雨滴が小惑星のような衝突を起こす様子をご覧ください [スローモーション動画]

雨が裏庭の土に当たると、それぞれの水滴の中で複雑なことが起こります。衝撃のエネルギーによって、「衝撃圧縮」、「高速粒子流」、「毛細管相互作用」などが発生します。レイノルズ流体力学については、話すまでもありません。

それが何を意味するのか全くわからなくても大丈夫です。科学者たちは、雨滴の衝突をモデル化するはるかに簡単な方法を発見したばかりだからです。ミネソタ大学の研究者グループによると、雨滴の衝突は小惑星の衝突と驚くほど似ています。それを調べるために、研究者たちは高速写真とレーザーを使用して、水が小さなガラスビーズの山に滴り落ちるときに何が起こるかを測定しました。

上の動画では、水滴がゆっくりと粒子に衝突し、水平方向に広がり、小さなクレーターを形成しています。その後、水は収縮し、粒状粒子の層を引っ張り、跳ね返ります。衝突速度が速いほど、水は表面でさらに広がり、より多くの砂を巻き込みます。これにより、水滴の重量が増加し、ジャンプの高さが低くなります。

衝撃のエネルギーが増大すると、水は指のような突起を呈します。この突起は多くの粒子を拾い上げ、引き込みが中断され、完全な球形を形成しなくなります。

衝撃速度が非常に速い場合、指のような突起はさらに広がり、跳ね返らなくなるほどの砂を拾います。

水滴が微粒子とどのように相互作用するかを理解することは、科学者が土壌浸食や点滴灌漑の有効性などを理解し、制御するのに役立つため重要です。雨滴クレーターは、27億年前の地球の空気密度を推測するためにも使用されています。

小惑星は雨粒の約10億倍の大きさがあり（岩石でできている）、衝突時にエネルギーが分散される方法や、結果として生じるクレーターの形状は非常に似ています。たとえば、研究者はクレーターの深さと直径の比率が約0:20であることを発見しましたが、これは月、火星、水星の単純なクレーターで観察されるものと完全に一致しています。

小惑星のデータはミネソタの研究者が水滴の力学をモデル化するのに役立っているが、著者らは水滴のデータが小惑星の衝突のモデル化にも役立つかもしれないと示唆している。なぜなら、小惑星が惑星などの大きな物体に衝突すると、極度の熱と圧力によって小惑星が液化または気化するからである。

著者らは、小惑星の衝突エネルギーは雨滴のそれよりも 18 桁も大きいため、おそらく異なる物理的プロセスが働いているため、この 2 つの現象をあまり密接に結び付けないように警告している。「とはいえ、2 つのプロセスの間には驚くべき類似点があり、さらに調査する価値のある共通のメカニズムがあるかもしれないことを示している」と著者らは書いている。