亚毫米级尘埃聚合体的碰撞与生长特性
地球与行星天体物理
2017-06-26 v1
摘要
本文测量了由原行星尘埃类似物材料组成的亚毫米级聚合体的碰撞与粘附特性，包括粘附与弹跳之间的统计阈值速度，以及聚合体团簇内的表面能和抗拉强度。我们在 REXUS 12 亚轨道火箭上进行了实验。原行星尘埃类似物材料为微米级单分散与多分散 SiO2 颗粒，分别制备成尺寸约为 120 m 和 330 m 的聚合体，体积填充因子约为 0.37。在低重力条件下进行的 150 s 实验运行期间，观察到了聚合体的粘附以及尺寸达数毫米的团簇的形成与碎裂。导出了亚毫米级尘埃聚合体在速度从 22 cm/s 降至 3 cm/s 时的粘附概率。对于由单分散颗粒组成的较小聚合体，从弹跳到粘附碰撞的转变发生在 12.7 cm/s；对于分别由单分散和多分散尘埃颗粒组成的较大聚合体，该转变发生在 11.5 cm/s 和 11.7 cm/s。利用亚毫米级尘埃聚合体从团簇中的拉脱力，导出由单分散尘埃组成的聚合体的表面能为 1.6x10-5 J/m2，该值可按比例换算至微米级单体颗粒的 1.7x10-2 J/m2，与先前对二氧化硅颗粒的测量结果吻合良好。导出这些聚合体在团簇内的抗拉强度分别为 1.9 Pa 和 1.6 Pa（对应于小尺寸和大尺寸尘埃聚合体）。这些数值与近期对毫米级二氧化硅聚合体的抗拉强度测量结果吻合良好。利用我们关于粘附-弹跳阈值的数据，可以对最大聚合体尺寸进行估计。对于最小质量太阳星云模型，聚合体可达到 1 cm 的尺寸。
引用
@article{arxiv.1706.07492,
title = {Submillimetre-sized dust aggregate collision and growth properties},
author = {J. Brisset and D. Heißelmann and S. Kothe and R. Weidling and J. Blum},
journal= {arXiv preprint arXiv:1706.07492},
year = {2017}
}
备注
21 pages (incl. 6 pages of appendix), 23 figures