Mühendisler, asteroit benzeri bir cismin üst tabakasına aşırı dış kuvvet uygulandığında ne olacağını görmek için kayaları parçaladılar

Johns Hopkins mühendisleri, kum ve kaya gibi taneli malzemelerin aşırı darbeler altında nasıl davrandığına dair yeni ayrıntılar ortaya çıkardı. Bu bulgular, bir gün Dünya’yı tehlikeli asteroitlerden korumaya yardımcı olabilir.

Yeni deneysel teknikler ve gelişmiş bilgisayar simülasyonları kullanan ekip, bu malzemelerin yüksek hızlarda vurulduğunda beklenmedik şekillerde davranabileceğini ortaya koydu; bu bulgu, geleneksel modellere meydan okuyor. Çalışmaları görünür içinde Katıların Mekaniği ve Fiziği Dergisi.

Johns Hopkins Üniversitesi Whiting Mühendislik Okulu’nda makine mühendisliği doçenti ve Hopkins Extreme Materials Institute (HEMI) üyesi olan ekip lideri Ryan Hurley, “Çalışmamız, bir malzemenin farklı parçalarının ve hatta farklı kum tanelerinin aynı çarpma olayı sırasında çok farklı şekillerde davranabileceğini gösteriyor” dedi.

“Bulduğumuz şey, asteroit saptırmasından tablet üretimi gibi endüstriyel süreçlere kadar uzanan uygulamaları bilgilendirme potansiyeline sahip.”

Ekip, hem alüminyum hem de soda kireç camından yapılmış granüler numunelere 2 km/s kadar yüksek hızlarda bir gaz tabancasından mermiler ateşledi ve numunelerin çarpışmadan sonraki ilk birkaç mikrosaniyedeki davranışlarını gözlemledi. Bu tür deneyler genellikle JHU’nun Baltimore kampüsündeki HEMI’de yerinde yapılsa da, bu özel deney Chicago’daki Advanced Photon Source’da (APS) gerçekleşti çünkü çarpışmayı görselleştirmek için özel X-ışını tesislerinin kullanımını gerektiriyordu.

Makine mühendisliği alanında doktora öğrencisi ve makalenin baş yazarı Sohanjit Ghosh, “Plaja gittiğinizde sadece yüzeydeki kumu görebilirsiniz, ancak röntgenle kumun altında neler olup bittiğini görebilirsiniz” dedi.

“X-ışını görüntülerini geliştirdiğimiz sayısal modellerle birleştiriyoruz ve bu, iki boyutlu X-ışını görüntüsünü, hem zaman hem de uzayda neler olup bittiğine dair tam bir resim veren üç boyutlu bir sürece dönüştürüyor.”

Araştırmacılar, yoğun sıkıştırma sonucu oluşan ısının, diğer kimyasal reaksiyonların yanı sıra tanelerin kırılmasına, erimesine ve yeniden katılaşmasına yol açtığını buldular.

“Tanelerin farklı çarpma hızlarında birbirleriyle nasıl farklı şekilde etkileşime girdiğini görmek ilginç,” dedi Ghosh. “Daha yüksek ve daha yüksek hızlara çıktığınızda, o kadar çok termal enerjinin iletildiğini gördük ki taneler aslında eriyor ve sonra yeniden oluşuyor.”

Ekip, farklı metalik malzemelerin yüksek hızlı darbeler sırasında enerjiyi dağıtmanın farklı yollarını sergilediğini gözlemledi. Alüminyum gibi malzemeler, kusurların oluşumu ve plastiklik yoluyla enerjiyi emerken, soda kireç camı gibi kırılgan malzemeler, kırılma ve parçalanma yoluyla enerjiyi dağıtır.

Araştırmacılar, bu bulguların gelecekteki benzer görevlere ışık tutabileceğini söylüyor 2022’nin DART görevibir asteroide çarparak yörüngesini değiştirdi.

“Tüm asteroitlerin üstünde regolit adı verilen bir kum tabakası vardır ve bunları vurduğunuzda, çarpma enerjisinin çoğunu dağıtan regolittir,” dedi Ghosh. “Bu tür modelleme ve deneylerin birleşiminden, farklı malzemelerin farklı ortamlarda ve çarpma koşullarında nasıl davranacağını çıkarabiliriz.”

Ghosh, deneyin planlanmasının aylar sürdüğünü ancak gerçek fiziksel deneyimin göz açıp kapayıncaya kadar bittiğini söyledi.

“Deneylerin zaman ölçekleri çok kısadır—birkaç yüz nanosaniye,” dedi. “Bir ay boyunca tüm bir deneyi hazırlıyoruz ve sonra birkaç mikrosaniyede bitiyor.”

HEMI’de yardımcı araştırma bilimcisi olan Mohmad Thakur da araştırma ekibinin bir üyesiydi.