Tajemnice piasku

Każde doświadczenie było obserwowane przez kamery cyfrowe. Na powierzchni gumowych rękawów namalowane były pionowe i poziome linie, dzięki którym fizykom łatwo było przeanalizować, jak walec mokrego piasku deformował się pod wpływem zewnętrznej siły. MGM III był już trzecim eksperymentem, w ramach którego na orbicie badano materiały sypkie. Wiedza o tych materiałach może się okazać istotna dla ludzi, którzy w przyszłości będą budowali bazę na powierzchni Księżyca albo Marsa. Dobrze byłoby wiedzieć, jak i gdzie ją wybudować, żeby się nie zapadła pod własnym ciężarem. Poza tym trudno sobie wyobrazić budowę bazy poza Ziemią bez korzystania z „miejscowych” bogactw naturalnych. Być może trzeba będzie wydobywać odkrywkowo zamarzniętą wodę spod powierzchni czy korzystać z marsjańskiego (albo księżycowego) piasku jako budulca. A to bez dobrej znajomości fizyki materiałów sypkich jest po prostu niemożliwe. Na Ziemi brak wiedzy na ten temat możemy zastąpić doświadczeniem. To doświadczenie poza Ziemią jest bezużyteczne, a korzystanie z niego może być wręcz niebezpieczne. Na innych globach panują inna siła grawitacji, inne ciśnienie, inna wilgotność i w końcu piasek marsjański może zasadniczo różnić się od tego ziemskiego. Jak strome powinno być zbocze wykopu na Marsie, żeby nie zeszła lawina? Albo dlaczego pojazdy, które na Ziemi poruszają się bez problemu, na marsjańskiej pustyni czasami grzęzną po same osie? Tak było 26 kwietnia 2004 roku, kiedy należący do NASA marsjański łazik Opportunity ugrzązł w miękkim piasku w kraterze Gusev. Inżynierowie w ziemskim ośrodku sterowania przez trzy tygodnie ciężko pracowali, zanim udało się wyprowadzić łazik z pulchnej, świeżo nawianej wydmy.

I dla rolnika, i dla farmaceuty

Poznanie tajemnicy „upłynniania” się podłoża pozwoli w przyszłości budować bezpieczniejsze domy czy mosty na terenach aktywnych sejsmicznie. Pozwoli być może zapobiec śmierci ludzi zamieszkałych na terenach, na których po ulewnych deszczach często dochodzi do lawin błota. Być może nie trzeba wcale tych ludzi przesiedlać, a jedynie nauczyć budować konstrukcje zdolne przeciwstawić się występującym wtedy siłom. Zgłębianiem tajemnicy granulek zainteresowani są też rolnicy i przemysł farmaceutyczny. Chodzi o tzw. paradoks orzechów brazylijskich. Dlaczego w potrząsanym wiadrze ze żwirem większe kamyki są na samej górze, a te mniejsze idą na dno? Przecież większe kamyki są też cięższe – czy nie powinny zatem opadać? Do niedawna nikt nie potrafił kontrolować i przewidywać efektów mieszania dwóch materiałów sypkich o różnej wielkości ziaren. Dopiero w 2000 roku grupa fizyków z Lehigh University z USA opublikowała pracę wyjaśniającą to zjawisko. Przesączanie się mniejszych granulek przez większe na dno naczynia czy „unoszenie” się ziaren większych do góry zależy nie tylko od różnicy ich wielkości, ale także masy. Po serii doświadczeń naukowcy stworzyli model, dzięki któremu można przewidzieć, czy dwie lub więcej substancji sypkich wymiesza się równomiernie, czy też dojdzie do ich „segregacji”. Problem ten jest bardzo ważny w wielu dziedzinach przemysłu, gdzie półfabrykaty mają zwykle postać granulek. Także firmy farmaceutyczne zainteresowane są takim mieszaniem sypkich składników lekarstw, żeby w końcowej mieszaninie zawsze były zachowane pożądane proporcje. Z kolei w wielu dziedzinach – np. górnictwie czy rolnictwie – segregacja wielkościowa jest jak najbardziej pożądana. W ten sposób można np. sortować wg wielkości wydobywany węgiel czy zebrane ziarna ryżu. I pomyśleć, że to wszystko ma ścisły związek z budową zamków na plaży.