Recente NASA-missies naar asteroïden hebben belangrijke gegevens verzameld over de vroege evolutie van ons zonnestelsel, planeetvorming, en hoe het leven op aarde kan zijn ontstaan. Deze missies bieden ook cruciale informatie om asteroïden die de aarde zouden kunnen raken af ​​te buigen.

Missies zoals de OSIRIS-REx-missie naar Asteroid Bennu en de Hyabusa II-missie naar Ryugu, worden vaak uitgevoerd door robotverkenners die afbeeldingen terugsturen naar de aarde met complexe asteroïde-oppervlakken met gebarsten, hooggelegen rotsblokken en puinvelden.

Om het gedrag van asteroïdemateriaal beter te begrijpen en succesvolle robotverkenners te ontwerpen, onderzoekers moeten eerst precies begrijpen hoe deze ontdekkingsreizigers het oppervlak van asteroïden beïnvloeden tijdens hun landing.

In een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Icarus , onderzoekers van de afdeling Natuur- en Sterrenkunde van de Universiteit van Rochester, waaronder Alice Quillen, hoogleraar natuurkunde en sterrenkunde, en Esteban Wright, een afgestudeerde student in het lab van Quillen, laboratoriumexperimenten uitgevoerd om te bepalen wat er gebeurt als ontdekkingsreizigers en andere objecten op complexe, korrelige oppervlakken in omgevingen met een lage zwaartekracht. Hun onderzoek levert belangrijke informatie op voor het verbeteren van de nauwkeurigheid van het verzamelen van gegevens over asteroïden.

"Het besturen van de robotverkenner is van het grootste belang voor het succes van een missie, Wright zegt. "We willen een situatie vermijden waarin de lander vast komt te zitten in zijn eigen landingsplaats of mogelijk van het oppervlak stuitert en in een onbedoelde richting gaat. Het kan ook wenselijk zijn dat de ontdekkingsreiziger over het oppervlak springt om lange afstanden af ​​te leggen."

De onderzoekers gebruikten zand om het oppervlak van een asteroïde in het laboratorium weer te geven. Ze gebruikten knikkers om te meten hoe objecten onder verschillende hoeken op de zanderige oppervlakken inslaan, en filmde de knikkers met high-speed video om de banen van de knikkers te volgen en te draaien tijdens de botsing met het zand.

"Korrelige materialen zoals zand zijn meestal behoorlijk absorberend bij impact, " zegt Quillen. "Vergelijkbaar met een kanonskogel die van water afketst, geduwd zand kan werken als een sneeuw voor een sneeuwploeg, het projectiel optillen, waardoor het van het oppervlak springt."

De onderzoekers construeerden een wiskundig model dat het Froude-getal bevat, een dimensieloze verhouding die afhangt van de zwaartekracht, snelheid, en maat. Door het model te schalen met het Froude-getal, de onderzoekers konden de opgedane kennis van hun experimenten met de knikkers toepassen in omgevingen met een lage zwaartekracht, zoals die gevonden op het oppervlak van asteroïden.

"We ontdekten dat bij snelheden in de buurt van de ontsnappingssnelheid - de snelheid waarmee een object aan de zwaartekracht zal ontsnappen - veel, zo niet de meeste rotsen en rotsblokken waarschijnlijk op asteroïden afketsen, ' zegt Wright.

De resultaten geven een verklaring waarom asteroïden keien en rotsen hebben uitgestrooid die op hun oppervlak liggen, en ze beïnvloeden ook de hoek waaronder robotmissies met succes het oppervlak van een asteroïde moeten raken.

"Robotische missies die het oppervlak van een asteroïde raken, moeten het moment van de landing regelen, zodat ze niet stuiteren, " zegt Quillen. "De robots kunnen dit bereiken door hun impacthoek bijna verticaal te maken, door de impactsnelheid tot een zeer kleine waarde te verminderen, of door de inslagsnelheid groot genoeg te maken om een ​​diepe krater te vormen waar de robotverkenner niet uit kan stuiteren."