о проблемах аппарата в заметке «Дорога домой».
Однако уже имеющиеся на сегодня данные о вращении показывают, что Итокава и другие подобные ему каменистые астероиды могут удерживаться от развала силой гравитации только при размерах порядка 150 м и выше. Но менее крупные тела, которых известно немало, разнесло бы на куски центробежными силами. Тем более, что снимки Итокавы показывают, что он состоит из фрагментов каменистой породы и пыли, так и готовой развалиться на части. Возможное решение этой загадки предложили физики во главе с Дэниелом Ширсом (Daniel Scheeres).
Действительно, расчеты показывают, что силы, способные противостоять центробежному воздействию, не должны быть слишком уж сильными. На эту роль астрономы перепробовали целый ряд кандидатов: и давление солнечного излучения, и электростатическое притяжение ионизированных пылинок. Сравнительную и максимально точную оценку всех кандидатов провела и группа Дэниела Ширса.
Они показали, что ни один из популярных кандидатов на удерживание астероида целым не подходит. Зато на первый план выступил новичок — силы Ван дер Ваальса. Теория этих сил довольно сложна, она требует квантовомеханического подхода. Достаточно сказать, что силы Ван дер Ваальса действуют на молекулярном уровне и обусловлены, прежде всего, неравномерным распределением заряда на поверхности молекул.
Этот вывод группы Ширса имеет несколько интересных следствий. Во-первых, из этого получается, что крупный астероид в ходе своей эволюции, вращаясь, понемногу теряет большие фрагменты, пока размер его не становится достаточно малым, чтобы довольно слабые силы Ван дер Ваальса могли сохранить его в целости. Во-вторых, по крайней мере отчасти, этой моделью можно объяснить и существование колец у некоторых планет (самый известный пример — Сатурн), колец, состоящих только из очень малых тел.
По публикации physics arXiv blog