土星环颗粒碰撞行为的微重力实验

本文介绍了两种新颖的实验方法，用于研究单个宏观冰体的碰撞行为。所报告的实验是在抛物线飞行的微重力环境和不来梅落塔设施中进行的。利用低温抛物线飞行装置，我们成功捕获了1.5厘米大小冰球在相对速度介于6至$22 \mathrm{cm s^{-1}}$之间的41次近中心碰撞。图像序列分析显示，恢复系数呈均匀分布，平均值为$\overline{\varepsilon} = 0.45$，取值范围从$\varepsilon = 0.06$到0.84。此外，我们设计了一个原型落塔实验，用于研究多达一百个厘米大小抛射体集合内的碰撞，并首次使用固体玻璃珠进行了实验。我们能够统计地分析整个系统动能的发展，这可以通过假设一个遵循哈夫定律的颗粒“流体”来很好地解释，其恢复系数恒定为$\varepsilon = 0.64$。我们还证明了该装置适用于研究速度低于$< 5 \mathrm{mm s^{-1}}$的碰撞，这对应于土星致密主环中颗粒之间的碰撞。