En 2005, la nave espacial Hayabusa desarrollada por la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón JAXA aterrizó en Itokawa, un pequeño asteroide cercano a la Tierra que lleva el nombre del famoso científico japonés de cohetes Hideo Itokawa. El objetivo de la misión no tripulada era estudiar el asteroide yrecolecte una muestra de material para ser devuelto a la Tierra para su análisis. Contrariamente a las predicciones científicas de que los pequeños asteroides son pepitas de roca estériles, las fotografías tomadas por la nave espacial Hayabusa revelaron que la superficie de Itokawa está salpicada de partículas de diferentes tamaños.separación lateral de partículas pequeñas y grandes, con grandes rocas que ocupan las tierras altas y pequeñas piedras que ocupan las tierras bajas.
Investigadores de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST, Japón, en colaboración con investigadores de la Universidad de Rutgers, EE. UU., Han utilizado una combinación de experimentos, simulaciones y análisis para proponer un mecanismo subyacente a la clasificación del tamaño lateral departículas en Itokawa: pequeñas piedras que golpean la superficie de Itokawa rebotan de las rocas pero se hunden en regiones ricas en piedras.
La clasificación por tamaño de las partículas en Itokawa se atribuía anteriormente al Efecto de Nuez de Brasil BNE en el que las partículas de diferentes tamaños se separan durante la agitación vertical sostenida en presencia de gravedad. Similar al fenómeno en el que agitar una caja de granola causa grandeslos racimos se elevan a la superficie y la avena más pequeña se hunde hasta el fondo, las rocas grandes se elevan a la superficie de las pilas de escombros de asteroides, mientras que los guijarros más pequeños se hunden. Pero incluso si el BNE puede explicar las rocas que suben a la superficie, no puede explicar lo observadosegregación lateral de partículas.
"Junto con investigadores de la Universidad de Rutgers, hemos encontrado una razón más simple y viable para la clasificación por tamaño de partículas en Itokawa", dice el profesor Pinaki Chakraborty, jefe de la Unidad de Mecánica de Fluidos de OIST.
Los resultados, que se publicarán en Cartas de revisión física brinde información sobre la formación y evolución de pequeños asteroides, proporcionando una ventana a las primeras etapas del sistema solar.
De las fotografías, se puede observar que los volúmenes de rocas y guijarros en la superficie de Itokawa son comparables, lo que significa que debe haber muchos más guijarros por número. De ello se deduce que la mayoría de las colisiones que formaron el asteroide deben haber sido de partículas pequeñasEsto es significativo porque cuando un guijarro golpea una roca rebota, mientras que cuando golpea un mar de otros guijarros su impulso muere. Los investigadores predijeron que este proceso, que denominaron 'clasificación balística', podría ser la base de la clasificación por tamaño de Itokawafenómeno.
Para probar esto experimentalmente, los investigadores de la Universidad de Rutgers arrojaron partículas de arena sobre una placa de cerámica para modelar piedras que colisionan con rocas y otras piedras. Observaron que cuando las partículas de arena golpean la placa, rebotan, pero cuando golpean un montículo dearena, se agregan, lo que lleva a crecer montones de arena
"Estos experimentos iniciales muestran que la arena que cae rebota en las rocas, pero permanece cerca de las regiones arenosas", explica el profesor Troy Shinbrot de la Universidad de Rutgers y autor principal del estudio.
A continuación, el profesor Shinbrot y sus colegas arrojaron partículas de arena sobre piedras que se colocaron al azar en el fondo de una caja. Midiendo el tamaño de las islas de arena con el tiempo, el equipo demostró que el área de las islas crece de acuerdo con la ecuación de Hill, que se utiliza para describir procesos en los que una acumulación inicial promueve una acumulación adicional.
Para probar si estos resultados experimentales se aplican a Itokawa, que tiene una gravedad mucho más baja que la Tierra, el Dr. Tapan Sabuwala de la Unidad de Física Continua de OIST, realizó simulaciones por computadora en las que varió la gravedad y cuantificó el efecto de clasificación balística pordejando caer piedras sobre un sustrato de rocas y guijarros y siguiendo la trayectoria de cada piedra. Descubrió que las piedras que golpean las rocas viajan más lejos que las piedras que golpean otras piedras, independientemente de la fuerza gravitacional.
"Nuestras simulaciones confirman que los mares de guijarros crecen porque los guijarros entrantes rebotan de las piedras pero chocan inelásticamente con otros guijarros", dice el Dr. Sabuwala. "También encontramos que la clasificación balística conduce a la formación de mares de guijarros planos en valles gravitacionales".
Basado en experimentos y simulaciones, el equipo concluyó que la deposición a baja velocidad de guijarros da como resultado un crecimiento predecible de los mares de guijarros.
"Creemos que la clasificación balística puede ser el mecanismo dominante subyacente a la clasificación por tamaño de partículas en pequeños asteroides como Itokawa", dice el profesor Shinbrot. "Los asteroides más grandes también pueden sufrir clasificación balística, pero porque son más susceptibles a los impactos de alta energía yotros factores que alteran el paisaje, la situación es más complicada "
Las imágenes preliminares del asteroide Bennu, que es comparable en tamaño a Itokawa, sugiere que también exhibe segregación lateral de partículas en su superficie. Se espera que una exploración de Bennu iniciada por la NASA que comience en 2018 proporcione más información sobre el alcance declasificación balística.
"Nuestra investigación puede ser útil para las próximas misiones espaciales, particularmente para guiar el aterrizaje exitoso de naves espaciales en asteroides", dice el profesor Chakraborty. "Además de la misión al asteroide Bennu, la misión Hayabusa 2 de JAXA en curso para el asteroide Ryugu y el próximoLa misión dirigida por la NASA a los asteroides troyanos de Júpiter debido al lanzamiento en 2021, podría beneficiarse de este nuevo hallazgo ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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