// SCINEXX — SPAZIO & SCIENZA
Oberfläche des Asteroiden Bennu ist 50-mal weniger fest als Kaffeepulver
Die Festigkeit locker aufgebauter Asteroiden hängt offenbar stark von Größe und Form ihrer Regolithteilchen ab. Simulationen zeigen, dass kleinere und weniger kugelförmige Körner festere Brücken zwischen größeren Brocken bilden und dadurch den Zusammenhalt erhöhen können. Auf Bennu erklärt das Modell die extrem geringe Oberflächenfestigkeit durch den Mangel an feinem Staub, wie Proben der Raumsonde OSIRIS-REx nahelegen.
Boulder (U.S.A.). Viele kleine Asteroiden sind keine massiven Felsblöcke, sondern lockere Ansammlungen aus Staub, Steinen und größeren Brocken, deren eigene Schwerkraft diese sogenannten Geröllhaufen nur schwach zusammenhält. Zusätzliche Kohäsionskräfte zwischen den Körnern können deshalb entscheidend dafür sein, ob das Material stabil bleibt oder auseinanderbricht.
Bisher ließ sich nur schwer vorhersagen, wie stark ein solches Gemisch bei realistischen, unregelmäßigen Teilchenformen ist. Deshalb haben Forscher der University of Colorado Boulder (CU Boulder) um Paul Sánchez nun den Einfluss von Größe und Form auf die Zugfestigkeit untersucht. Ihr Modell verbindet Eigenschaften einzelner Teilchen mit der Festigkeit des körnigen Materials im größeren Maßstab.
Dazu simulierte das Team eine körnige Brücke zwischen zwei jeweils einen Meter großen Felsbrocken und zog die Brocken langsam auseinander, bis das Material brach. Als Zugfestigkeit bestimmten die Forscher die höchste Spannung vor diesem Bruch und berechneten insgesamt 78 Brücken mit kugelförmigen oder polyedrischen Körnern von zwei bis fünf Zentimetern Größe.
Die Simulationen zeigen zwei klare Trends, denn mit zunehmender Teilchengröße sinkt die Zugfestigkeit, während stärker von der Kugelform abweichende Körner fester zusammenhalten. Unregelmäßige Teilchen können sich an mehreren Punkten, Kanten oder Flächen berühren, wodurch mehr Möglichkeiten entstehen, Kräfte durch das Korngefüge zu übertragen.
Für die Größe fanden die Forscher eine besonders einfache Skalierung, denn mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser lassen sich die unterschiedlichen Teilchenformen auf eine gemeinsame Kurve bringen. Die Zugfestigkeit nimmt dabei ungefähr mit dem Kehrwert des Quadrats dieses Durchmessers ab. Die Form lässt sich dagegen über die sogenannte Sphärizität, also die Ähnlichkeit eines Korns mit einer Kugel, als weitere Vorhersagegröße nutzen.
Als nächsten Schritt übertrug das Team das Modell auf den Asteroiden Bennu und nutzte dafür Messwerte aus den von der NASA-Mission OSIRIS-REx zur Erde gebrachten Proben sowie Daten vom Probenahmeort Hokioi. Die durchschnittlich erfasste Korngröße der Proben liegt bei rund 1,2 Millimetern, wobei sehr feine Partikel unterhalb der Bildauflösung in diesem Mittelwert nicht vollständig enthalten sind.
Aus den gemessenen Teilcheneigenschaften leitet das Modell eine extrem geringe Festigkeit der Bennu-Oberfläche ab, die mit früheren Abschätzungen einer Kohäsionsfestigkeit unter einem Pascal übereinstimmt. Nach den Autoren ist vor allem die geringe Menge an feinem Staub entscheidend, weil kleine Körner sonst wie ein schwacher Kitt zwischen größeren Teilchen wirken und das lockere Material stärker zusammenhalten könnten.
Die Ergebnisse liefern damit ein mögliches Werkzeug, um die mechanischen Eigenschaften anderer körniger Asteroiden abzuschätzen, wenn die Haftkraft zwischen ihren Teilchen bekannt ist. Nach dem Modell kann dann bereits eine geeignete Größen- oder Formkenngröße ausreichen, um die Zugfestigkeit näherungsweise zu bestimmen. Das könnte helfen, die Stabilität schnell rotierender Asteroiden oder die Reaktion ihrer Oberfläche auf äußere Einwirkungen besser einzuordnen.
Die Vorhersage bleibt jedoch an mehrere Annahmen gebunden, weil die Simulation nur eine vereinfachte Regolithbrücke zwischen zwei Brocken und keinen vollständigen Asteroiden abbildet. Zudem sind für Bennu nicht alle mikrostrukturellen Größen direkt gemessen, etwa die durchschnittliche Zahl der Kontakte pro Teilchen, weshalb für präzisere Abschätzungen weitere