Явление гранулярной конвекции, или "Эффект бразильского ореха"

В науке известно явление гранулярной конвекции, также называемое "эффектом бразильского ореха". Суть его в том, что при встряхивании контейнера с разнородными орехами самые крупные всегда оказываются наверху. Вибрация ведет к образованию пустот, куда проваливаются более мелкие орехи… То же самое происходит и на поверхности планет и астероидов.

Фото:

Конечно, речь идет не только об орехах. К примеру, по тому же принципу формируется слой песка на берегах земных водоемов: сверху оказываются самые крупные песчинки, а внизу — те, что помельче… При этом интенсивность процесса может быть различна в зависимости от степени гравитации. Недавно Карстен Гюттлер и его коллеги из Брауншвейгского технического университета (Германия) решили проверить, как будет выглядеть "эффект бразильского ореха" за пределами Земли.

Один и тот же гранулярный массив сначала исследовали в лабораторных условиях, а затем на борту грузового широкофюзеляжного самолета A-300, который выделывал различные параболические маневры в виде парабол, имитируя гравитацию, присутствующую на поверхности Луны и Марса, как известно, более низкую, чем на Земле. В ходе экспериментов ученые помещали на дно контейнера зеленые шарики из стекла диаметром 8 миллиметров, а остальной объем заполняли шариками диаметром в 1 миллиметр. Специальное устройство для тряски обеспечивало перемешивание шариков.

В конце сравнивались результаты, полученные в разных условиях. Выяснилось, что при лабораторных опытах, то есть в условиях земной гравитации, эффект гранулярной конвекции проявлялся сильнее. При этом можно было говорить о линейной зависимости. То есть в условиях Луны и Марса орехи крупных размеров или любые породы, состоящие из больших частиц, в зонах сейсмической активности оказались бы наверху не так быстро, как на Земле.

Читайте также: Что таит в себе океан спутника Юпитера?

В начале прошлого года совладелец компании Space Adventures и член Гражданского надзорного совета НАСА Ричард Гэрриот на конференции SXSW в Остине (штат Техас) предложил искать полезные ископаемые… на астероидах. Нынешний уровень технологий позволяет идентифицировать ценные вещества и руды, после чего можно будет организовать экспедицию с целью их доставки на Землю, сказал он. Наладить добычу из недр астероидов платины, иридия и родия предложила компания Planetary Resources. В ближайшие годы Planetary Resources планирует запустить от двух до пяти телескопов космического базирования Arkyd-101, которые помогут отыскать наиболее подходящий для этих целей астероид. А основная фаза проекта намечена на 30-е годы.

В свою очередь, компания Deep Space Industries предложила использовать для поиска ископаемых на астероидах орбитальных роботов-геологоразведчиков, которые будут определять ценность космического тела с точки зрения наличия редкоземельных материалов. Первый подобный аппарат планируется запустить через два года. Если говорить о "среднем" космическом теле массой в 500 тонн, то оно будет содержать примерно 200 тонн силикатов, 100 тонн воды, 100 тонн различных углеродных соединений и, наконец, 90 тонн металлов, таких как железо, никель и кобальт. Этот "контейнер" с полезными ископаемыми можно было бы использовать для строительства космической базы в точке Лагранжа L2, которая расположена в 61 000 километров от Луны.

Наиболее перспективным признан все же проект, предложенный Deep Space. Первая модель "геологического" робота будет называться FireFу "Светлячок". Роботы массой около 25 килограммов должны отправиться в космос в 2015 году. Срок их работы составит от 2 до 6 месяцев. Однако, по словам исследователей, чем слабее гравитация, тем меньше приходится говорить о принципе линейности. Так, на астероидах тяготение в сотни раз меньше земного, и силы сцепления между частицами отдельных пород играют большую роль, чем гравитация.

Читайте также: Новые загадки необъятной Вселенной

Следовательно, если человечество когда-либо начнет разработку астероидов, последствия ударных деформаций могут значительно отличаться от тех, к которым привыкли земные специалисты по горному делу. Поэтому техника безопасности астероидного и кометного бурения может быть иной, чем на Земле. Все это означает, что геологические процессы, связанные с гранулярной конвекцией, при малом уровне тяготения могут осуществляться гораздо медленнее, чем на Земле. А следовательно, ученые могли ошибаться в датировке геологических образований Луны и Марса, не говоря уже о космических телах меньшего размера.

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"