Die Festkörperreibung: das ist die Kraft, die zwischen zwei sich berührenden Festkörpern auftritt und von einem materialabhängigen Reibungskoeffizienten und der Normalkraft abhängt.
Die Eigengravitation: man darf bei so kleinen Skalen nicht nur das gesamte Gravitationspotential in Betracht ziehen sondern muss auch die Gravitationskraft berücksichtigen, die direkt zwischen den einzelnen kleinen Teilchen wirkt.
Elektrostatische Kräfte: Djurch den photoelektrischen Effekt können Elektronen aus der Asteroidenoberfläche herausgeschlagen werden; durch den Sonnenwind treffen Elektronen auf der Oberfläche auf. Das führt zu einem räumlich und zeitlich variablen elektrischen Feld, das berücksichtigt werden muß. Den kleine Staubkörner, die elektrostatisch aufgeladen sind, können dann mit diesem Feld wechselwirken und eine Kraft erfahren. So einen “schwebenden Staub” hat man vermutlich schon auf dem Mond beobachtet. Die Apollo-Astronauten (aber auch Teleskope auf der Erde) haben immer wieder seltsame Lichtphänomen gesehen, die auf genau diesen schwebenden Staub zurückgeführt werden können.
Die Sonnenstrahlung selbst übt einen Strahlungsdruck aus – die Photonen des Lichts treffen auf die Staubteilchen und üben eine Kraft aus. Diese Kraft kann oft so stark sein, dass Staubteilchen dadurch direkt aus der Oberfläche “herausgeschlagen” werden und die gravitativen Anziehungskraft überwinden.
Dann gibt es noch die Van-der-Waals-Kräfte – das ist die Kraft, die direkt zwischen den Atomen bzw. Molekülen wirkt. Die kann an der Oberfläche eines Asteroiden sogar stärker wirken als zwischen vergleichbaren Teilchen auf der Erde weil das Vakuum des Alls besonders “sauber” ist und sich die Teilchen besonders nahe kommen können.
Für all diese Kräfte haben Scheeres und seine Kollegen nun berechnet, wie stark sie sich auf Teilchen verschiedener Größenordnungen auswirken würden:
Man sieht in diesem Bild schon recht gut, dass die Van-der-Waals-Kräfte bei kleinen Teilchen dominieren. Hier sind sie stärker als die übrigen Kräfte (die verschiedenen Werte für “S” im Diagramm bei den Van-der-Waals-Kräften entsprechen verschiedenen “Sauberkeiten” der Oberfläche). Man sieht auch, dass der Strahlungsdruck (die hellblaue Linie – “SRP”) bei fast allen Teilchengrößen geringer ist als die Van-der-Waals-Kraft.
Die kleinen Partikel der kleinen Asteroiden scheinen also tatsächlich hauptsächlich von der Van-der-Waals-Kraft zusammengehalten zu werden!
Scheeres und seine Kollegen haben auch den sogenannten YORP-Effekt in ihre Überlegungen mit einbezogen. Das “YORP” steht für die Nachnahmen der Entdecker dieses Phänomens: Yarkovsky-O’Keefe-Radzievskii-Paddack. Der YORP-Effekt äußert sich in einer Veränderung der Rotationsgeschwindigkeit eines Asteroiden bei Sonneneinstrahlung. Denn die Wärme wird unterschiedlich stark abgestrahlt; je nachdem wie die lokalen Bedingungen an der Oberfläche sind. Durch die abgestrahlte Wärme wirkt aber auch eine Kraft (es werden ja Photonen abgestrahlt) und wenn die Kräfte an unterschiedlichen Punkten der Oberfläche unterschiedlich stark sind, dann ändert das die Rotationsperiode eines Asteroiden.
Geht man nun davon aus, dass die Asteroiden aus einer losen Ansammlung von großen und kleinen Brocken bestehen, dann kann sich der YORP-Effekt folgendermaßen auswirken: Unter dem YORP-Effekt kann sich die Rotationsgeschwindigkeit erhöhen. Durch die dann stärker wirkenden Zentripetalkräfte wirft der Asteroid erstmal die großen Brocken ins All (so entstehen vermutlich auch die Asteroidenmonde und Doppelasteroiden). Das geht so weiter – nur die kleinen Teilchen bleiben übrig die dank der Van-der-Waals-Kraft stark genug zusammenhalten.
Große Brocken werden also eher verloren als kleine – die Asteroiden sollten sich im Laufe der Zeit deswegen immer weiter aufspalten wobei die einzelnen großen Bruchstücken vom kleinen, “zusammenklebenden” Regolith bedeckt sind.
Das sind interessante Thesen – die man sicherlich nun in die Modelle zur Größenverteilung der Asteroiden einarbeiten wird! Der Artikel enthält noch viel mehr interessante Infos (er hat 54 Seiten!) – es scheint, dass sich in Zukunft einiges an unserem Bild der kleinen Asteroiden ändern wird!
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