微重力下的多颗粒碰撞：毫米级颗粒系统的恢复系数与黏附阈值
地球与行星天体物理
2019-10-23 v1 空间物理
摘要
当前的行星形成模型对原行星盘中毫米以上尘埃颗粒的生长缺乏良好理解。为研究此类颗粒间的低速碰撞，NanoRocks实验于2014年9月至2016年3月在国际空间站（ISS）上进行。我们给出了该实验的结果。我们量化了0.1至1毫米尺寸范围内多颗粒系统在弹跳态下的能量耗散，并研究了通过颗粒间黏附碰撞形成团簇的过程。我们开发了统计方法以分析实验收集的大量碰撞数据。我们测量了颗粒的平均运动、团簇形成时刻及所形成的团簇尺寸。此外，我们进行了简单数值模拟以验证测量。我们计算了碰撞的平均恢复系数（COR），发现其值从含细颗粒群体的系统的0.55到较致密颗粒系统的0.94不等。我们还测量了黏附阈值速度，发现其值约为1 cm/s，与基于独立实验数据建立的当前尘埃碰撞模型一致。我们的发现具有以下对原行星盘（PPD）与行星环中颗粒模拟有用的启示：（1）同尺寸自由漂浮颗粒在低速（< 2 cm/s）下碰撞的平均COR不依赖于碰撞速度；（2）使用恒定COR值的简化方法能准确再现颗粒系统在碰撞冷却过程中的平均行为；（3）在低于5 mm/s的速度下，颗粒旋转对碰撞行为的影响变得明显；（4）当前预测黏附阈值的尘埃碰撞模型是稳健的。
引用
@article{arxiv.1909.06417,
title = {Multi-Particle Collisions in Microgravity: Coefficient of Restitution and Sticking Threshold for Systems of Mm-Sized Particles},
author = {J. Brisset and T. Miletich and J. Metzger and A. Rascon and A. Dove and J. Colwell},
journal= {arXiv preprint arXiv:1909.06417},
year = {2019}
}
备注
15 pages, 14 figures