卵石碎裂在星子形成中的作用 I. 实验研究

先前关于原行星尘埃增长的研究表明，由于在速度 $\geq$ 0.1 $ms^{-1}$ 时发生反弹以及在速度 $\geq$ 1 $ms^{-1}$ 时发生碎裂，尘埃增长在厘米尺度停滞。为了克服这些障碍，人们提出了厘米级尘埃卵石的空间集中及其随后的引力坍缩。然而，数值研究表明，尘埃聚集体在引力坍缩阶段可能会发生碎裂。这种碎裂反过来改变了固体的尺寸分布，因此必须加以考虑以理解所形成星子的性质。为了探索经历碎裂碰撞的尘埃卵石的命运，我们进行了尘埃聚集体碰撞的实验室实验，重点是为星子形成的这一阶段建立碰撞模型。在我们的实验中，我们在约 $10^{-3}$ mbar 的低气压和自由落体条件下，分析了质量在 1.4 g 至 180 g 之间、靶标与抛射体质量比从 125 到 1、孔隙度固定为 65%、速度范围在 1.5 $-$ 8.7 $ms^{-1}$ 内的尘埃聚集体碰撞。我们推导了最大碎片的质量、碎片尺寸/质量分布以及质量转移效率作为碰撞速度和抛射体/靶标聚集体尺寸的函数。此外，我们提供了易于使用的碎裂和质量转移模型的方案，以供后续建模工作使用。在 companion 论文中，我们利用实验发现和推导出的尘埃聚集体碰撞模型，来研究引力坍缩期间尘埃卵石的命运。