Для понимания многих процессов, происходящих в Солнечной системе и за ее пределами, ученым часто приходится прибегать к моделированию всевозможных столкновений. Ведь, например, удары между твердыми ледяными глыбами руководят процессами, происходящими в кольцах Сатурна.
Да и внутри Главного пояса астероидов между орбитами Марса и Юпитера происходят многочисленные столкновения. При моделировании подобных процессов необходимо принимать в расчет один очень важный параметр – упругость столкновения между телами. Иначе говоря, какая часть кинетической энергии сталкивающихся тел идет на их разлет, а какая – в тепло. Мерилом упругости удара может выступать коэффициент восстановления ε, равный отношению скоростей разлета тел после столкновения к их относительной скорости до удара. Так, для абсолютно упругого удара ε =1, для абсолютно неупругого ε =0.
В большинстве работ по численному моделированию космических столкновений ε принимается равным 0,5 — ни туда, ни сюда. Величина эта совершенно теоретическая. И до последнего времени экспериментальных данных, уточняющих коэффициенты для реальных тел, было накоплено не так уж много. Известны работы, в которых экспериментаторы сталкивали ледяные и гипсовые шарики небольшого диаметра при разных скоростях. Однако экспериментов, изучающих поведение твердых тел куда большего размера и массы (наиболее соответствующих реальным астероидам), до сих пор не проводилось.
Размахнулись
Команда астрофизиков из Юго-Западного исследовательского института в Боулдере решила не мелочиться и провести краш-тесты каменных глыб в больших масштабах. «Учитывая, что большие каменные тела в своей структуре имеют больше трещин, можно ожидать, что соударения между такими телами должны быть более диссипативными (неупругими)», — посчитали авторы исследования.
Для эксперимента во двор института подогнали два сорокатонных автокрана, а фирма, занимающаяся ландшафтным дизайном, доставила из Китая два обработанных гранитных шара весом 1361 и 1225 килограммов. Шары поднимали на определенную высоту, один отводили в сторону и заставляли ударяться о другой. Каждый удар фиксировался видеокамерой с ускоренной съемкой, что позволяло с точностью измерять скорости шаров до и после удара.
Изучив данные 66 соударений, совершённых с различными начальными скоростями, ученые с большой точностью высчитали коэффициент восстановления.
Он оказался равен 0,83. «Шары весом более тонны не разрушились, хотя скорость соударения превышала 1 м в секунду», — удивился автор исследования Дениэл Дурда. Максимальная скорость соударения в экспериментах Дурды составляла 1,5 метра в секунду. Оказалось, что во всем диапазоне начальных скоростей коэффициент восстановления от самой скорости, по крайней мере для гранитных глыб, не зависит. Однако, эксперименты только начинаются.
