В ракете, взлетающей в течение простых минут перед отступанием к Земле, произошел процесс, напоминающий о рождении планет. Когда встряхнули немного, прекрасный, подобный песку материал на борту ракеты, смешанной в группах, как пыль делает в кольцах, окружающих молодые звезды.
Эксперимент, изданный в Physical Review Letters этой недели, может привести к лучшим моделям формирования планеты.Когда гранулированные материалы, такие как песок или пыль встряхиваются, они ведут себя как газ – т.е. частицы сталкиваются друг с другом как молекулы в воздухе. Ученые замечали что такие гранулированные газы иногда глыба вместе.
Но то явление было трудно изучить в лаборатории, потому что зерно всегда сбрасывается силой тяжести, ограничивая взаимодействия между частицами.Для устранения рывка силы тяжести ученые из нескольких французских лабораторий выполнили подобные эксперименты на борту ракеты, кратко оставившей атмосферу прежде, чем погрузиться назад к Земле. Они заполнили три клетки на 1 кубический сантиметр различными суммами бронзовых «шариков» с диаметром приблизительно 0,3 миллиметров.
Электрический двигатель заставил клетки вибрировать, в то время как крошечная камера всмотрелась в в окна в клетках для наблюдения поведения шариков. Как только двигатель ракеты был отключен, он вошел в параболическую траекторию, с ее самым высоким пунктом в на 150 километров выше Земли, обеспечив 200 секунд низкой силы тяжести.
Это позволило исследователям делать девять коротких экспериментов, по которым они изменили частоту и амплитуду колебаний.В этих двух клетках с самыми высокими удельными весами исследователи наблюдали формирование стабильной и неподвижной группы частиц; в клетке с самой низкой плотностью это не произошло.
Группы вызываются столкновениями, вызванными сотрясением, говорит Штефан Фауве из Ecole Normale Superieure в Париже. После того, как частицы сталкиваются, они замедляются с частью их энергии, преобразованной в тепло. Если полная плотность будет достаточно высока, то будут непосредственные местные колебания плотности; и как только это происходит, больше частиц начинает сталкиваться в местном масштабе, замедляя их вниз больше и увеличивая местную плотность.
В конечном счете стабильная группа формируется.Подобное явление может иметь место в пыли, окружающей молодые звезды, говорит астроном Ларри Эспозито из университета Колорадо, Валуна, и мог бы объяснить, как такой «protoplanetary кольца» соединяются в планеты.
Действительно, Эспозито и его бригада наблюдали такой сбор в группу в кольцах вокруг звезд в Туманности Orion. «Потенциально мы можем взять результаты экспериментов [Fauve] и использовать их для подготовки моделей кольцевой динамики и происхождения планетарных систем», говорит Эспозито.