Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhiệm vụ gần đây của NASA đối với các tiểu hành tinh đã sử dụng các nhà thám hiểm robot để thu thập dữ liệu về sự phát triển ban đầu của Hệ Mặt trời, sự hình thành hành tinh và sự sống có thể bắt nguồn từ Trái đất như thế nào. Để thiết kế các nhà thám hiểm robot thành công, các nhà nghiên cứu phải hiểu làm thế nào những nhà thám hiểm này tác động đến bề mặt của các tiểu hành tinh trong quá trình chạm vào chúng. Các nhà nghiên cứu đã tiến hành các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm để xác định điều gì xảy ra khi các nhà thám hiểm và các vật thể khác chạm xuống các bề mặt hạt phức tạp trong môi trường trọng lực thấp.
Các sứ mệnh gần đây của NASA tới các tiểu hành tinh đã thu thập dữ liệu quan trọng về sự phát triển ban đầu của Hệ Mặt trời, sự hình thành hành tinh và sự sống có thể bắt nguồn từ Trái đất như thế nào. Các nhiệm vụ này cũng cung cấp thông tin quan trọng để làm chệch hướng các tiểu hành tinh có thể đâm vào Trái đất.
Các nhiệm vụ như nhiệm vụ OSIRIS-REx đến Asteroid Bennu và nhiệm vụ Hyabusa II cho Ryugu, thường được thực hiện bởi các nhà thám hiểm robot gửi hình ảnh trở lại Trái đất cho thấy các bề mặt tiểu hành tinh phức tạp với những tảng đá nứt, vỡ và đá vụn.
Để hiểu rõ hơn về hành vi của vật liệu thiên thạch và thiết kế các nhà thám hiểm robot thành công, trước tiên các nhà nghiên cứu phải hiểu chính xác làm thế nào những nhà thám hiểm này tác động lên bề mặt của các tiểu hành tinh trong quá trình chạm vào chúng.
Trong một bài báo đăng trên tạp chí Icarus , các nhà nghiên cứu thuộc Khoa Vật lý và Thiên văn học của Đại học Rochester bao gồm Alice Quillen, giáo sư vật lý và thiên văn học, và Esteban Wright, một sinh viên tốt nghiệp trong phòng thí nghiệm của Quillen, đã tiến hành thí nghiệm trong phòng thí nghiệm để xác định điều gì xảy ra khi các nhà thám hiểm và các vật thể khác chạm xuống các bề mặt phức tạp, dạng hạt trong môi trường trọng lực thấp. Nghiên cứu của họ cung cấp thông tin quan trọng trong việc cải thiện tính chính xác của việc thu thập dữ liệu trên các tiểu hành tinh.
“Điều khiển nhà thám hiểm robot là tối quan trọng đối với thành công của nhiệm vụ,” Wright nói. “Chúng tôi muốn tránh tình huống tàu đổ bộ bị mắc kẹt trong bãi đáp của chính nó hoặc có khả năng bật ra khỏi bề mặt và đi theo hướng không lường trước. Nó cũng có thể được mong muốn cho nhà thám hiểm bỏ qua bề mặt để di chuyển quãng đường dài.”
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng cát để thể hiện bề mặt của một tiểu hành tinh trong phòng thí nghiệm. Họ đã sử dụng các viên bi để đo cách các vật thể tác động lên bề mặt cát ở các góc khác nhau và quay các viên bi bằng video tốc độ cao để theo dõi quỹ đạo của viên bi và quay trong khi va chạm với cát.
Các vật liệu dạng hạt như cát thường khá hấp thụ khi va chạm. Tương tự như một quả đạn pháo bắn ra khỏi mặt nước, cát đẩy có thể hoạt động giống như tuyết trước một bông tuyết, nâng đạn, khiến nó trượt khỏi bề mặt.
Các nhà nghiên cứu đã xây dựng một mô hình toán học bao gồm số Froude, tỷ lệ không thứ nguyên phụ thuộc vào trọng lực, tốc độ và kích thước. Bằng cách nhân rộng mô hình với số Froude, các nhà nghiên cứu có thể áp dụng kiến thức thu được từ các thí nghiệm của họ với các viên bi vào môi trường trọng lực thấp, chẳng hạn như tìm thấy trên bề mặt các tiểu hành tinh.
“Chúng tôi thấy rằng với vận tốc gần tốc độ thoát – vận tốc mà một vật thể sẽ thoát khỏi lực hấp dẫn – nhiều người nếu không phải hầu hết các tảng đá và tảng đá đều có khả năng quay lại trên các tiểu hành tinh”, Wright chia sẻ.
Các kết quả cung cấp một lời giải thích cho lý do tại sao các tiểu hành tinh ném đá và đá nằm trên bề mặt của chúng, và chúng cũng ảnh hưởng đến góc độ mà các nhiệm vụ robot sẽ cần chạm vào thành công trên bề mặt của một tiểu hành tinh.
Các nhiệm vụ robot chạm xuống bề mặt của một tiểu hành tinh sẽ cần phải kiểm soát thời điểm chạm xuống để chúng không bị bật lên. Các robot có thể thực hiện điều này bằng cách làm cho góc va chạm của chúng gần như thẳng đứng, bằng cách giảm vận tốc va chạm xuống một giá trị rất nhỏ hoặc bằng cách làm cho vận tốc va chạm đủ lớn để tạo thành một miệng hố sâu mà nhà thám hiểm robot sẽ bật ra của.
Video: https://www.youtube.com/watch?v=XABZRd5g9DA&feature=emb_logo
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Rochester . Bản gốc được viết bởi Lindsey Valich. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :