致密尘埃云运动的实验室实验

在实验室实验中，我们研究了在低环境压力与高固气比 $\epsilon$ 下悬浮、沉降的亚毫米颗粒云的运动。实验显示了粒子的集体行为，即云中颗粒比孤立颗粒沉降更快。在集体粒子云中，沉降速度线性依赖于 $\epsilon$ 且线性依赖于粒子密集度 $C$。然而，集体行为仅在临界值 $\epsilon_{\rm crit}$ 处出现，该临界值随实验斯托克斯数 St 线性增大。对于 $\rm St <0.003$，粒子始终表现为集体行为。对于大斯托克斯数，需要大的固气比来触发集体行为，例如 $\epsilon_{\rm crit} = 0.04$ 在 $\rm St = 0.01$ 时。应用于原行星盘，致密环境中的粒子将更快沉降。在与向上气体运动（湍流扩散、对流）平衡时，中面粒子层的厚度将小于基于单个颗粒计算的结果，尤其是对尘埃而言。对于卵石，需要大的固气比来触发基于反作用的失稳。