Az aszteroidák többnyire megtalálható a tág tér között, a Mars, a Jupiter, a régióban a naprendszer nevű aszteroida öv. Az aszteroidák túl kicsik ahhoz, hogy távcső nélkül láthatók legyenek; az elsőt a tizenkilencedik század elejéig nem fedezték fel.

az aszteroidák felfedezése és pályája

az 1700-as évek végén sok csillagász egy további bolygóra vadászott, amelyről úgy gondolták, hogy léteznie kell a Mars és a Jupiter pályái közötti résben. A Szicíliai csillagász Giovanni Piazzi azt hitte, megtalálta a hiányzó bolygó 1801-ben, amikor rájött, az első aszteroida (vagy ahogy később hívták, “a kisebb bolygó”) kering a 2.8 AU a Nap. Felfedezését, amelyet Ceres-nek nevezett, gyorsan követte három másik kis bolygó észlelése hasonló pályákon.

nyilvánvaló, hogy nem egyetlen hiányzó bolygó volt a Mars és a Jupiter között, hanem egy egész objektumcsoport, amelyek mindegyike sokkal kisebb, mint a Holdunk. (Hasonló felfedezési előzmények játszódtak le lassítva a külső naprendszerben. A Plútót 1930-ban fedezték fel a Neptunuszon túl, eredetileg bolygónak nevezték, de a huszonegyedik század elején számos más hasonló tárgyat találtak. Most már mindegyiket törpe bolygóknak hívjuk.)

1890-re több mint 300 ilyen kisebb bolygót vagy aszteroidát fedeztek fel éles szemű megfigyelők. Ebben az évben Max Wolf Heidelbergben csillagászati fényképezést vezetett be az aszteroidák keresésére, ami nagyban felgyorsította ezeknek a homályos tárgyaknak a felfedezését. A huszonegyedik században a keresők számítógéppel vezérelt elektronikus kamerákat használnak, ami újabb technológiai ugrás. Több mint félmillió aszteroidának van jól meghatározott pályája.

Az aszteroidák egy számot kapnak (amely megfelel a felfedezés sorrendjének), néha egy nevet is. Eredetileg az aszteroidák nevét a görög és a római mitológia istennőiből választották ki. Miután kimerítette ezeket és más női neveket (beleértve később a házastársakat, barátokat, virágokat, városokat stb.), A csillagászok olyan kollégák (és más megkülönböztetett emberek) nevére fordultak, akiket tiszteletben akartak tartani. A 2410-es, a 4859-es és a 68448-as kisbolygókat például Morrison, Fraknoi és Sidneywolffnak nevezik a tankönyv három eredeti szerzőjének.

a legnagyobb aszteroida a Ceres (számozott 1), amelynek átmérője kevesebb, mint 1000 kilométer. Mint láttuk, a Ceres-t bolygónak tekintették, amikor felfedezték, de később aszteroidának nevezték (a sok közül az első.) Most ismét átsorolták, és a Plútóhoz hasonló törpebolygók egyikének tekintik (lásd a holdakról, gyűrűkről és Plútóról szóló fejezetet). Még mindig kényelmesnek találjuk, hogy megvitassuk a Ceres-t, mint a legnagyobb aszteroidát. Két másik kisbolygó, a Pallas és a Vesta átmérője körülbelül 500 kilométer, további mintegy 15 pedig 250 kilométernél nagyobb (lásd az 1. táblázatot). Az aszteroidák száma gyorsan növekszik csökkenő méretben; körülbelül 100-szor több tárgy van 10 kilométerrel, mint 100 kilométer. 2016-ra közel egymillió aszteroidát fedeztek fel a csillagászok.

év

az aszteroidák mind a Nap körül forognak a bolygókkal azonos irányban, és pályáik nagy része a föld és más bolygók által körbevett sík közelében helyezkedik el. Az aszteroidák többsége az aszteroida övben található, a Mars és a Jupiter közötti régióban, amely tartalmazza az összes aszteroidát, amelynek keringési ideje 3,3-6 év között van (1. ábra). Bár az ismert aszteroidák több mint 75% – a az övben van, nem szorosan helyezkednek el (ahogy néha a tudományos fantasztikus filmekben ábrázolják). Az öv térfogata valójában nagyon nagy, a tárgyak közötti tipikus távolság (legfeljebb 1 kilométer) több millió kilométer. (Ez olyan űrhajóknak volt szerencsés, mint a Galileo, a Cassini, a Rosetta és a New Horizons, amelyeknek ütközés nélkül kellett áthaladniuk az aszteroida övön.)

1. ábra: aszteroidák a Naprendszerben. Ez a számítógép által generált diagram a 2006-ban ismert aszteroidák helyzetét mutatja. Ha az aszteroidaméreteket méretre húznák, az aszteroidát képviselő pontok egyike sem lenne látható. Itt az aszteroida pontok túl nagyok, és hamis benyomást keltenek arról, hogy az aszteroida öv mennyire zsúfolt lenne, ha benne lennél. Megjegyzendő, hogy az aszteroidaövben lévők mellett a belső Naprendszerben is vannak aszteroidák, valamint néhány a Jupiter pályája mentén (például a trójaiak és a görögök csoportjai), amelyeket az óriás bolygó gravitációja irányít.

Naprendszerünk hosszú története során számos ütközés történt maguk között az aszteroidák között. 1918-ban a japán csillagász, Kiyotsugu Hirayama megállapította, hogy egyes aszteroidák családokba, hasonló orbitális jellemzőkkel rendelkező csoportokba esnek. Feltételezte, hogy minden család egy nagyobb test felbomlásából, vagy valószínűbb, hogy két aszteroida ütközéséből eredhet. Az ütközési jelenetet elhagyó különböző töredékek sebességének enyhe különbségei az adott család különböző aszteroidáira megfigyelt pályákon tapasztalható kis elterjedést jelentik. Több tucat ilyen család létezik, és megfigyelések azt mutatják, hogy a legtöbb család egyes tagjai hasonló összetételűek, ahogy azt elvárnánk, ha egy közös szülő töredékei lennének.

összetétel és osztályozás

Az aszteroidák ugyanolyan különbözőek, mint a fekete-fehér. A többség nagyon sötét, csak 3-4% fényvisszaverő képességgel, mint egy széncsomó. Egy másik nagy csoportnak azonban tipikus fényvisszaverő képessége 15%. Ahhoz, hogy jobban megértsük ezeket a különbségeket, és hogyan kapcsolódnak a kémiai összetételhez, a csillagászok tanulmányozzák az aszteroidákból visszavert fény spektrumát összetételük nyomaira.

a sötét aszteroidák a spektrális vizsgálatokból primitív testekké válnak (azok, amelyek a naprendszer kezdete óta kémiailag kevéssé változtak), amelyek sötét, szerves szénvegyületekkel kevert szilikátokból állnak. Ezek az úgynevezett C-típusú aszteroidák (“C” széntartalmú). A két legnagyobb kisbolygó, a Ceres és a Pallas, primitív, csakúgy, mint az öv külső részén található aszteroida.

a második legnépesebb csoport az S-típusú kisbolygók, ahol az” S ” egy köves vagy szilikát összetételt jelent. Itt hiányoznak a sötét szénvegyületek, ami nagyobb visszaverődést és a szilikát ásványok világosabb spektrális aláírását eredményezi. Az S-típusú aszteroidák szintén kémiailag primitívek, de eltérő összetételük azt jelzi, hogy valószínűleg a Naprendszer más helyén alakultak ki, mint a C-típusú aszteroidák.

a harmadik osztályba tartozó aszteroidák, amelyek sokkal kevésbé sokak, mint az első kettő, elsősorban fémből állnak, és M-típusú aszteroidáknak (“m” fémes) nevezik. Spektroszkópikusan a fém azonosítása nehéz, de legalább a legnagyobb M-típusú aszteroida, a Psyche esetében ezt az azonosítást radar is megerősítette. Mivel egy fém aszteroida, mint egy repülőgép vagy hajó, sokkal jobb radar reflektor, mint egy köves tárgy, a psziché fényesnek tűnik, amikor radarnyalábot célozunk rá.

hogyan jöttek létre ilyen fém aszteroidák? Gyanítjuk, hogy mindegyik egy olyan anyatestből származik, amely elég nagy ahhoz, hogy olvadt belseje letelepedjen vagy megkülönböztesse, a nehezebb fémek pedig a középpontba süllyedtek. Amikor ez a szülő test összetört egy későbbi ütközésben, a mag töredékei fémekben gazdagok voltak. Még egy 1 kilométeres M típusú aszteroidában is elég fém van ahhoz, hogy a belátható jövőben vasat és sok más ipari fémet szállítson a világnak, ha biztonságosan Eljuttathatnánk a földre.

az M-típusú kisbolygók mellett néhány más kisbolygó is a korai felmelegedés és a differenciálódás jeleit mutatja. Ezek olyan bazaltos felületekkel rendelkeznek, mint a hold és a Mars vulkáni síksága; a Vesta (egy pillanat alatt tárgyalt) nagy aszteroida ebben az utolsó kategóriában van.

az aszteroidák különböző osztályai a naptól eltérő távolságra találhatók (2.ábra). Annak nyomon követésével, hogy az aszteroida kompozíciók hogyan változnak a Naptól való távolsággal, rekonstruálhatjuk annak a nap-ködnek néhány tulajdonságát, amelyből eredetileg alakultak ki.

2. ábra: Ahol különböző típusú aszteroidák találhatók. A különböző összetételű aszteroidák különböző távolságra vannak a naptól. Az S-type és a C-type egyaránt primitív; az M-type differenciált anyatestek magjaiból áll.

Vesta: a differenciált aszteroida

3. ábra: Vesta darab. Ezt a meteoritot (az űrből leesett sziklát) a Vesta aszteroida kéregéből származó vulkáni töredékként azonosították. (hitel: R. Kempton (New England meteorit Services) munkájának módosítása)

Vesta az egyik legérdekesebb aszteroida. A Nap körül kering egy 2.4 AU félnagy tengelyével az aszteroida öv belső részén. Viszonylag magas, csaknem 30% – os visszaverődése miatt a legfényesebb aszteroida, olyan fényes, hogy valójában látható a szabad szemmel, ha tudod, hol kell keresni. De a hírnév valódi állítása az, hogy felületét bazalt borítja, jelezve, hogy a Vesta egy differenciált tárgy, amelynek egykor vulkanikusan aktívnak kellett lennie, annak kis mérete ellenére (körülbelül 500 kilométer átmérőjű).

A Vesta felszínéről származó meteoritok (3.ábra), amelyeket úgy azonosítottak, hogy spektrumukat összehasonlították a Vestaéval, leszálltak a földre, és közvetlen laboratóriumi vizsgálatra állnak rendelkezésre. Így sokat tudunk erről az aszteroidáról. A láva korát, amelyből ezek a meteoritok származnak, 4,4-4-nél mérték.5 milliárd év, nem sokkal a naprendszer kialakulása után. Ez a kor összhangban van azzal, amit a Vesta vulkánjaira várhatunk; bármilyen folyamat is hevített egy ilyen kis tárgyat, valószínűleg intenzív és rövid életű volt. 2016-ban egy meteorit esett Törökországban, amelyet egy adott lávaárammal lehet azonosítani, amint azt a keringő Dawn űrhajó feltárta.

kisbolygók közelről

az 1995-ös Jupiterrel való találkozása előtt a Galileo űrszonda két főszíjas S-típusú kisbolygó, a Gaspra és az Ida közelében akart repülni. A Galileo kamera mind a hosszú, mind a rendkívül szabálytalan (egy kopott burgonyához hasonlító), mint egy katasztrofális ütközés töredékei (4.ábra).

4. ábra: Mathilde, Gaspra és Ida. Az első három aszteroida fényképezett űrhajó flybys, nyomtatott azonos méretű. A Gaspra és az Ida S-típusúak, és a Galileo űrszonda vizsgálta őket; a Mathilde C-típusú, és a közeli Shoemaker űrszonda flyby célpontja volt. (credit: modification of work by NEAR Project, Galileo Project, NASA)

a részletes képek lehetővé tették számunkra, hogy megszámoljuk a krátereket Gaspra és Ida-ra, és megbecsüljük, hogy felületük mennyi ideig volt kitéve ütközéseknek. A Galileo tudósai arra a következtetésre jutottak, hogy ezek az aszteroidák csak körülbelül 200 millió évesek (vagyis az ütközések, amelyek ezeket képezték, körülbelül 200 millió évvel ezelőtt zajlottak). A számítások azt sugallják, hogy egy Gaspra vagy Ida méretű aszteroida valamikor a következő milliárd évben újabb katasztrofális ütközésre számíthat, amely idő alatt megszakad, hogy még mindig kisebb töredékek újabb generációját képezze.

Az Ida Galileo flyby legnagyobb meglepetése egy hold felfedezése volt (amelyet akkoriban Dactylnek neveztek), az aszteroida körüli pályán (5.ábra). Bár csak 1.5 kilométer átmérőjű, kisebb, mint sok egyetemi campus, a Dactyl a tudósoknak valami mást nyújt, ami nem érhető el-az Ida tömegének és sűrűségének mérése a Kepler törvényei szerint. A hold körülbelül 100 kilométeres távolsága és körülbelül 24 órás orbitális periódusa azt jelzi, hogy az Ida sűrűsége körülbelül 2,5 g/cm3, amely megfelel a primitív sziklák sűrűségének. Ezt követően mind a nagy, látható fényű teleszkópok, mind a nagy teljesítményű bolygóradar számos más aszteroida holdat fedeztek fel, így most értékes adatokat gyűjthetünk az aszteroida tömegéről és sűrűségéről.

5. ábra: Ida és daktil. Az Ida aszteroidát és apró holdját, a Dactylt (a kis test jobbra) a Galileo űrszonda fényképezte le 1993-ban. A szabálytalan alakú Ida 56 kilométer a leghosszabb dimenziójában,míg a Dactyl körülbelül 1,5 kilométer. A színek fokozódtak ebben a képen; a szem számára minden aszteroida alapvetően szürke. (credit: modification of work by NASA / JPL)

By the way, Phobos and Deimos, the two small moons of Mars, are probably captured asteroids (Figure 6). Először 1977-ben a Viking orbiters, majd később a Mars Global Surveyor közelről tanulmányozta őket. Mindkettő szabálytalan, kissé hosszúkás, erősen létrehozott, hasonlít más kisebb aszteroidákra. Legnagyobb méretük körülbelül 26 kilométer, illetve 16 kilométer. A Jupiter és a Szaturnusz kis külső holdjait valószínűleg az elhaladó aszteroidák is elfogták, talán a Naprendszer történetének korai szakaszában.

6.ábra: Mars holdjai. A Mars két kis holdját, a) Phobost és b) Deimost Asaph Hall amerikai csillagász fedezte fel 1877-ben. A felületi anyagok vannak hasonló sok az aszteroidák a külső aszteroida-öv, ami a csillagászok úgy vélik, hogy a két hold lehet fogni aszteroidák. (a hitel: a NASA munkájának módosítása; B hitel: a NASA/JPL-Caltech/Arizonai Egyetem munkájának módosítása)

Az 1990-es évektől kezdve az űrhajók több további aszteroidát is alaposan megvizsgáltak. A közeli föld aszteroida Rendezvous (NEAR) űrhajó pályára lépett az S-típusú aszteroida Eros körül, ennek az aszteroidának ideiglenes holdjává vált. Az Eros felé vezető úton a közeli űrhajót Eugene Shoemaker bolygógeológus után nevezték át, aki úttörő szerepet játszott a kráterek és a becsapódások megértésében.

egy évig a Közel-Cipész űrhajó különböző magasságokban keringett a kis aszteroida körül, mérve annak felületét és belső összetételét, valamint minden oldalról feltérképezte az Erókat(7. ábra). Az adatok azt mutatták, hogy az Eros a naprendszer kémiailag legprimitívebb anyagaiból készül. Számos más aszteroidát fedeztek fel, amelyek lazán kötött törmelékből készültek, de nem Eros. Egységes sűrűsége (nagyjából megegyezik a földkéregével) és kiterjedt globális méretű barázdái és gerincei azt mutatják, hogy repedt, de szilárd kőzet.

7. ábra: Eros Északi pólusára nézve. Ezt a nézetet a 200 kilométer magasságból vett aszteroida hat képéből készítették. A tetején lévő nagy krátert Psyche-nek (a klasszikus mitológiában Eros szeretője után) nevezték el, körülbelül 5, 3 kilométer széles. A nyereg alakú régió közvetlenül alatta látható. Különböző méretű kráterek láthatók. (hitel: a NASA / JHUPL munkájának módosítása)

az Eros jó mennyiségű laza felületi anyaggal rendelkezik, amely úgy tűnik, hogy lecsúszott az alacsonyabb emelkedések felé. Egyes helyeken a felszíni törmelékréteg 100 méter mély. A laza talaj tetejét szétszórt, félig eltemetett sziklák tarkítják. Olyan sok ilyen sziklák, hogy azok több, mint a kráterek. Természetesen, mivel a gravitáció ilyen alacsony ezen a kis világon, egy látogató űrhajós találna laza sziklák gördülő felé elég lassan, és könnyen ugrás elég magas ahhoz, hogy elkerüljék, hogy elütötte egy. Bár a Közel-Shoemaker űrszondát nem landerként építették, 2000-es orbitális küldetésének végén óvatosan leeshetett a felszínre, ahol még egy hétig folytatta kémiai elemzését.

2003-ban a japán Hayabusa 1 misszió nemcsak egy kis aszteroidát látogatott meg, hanem mintákat is hozott a földi laboratóriumokban való tanulmányozáshoz. A cél S-típusú aszteroida, Itokawa (a 8. ábrán látható) sokkal kisebb, mint az Eros, csak körülbelül 500 méter hosszú. Ez az aszteroida hosszúkás, és úgy tűnik, hogy két különálló aszteroida ütközésének eredménye régen. Szinte nincsenek ütköző kráterek, de rengeteg sziklák (mint egy halom törmelék) a felszínen.

8. ábra: Itokawa aszteroida. Úgy tűnik, hogy az Itokawa aszteroidának nincs krátere. A csillagászok feltételezték, hogy felszíne kőzetekből és jégdarabokból áll, amelyeket kis mennyiségű gravitáció tart össze, és belseje valószínűleg szintén hasonló törmelékhalom. (hitel: JAXA)

a Hayabusa űrhajót úgy tervezték, hogy ne szálljon le, hanem csak elég hosszú ideig érintse meg a felületet egy kis minta összegyűjtéséhez. Ez a trükkös manőver kudarcot vallott az első próbálkozásakor, amikor az űrhajó röviden felborult az oldalán. Végül a vezérlők sikeresen felvettek néhány szemnyi felszíni anyagot, és átvitték őket a visszatérő kapszulába.

9. ábra: Hayabusa Return. Ez a drámai kép azt mutatja, hogy a Hayabusa szonda felbomlik a visszatérés után. A visszatérő kapszula, amely a fő űrhajótól elválasztva ejtőernyővel a felszínre ereszkedett, a jobb alsó sarokban világít. (hitel: a NASA Ames/Jesse Carpenter/Greg Merkes munkájának módosítása)

a 2010-es visszatérés a Föld légkörébe Ausztrália felett látványos volt (9.ábra), az űrhajó tüzes felbomlásával, míg egy kis visszatérő kapszula sikeresen ejtőernyőzött a felszínre. Több mint ezer apró porrészecske gondos kitermelése és tanulmányozása megerősítette, hogy Itokawa felszínének összetétele hasonló a primitív meteoritok jól ismert osztályához. Úgy becsüljük, hogy a Hayabusa által felszedett porszemek körülbelül 8 millió évig voltak kitéve az aszteroida felszínén.

a legambiciózusabb aszteroida – űrmisszió (Dawn) körülbelül egy éve járja a két legnagyobb övbolygót, a Ceres-t és a Vesta-t (10.ábra). Nagy méretük (átmérője körülbelül 1000, illetve 500 kilométer) megfelelővé teszi őket a bolygókkal és a nagy holdakkal való összehasonlításhoz. Mindkét kiderült, hogy erősen kráterezett, utalva a felületek régi. A Vesta, most már tényleg megtalálta a nagy becsapódási kráterek, hogy kiadja a bazaltos meteoritok korábban azonosított, mint hogy az aszteroida. Ezek a kráterek olyan nagyok, hogy Vesta kéreg anyagának több rétegét mintavételezik.

10. ábra: Vesta és Ceres. A NASA Dawn űrszonda készítette ezeket a képeket a nagy aszteroidákról (a) Vesta és (b) Ceres. a) vegye figyelembe, hogy a Vesta nem kerek, mivel a Ceres (amely törpe bolygónak tekinthető). A hegy kétszerese a Mt. Az Everest a földön látható a Vesta kép alján. b) a Ceres képének színei eltúlzottak, hogy kiemeljék az összetételbeli különbségeket. Láthatjuk a fehér funkció Occator kráter közepén a kép. (a, b hitel: a NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA munkájának módosítása)

a Ceres-nek nem volt hasonló története az óriási hatásokról, így felületét kráterek borítják, amelyek jobban hasonlítanak a Hold-hegyvidékekhez. A Ceres nagy meglepetése a nagyon fényes fehér foltok jelenléte, amelyek elsősorban a nagy kráterek központi csúcsaihoz kapcsolódnak (11.ábra). A világos színű ásvány valamilyen só, amelyet akkor állítanak elő, amikor ezek a kráterek kialakultak, vagy később felszabadultak a belső térből.

11. ábra: fehér foltok egy nagyobb kráterben a Ceres-en. Úgy tűnik, hogy ezek a fényes tulajdonságok sólerakódások az Occator nevű Ceres-kráterben, amely 92 kilométer átmérőjű. (hitel: a NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA munkájának módosítása)

: egy köves vagy fémes tárgy kering a Nap körül, hogy kisebb, mint egy nagy bolygó, de azt mutatja, hogy nincs bizonyíték a légkör, vagy más típusú tevékenységhez kapcsolódó üstökösök

aszteroida-öv: a régióban a naprendszer között a pályája, a Mars, a Jupiter, amely a legtöbb aszteroidák találhatók; a fő öv, ahol a pályák általában a legtöbb stabil, kiterjeszti a 2.2-3.3 AU a Nap