亚毫米级尘埃聚合体团簇的低速碰撞行为

所提出的实验旨在测量亚毫米级原行星尘埃聚合体类似物之间碰撞的结果。我们还观察了由这些聚合体形成的团簇及其碰撞行为。实验在不来梅落塔中进行。原行星尘埃类似物材料为微米级单分散和多分散的 SiO$_2$ 颗粒，制备成尺寸在 120~$\mu$m 至 250~$\mu$m 之间的聚合体。其中一个尘埃样本包含先前通过反复弹跳压实过的聚合体。在每次 9~s 微重力的三次飞行中，观察了聚合体之间的单独碰撞以及尺寸达几毫米的团簇的形成。此外，还记录了团簇与实验舱壁的碰撞，这些碰撞导致压实或碎裂。我们观察了尘埃聚合体之间的碰撞以及尘埃团簇与铝制舱壁之间的碰撞，速度范围约为 0.1 cm/s 至 20 cm/s。对于由单分散尘埃组成的聚合体，发生粘附的速度范围为 0.18 至 5.0 cm/s，在折合质量范围为 1.2x10-6 至 1.8x10-3 g（平均值为 2.2x10-4 g）时，平均速度值为 2.1 cm/s。根据由尘埃聚合体组成的团簇与铝制舱壁碰撞而发生的重构和碎裂，我们遵循为微观粒子开发的 Dominik \& Thielens (1997) 模型，推导了尘埃聚合体（$\sim$100 $\mu$m）的碰撞准则。我们测量了 100 $\mu$m 尺寸非压实聚合体的临界滚动能为 1.8x10-13 J，临界断裂能为 3.5x10-13 J。