Реголит на астероидах оказался более рыхлым, чем думали ученые: результаты экспериментов

Исследователи взяли три типа материала: мелкий базальт, крупный базальт и стеклянные шарики. Базальт — стандартный материал для имитации лунного и марсианского грунта, потому что по плотности и форме зерен он похож на образцы, привезённые экспедициями «Аполлон». Шарики служили контрольной группой: идеально гладкие и однородные.

Эксперимент проходил в башне GraviTower Pro Bremen (GTB) в Германии. Капсула с образцами падала внутри башни, создавая условия невесомости длительностью до 2,5 секунды. Внутри капсулы находился линейный двигатель, который позволял плавно менять ускорение — от полного свободного падения до значений в 150, 250, 500, 750 и 1000 мм/с². Для сравнения: ускорение свободного падения на Земле составляет около 9800 мм/с², на Луне — около 1600 мм/с², а на небольших астероидах — в сотни раз меньше. Вибромотор встряхивал образцы прямо в воздухе, а камера фиксировала весь процесс.

Обычно такие эксперименты проводят на борту самолетов, летящих по параболической траектории, — это дает более длительные периоды невесомости. Но самолет создает механическую вибрацию, которая заставляет частицы осаживаться, как будто кто-то стучит по контейнеру. Башня свободного падения лишена этого недостатка.

Реголит, как живая и мертвая вода — польза и вред от лунной пыли

Результаты оказались вполне наглядными. Мелкий базальт увеличился в объеме сильнее всего — на 19,6% при ускорении 250 мм/с². Крупный базальт прибавил 12,2% при 150 мм/с². Стеклянные шарики изменились меньше всех — всего на 4,25%.

Разница объясняется формой частиц. У базальтовых зерен неровные, угловатые края — они цепляются друг за друга. В условиях слабой гравитации этого трения в сочетании с силами Ван-дер-Ваальса оказывается достаточно, чтобы удерживать рыхлую структуру. Силы Ван-дер-Ваальса — это слабые электростатические притяжения между частицами, которые на Земле полностью перекрываются весом самих частиц, но при низкой гравитации начинают играть заметную роль. У гладких стеклянных шариков таких зацепок нет, поэтому они оседают плотнее.

Авторы признают ограничения работы: 2,5 секунды недостаточно, чтобы грунт полностью успел осесть, а стенки контейнеров могли немного исказить результаты. Однако данные важны для будущей добычи ресурсов на астероидах: если бурильное оборудование не рассчитано на сверхрыхлый и цепкий грунт, оно может просто отказать. Следующий шаг — более длительные эксперименты, которые позволят уточнить, как ведет себя реголит на реальных малых телах Солнечной системы.

Фото NASA/Goddard/University of Arizona