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Die Anatomie eines Asteroiden

05.02.2014
Astronomen haben mit dem New Technology Telescope (NTT) der ESO erste Hinweis darauf gefunden, dass Asteroiden sehr vielfältige innere Strukturen besitzen können.

Durch unglaublich präzise Messungen fanden sie heraus, dass verschiedene Bereiche des Asteroiden Itokawa unterschiedliche Materialdichten aufweisen. Die Analyse dessen, was sich unter der Oberfläche von Asteroiden verbirgt, lüftet nicht nur das Geheimnis über die Entstehung dieser Objekte, man bekommt auch einen Einblick in die Kollisionsprozesse zweier Körper im Sonnensystem und Hinweise darauf, wie Planeten entstehen könnten.


Eine schematische Darstellung der seltsamen, erdnussförmigen Asteroiden Itokawa.

Durch unglaublich präzise Messungen fanden Astronomen heraus, dass verschiedene Teile des Asteroiden Itokawa unterschiedliche Materialdichten aufweisen. Die Analyse dessen, was sich unter der Oberfläche von Asteroiden verbirgt, lüftet nicht nur das Geheimnis über die Entstehung dieser Objekte, man bekommt auch einen Einblick in die Kollisionsprozesse zweier Körper im Sonnensystem und Hinweise darauf, wie Planeten entstehen könnten. Das Modell für die Form, das für diese Ansicht verwendet wurde, basiert auf Aufnahmen der Raumsonde Hayabusa der JAXA.

Herkunftsnachweis:
ESO. Acknowledgement: JAXA

Mittels sehr präziser bodengebundener Beobachtungen haben Stephen Lowry von der University of Kent in Großbritannien und seine Kollegen die Geschwindigkeit, mit der der erdnahe Asteroid (25143) Itokawa rotiert, und die Änderung seiner Rotationsperiode mit der Zeit gemessen. Diese empfindlichen Messungen kombinierten sie mit neuen theoretischen Arbeiten über die Wärmeabstrahlung von Asteroiden.

Der kleine Asteroid Itokawa ist ein faszinierendes Objekt, das eine seltsame erdnussförmige Gestalt besitzt. Im Jahr 2005 wurde er von der japanischen Raumsonde Hayabusa im Detail studiert. Um die innere Struktur des Asteroiden zu untersuchen, nutzte Lowrys Gruppe unter anderem [1] Aufnahmen aus den Jahren 2001 bis 2013 vom New Technology Telescope der ESO am La Silla-Observatorium in Chile. Gemessen wurden die Helligkeitsschwankungen während seiner Rotation. Daraus hat man seine Rotationsperiode sehr genau bestimmt und anschließend berechnet, wie sie sich mit der Zeit ändert. In Kombination mit dem Wissen über seine Form war es dann möglich, das Innere des Objekts zu untersuchen – was die Komplexität in seinem Kern zum ersten Mal zu Tage förderte [2].

„Zum ersten Mal ist uns gelungen herauszufinden, was sich im Inneren eines Asteroiden befindet”, erklärt Lowry. „Wir können sehen, dass Itokawa sehr verschiedenartige Strukturen aufweist – dieser Fund ist ein bedeutender Schritt nach Vorne für unser Verständnis von Gesteinskörpern im Sonnensystem.”

Die Rotation eines Asteroiden und anderer Himmelskörper im Sonnensystem kann von der Sonneneinstrahlung beeinflusst werden. Dieses Phänomen, das man als Yarkovsky-O’Keefe-Radzievskii-Paddack-Effekt (YORP-Effekt) bezeichnet, wird sichtbar, wenn das einfallende Sonnenlicht in Form von Wärme wieder von der Oberfläche des Objekts abgestrahlt wird. Wenn die Form des Asteroiden sehr irregulär ist und die Wärme somit nicht gleichmäßig abgestrahlt wird, setzt ein winziges, aber fortwährendes Drehmoment am Körper an und ändert so seine Rotationsrate [3], [4].

Lowrys Gruppe hat gemessen, dass der YORP-Effekt langsam die Rotationsrate von Itakawa beschleunigt. Diese Änderung der Rotationsperiode ist winzig – nur bloße 0,045 Sekunden pro Jahr. Das wiederum weicht aber stark von den Erwartungen ab und kann nur unter der Annahme erklärt werden, dass die zwei Teile des erdnussförmigen Asteroiden unterschiedliche Dichten besitzen.

Zum ersten Mal haben Astronomen damit Hinweise auf eine verschiedenartige innere Struktur von Asteroiden gefunden. Bisher konnte man nur über grobe Messungen der Gesamtdichte auf die inneren Eigenschaften von Asteroiden schließen. Dieser seltene Einblick in das facettenreiche Innere von Itokawa hat zu vielerlei Spekulationen über seine Entstehung geführt. Eine Möglichkeit wäre, dass er aus zwei Komponenten eines Doppelasteroiden entstanden ist, die kollidierten und miteinander verschmolzen sind.

„Der Befund, dass Asteroiden in ihrem Inneren nicht homogen sind, hat weitreichende Auswirkungen, insbesondere auf Modelle von Binärsystemen von Asteroiden. Außerdem könnte es dabei helfen, die Gefahren von Asteroideneinschlägen auf der Erde zu verringern oder bei Plänen für künftige Missionen zu diesen Gesteinskörpern”, fügt Lowry hinzu.

Die Möglichkeit den inneren Aufbau von Asteroiden zu untersuchen ist ein großer Schritt nach vorne und könnte dabei helfen, viele Geheimnisse dieser seltsamen Objekte aufzudecken.

Endnoten

[1] Neben Messungen vom NTT wurden in dieser Arbeit auch Helligkeitsmessungen von folgenden Teleskopen verwendet: dem 60-Zoll-Teleskop am Palomar-Observatorium (Kalifornien, USA), dem Table-Mountain-Observatorium (Kalifornien, USA), 60-Zoll-Teleskop am Steward-Observatorium (Arizona, USA), dem 90-Zoll Bok Telescope am Steward-Observatorium (Arizona, USA), dem 2-Meter Liverpool Telescope (La Palma, Spanien), dem 2,5-Meter Isaac Newton Telescope (La Palma, Spanien) und dem 5-Meter Hale Telescope am Palomar-Observatorium (Kalifornien, USA).

[2] Man hat berechnet, dass die Innendichte zwischen 1,75 und 2,85 Gramm pro Kubik-Zentimeter schwankt. Die zwei Dichten beziehen sich auf die zwei unterschiedlichen Teile von Itokawa.

[3] Eine einfache und grobe Analogie zum YORP-Effekt wäre es mit einem intensiven Lichtstrahl auf einen Propeller zu leuchten. Dieser würde aufgrund eines ähnlichen Effekts auch langsam anfangen sich zu drehen.

[4] Lowry und seine Kollegen waren die ersten, die diesen Effekt bei einem kleinen Asteroiden namens 2000 PH5 (nun bekannt als (54509) YORP, siehe eso0711) beobachtetet habenn. Einrichtungen der ESO spielten auch in dieser früheren Studie eine entscheidende Rolle.

Zusatzinformationen

Die hier vorgestellten Ergebnisse von Lowry et al. erscheinen demnächst unter dem Titel “The Internal Structure of Asteroid (25143) Itokawa as Revealed by Detection of YORP Spin-up” in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics.

Die beteiligten Wissenschaftler sind S.C Lowry (Centre for Astrophysics and Planetary Science, School of Physical Sciences (SEPnet), The University of Kent, Großbritannien), P.R. Weissman (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, USA [JPL]), S.R. Duddy (Centre for Astrophysics and Planetary Science, School of Physical Sciences (SEPnet), University of Kent, Großbritannien), B.Rozitis (Planetary and Space Sciences, Department of Physical Sciences, Open University, Milton Keynes, Großbritannien), A. Fitzsimmons (Astrophysics Research Centre, University Belfast, Belfast, Großbritannien), S.F. Green (Planetary and Space Sciences, Department of Physical Sciences, Open University, Milton Keynes, Großbritannien), M.D. Hicks (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, USA), C. Snodgrass (Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Katlenburg-Lindau), S.D. Wolters (JPL), S.R. Chesley (JPL), J. Pittichová (JPL) und P. van Oers (Isaac Newton Group of Telescopes, Kanarische Inseln, Spanien).

Die Europäische Südsternwarte ESO (European Southern Observatory) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch ihre 15 Mitgliedsländer: Belgien, Brasilien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Italien, die Niederlande, Österreich, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz und die Tschechische Republik. Die ESO ermöglicht astronomische Spitzenforschung, indem sie leistungsfähige bodengebundene Teleskope entwirft, konstruiert und betreibt. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle. Die ESO betreibt drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Nordchile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf dem Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts und zwei Teleskope für Himmelsdurchmusterungen: VISTA, das größte Durchmusterungsteleskop der Welt, arbeitet im Infraroten, während das VLT Survey Telescope (VST) für Himmelsdurchmusterungen ausschließlich im sichtbaren Licht konzipiert ist. Die ESO ist der europäische Partner bei den neuartigen Teleskopverbund ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Derzeit entwickelt die ESO ein Großteleskop mit 39 Metern Durchmesser für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren und Infrarotlichts, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird: das European Extremely Large Telescope (E-ELT).

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

Kontaktinformationen

Carolin Liefke
ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie
Heidelberg, Deutschland
Tel: 06221 528 226
E-Mail: eson-germany@eso.org
Stephen C. Lowry
The University of Kent
Canterbury, United Kingdom
Tel: +44 1227 823584
E-Mail: s.c.lowry@kent.ac.uk
Richard Hook
ESO, Public Information Officer
Garching bei München
Tel: +49 89 3200 6655
Handy: +49 151 1537 3591
E-Mail: rhook@eso.org
Katie Scoggins
Press Officer, Corporate Communications Office, University of Kent
Canterbury, United Kingdom
Tel: +44 1227 823581
E-Mail: K.Scoggins@kent.ac.uk

Dr. Carolin Liefke | ESO Science Outreach Network
Weitere Informationen:
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