(左) 实验室坠落塔的照片。(右) 颗粒团块受撞击后的扩张。(Credit: Hiroaki Katsuragi and Jürgen Blum) 通过向尘埃团射击塑料、铅和玻璃弹丸，研究人员正在增进我们对行星如何在宇宙中形成的理解。行星最初是由松散的尘埃颗粒团块形成的。就像面粉在搅拌成蛋糕糊时会结块一样，宇宙尘埃团块最终会聚集起来，在引力的作用下形成像地球一样的行星。但这个过程仍有许多未解之谜。因此，为了研究这个过程背后的一些动力学，研究人员将弹丸射向自由落体的尘埃团块。
研究尘埃团块
在行星形成过程中，它们经常会与其他物质和物体发生碰撞。因此，了解未来会形成行星的尘埃团块如何应对撞击，是建立一个真实的行星形成模型的关键，研究人员在声明中表示。为了重现这些宇宙尘埃碰撞，研究人员团队首先需要创建真实的尘埃球，以模拟形成行星的宇宙尘埃。来自名古屋大学的作者兼颗粒物理学专家广明桂明(Hiroaki Katsuragi)在电子邮件中表示，他们最终选用了一种分散的、尺寸不规则的二氧化硅颗粒的混合物。研究人员摇动这些颗粒，直到它们形成小团块，然后简单地将它们收集到一个杯子里。实验还包括玻璃珠作为对照。
高速碰撞
然后，团队建造了一个坠落塔，其中有一个大玻璃管，内部的真空和微重力条件模拟了外太空。他们将尘埃和玻璃从顶部落下，在它们下落的过程中，向它们射击各种不同尺寸的弹丸。实验包含一个被放下（然后被一个装满沙子的桶接住）的高速相机，用于捕捉自由落体状态下的撞击。“根据我们的结果，构成目标颗粒团块的颗粒的机械强度或刚度对于讨论碰撞力学并不非常重要，”桂明说。因此，无论松散的团块是由柔软的尘埃还是坚硬的玻璃组成的，都不会真正影响碰撞。“这可以简化行星形成模型。在行星胚形成（行星形成非常早期）过程中，我们不必考虑材料强度或刚度的差异，”桂明说。总的来说，该实验提供了关于行星前尘埃团块可能行为的宝贵信息，例如它们在碰撞时如何以及多快地膨胀。研究人员表示，该实验甚至可能改进行星形成模型，并支持我们对行星如何形成的普遍理解。桂明还注意到，他实验中的尘埃团块与烘焙时可能看到的普通面粉团块之间的相似性也很有趣。“这项研究为日常现象（烹饪过程中的结块形成）和行星现象（行星胚形成）之间的关系提供了一个新颖的视角，”他说。这是一种在厨房里观察宇宙的方式。
