de asteroïden worden meestal gevonden in de Brede ruimte tussen Mars en Jupiter, een gebied in het zonnestelsel dat de asteroïdengordel wordt genoemd. Asteroïden zijn te klein om te zien zonder telescoop; de eerste werd pas in het begin van de negentiende eeuw ontdekt.in de late jaren 1700 waren veel astronomen op zoek naar een extra planeet die volgens hen zou moeten bestaan in de ruimte tussen de banen van Mars en Jupiter. De Siciliaanse astronoom Giovanni Piazzi dacht dat hij deze ontbrekende planeet had gevonden in 1801, toen hij de eerste planetoïde (of zoals het later “minor planet” werd genoemd) ontdekte die op 2,8 AE van de zon cirkelde. Zijn ontdekking, die hij Ceres noemde, werd snel gevolgd door de detectie van drie andere kleine planeten in soortgelijke banen.

Er was duidelijk geen enkele ontbrekende planeet tussen Mars en Jupiter, maar eerder een hele groep objecten, elk veel kleiner dan onze maan. (Een analoge ontdekking geschiedenis heeft zich afgespeeld in slow motion in het buitenste zonnestelsel. Pluto werd ontdekt voorbij Neptunus in 1930 en werd aanvankelijk een planeet genoemd, maar in het begin van de eenentwintigste eeuw werden verschillende andere soortgelijke objecten gevonden. We noemen ze nu allemaal dwergplaneten.)

in 1890 waren meer dan 300 van deze kleine planeten of asteroïden ontdekt door waarnemers met scherpe ogen. In dat jaar introduceerde Max Wolf in Heidelberg astronomische fotografie in de zoektocht naar asteroïden, waardoor de ontdekking van deze vage objecten sterk werd versneld. In de eenentwintigste eeuw gebruiken zoekers computergestuurde elektronische camera ‘ s, een nieuwe sprong in technologie. Meer dan een half miljoen asteroïden hebben nu welomlijnde banen.

asteroïden krijgen een getal (overeenkomend met de volgorde van ontdekking) en soms ook een naam. Oorspronkelijk werden de namen van asteroïden gekozen uit godinnen in de Griekse en Romeinse mythologie. Na uitputting van deze en andere vrouwelijke namen (met inbegrip van, later, die van echtgenoten, vrienden, bloemen, steden, en anderen), astronomen wendde zich tot de namen van collega ‘ s (en andere mensen van eer) die ze wilden eren. Bijvoorbeeld, asteroïden 2410, 4859, en 68448 worden genoemd Morrison, Fraknoi, en Sidneywolff, voor de drie oorspronkelijke auteurs van dit leerboek.

De grootste asteroïde is Ceres (genummerd 1), met een diameter van iets minder dan 1000 kilometer. Zoals we zagen, werd Ceres beschouwd als een planeet toen het werd ontdekt, maar later werd genoemd een asteroïde (de eerste van vele.) Nu is het opnieuw ingedeeld en wordt het beschouwd als een van de dwergplaneten, zoals Pluto (zie het hoofdstuk over manen, ringen en Pluto). We vinden het echter nog steeds handig om Ceres te bespreken als de grootste van de asteroïden. Twee andere asteroïden, Pallas en Vesta, hebben een diameter van ongeveer 500 kilometer, en ongeveer 15 meer zijn groter dan 250 kilometer (zie Tabel 1). Het aantal asteroïden neemt snel toe met afnemende grootte; er zijn ongeveer 100 keer meer objecten 10 kilometer breed dan er zijn 100 kilometer breed. In 2016 zijn bijna een miljoen asteroïden ontdekt door astronomen.

de asteroïden draaien allemaal rond de zon in dezelfde richting als de planeten, en de meeste van hun banen liggen in de buurt van het vlak waarin de aarde en andere planeten cirkelen. De meeste asteroïden bevinden zich in de asteroïdengordel, het gebied tussen Mars en Jupiter dat alle asteroïden bevat met een baanperiode tussen 3,3 en 6 jaar (figuur 1). Hoewel meer dan 75% van de bekende asteroïden in de gordel zitten, zijn ze niet dicht op elkaar geplaatst (zoals ze soms in sciencefictionfilms worden afgebeeld). Het volume van de band is eigenlijk erg groot, en de typische afstand tussen objecten (tot 1 kilometer groot) is enkele miljoenen kilometer. (Dit was gelukkig voor ruimtevaartuigen als Galileo, Cassini, Rosetta, en New Horizons, die nodig waren om te reizen door de asteroïdengordel zonder een botsing.)

figuur 1: asteroïden in het zonnestelsel uitgezet. Dit computergegenereerde diagram toont de posities van de asteroïden die in 2006 bekend waren. Als de grootte van de asteroïde op schaal zou worden getekend, zou geen van de stippen die een asteroïde voorstellen zichtbaar zijn. Hier zijn de asteroïde stippen te groot en geven een valse indruk van hoe druk de asteroïdengordel eruit zou zien als je erin zat. Merk op dat naast die in de asteroïdengordel, er ook asteroïden zijn in het binnenste zonnestelsel en sommige langs de baan van Jupiter (zoals de Trojaanse en Griekse groepen), gecontroleerd door de zwaartekracht van de reuzenplaneet.

toch zijn er gedurende de lange geschiedenis van ons zonnestelsel een groot aantal botsingen geweest tussen de asteroïden zelf. In 1918 ontdekte de Japanse astronoom Kiyotsugu Hirayama dat sommige asteroïden vallen in families, groepen met vergelijkbare orbitale kenmerken. Hij veronderstelde dat elke familie het gevolg kan zijn van het uiteenvallen van een groter lichaam of, waarschijnlijker, van de botsing van twee asteroïden. Kleine verschillen in de snelheid waarmee de verschillende fragmenten de aanvaringsscène verlieten, verklaren de kleine spreiding in banen die nu wordt waargenomen voor de verschillende asteroïden in een bepaalde familie. Er bestaan Enkele tientallen van zulke families, en waarnemingen hebben aangetoond dat individuele leden van de meeste families vergelijkbare samenstellingen hebben, zoals we zouden verwachten als ze fragmenten waren van een gemeenschappelijke ouder.

Samenstelling en classificatie

asteroïden zijn even verschillend als zwart-wit. De meerderheid is zeer donker, met een reflectiviteit van slechts 3 tot 4%, als een brok steenkool. Een andere grote groep heeft echter een typische reflectiviteit van 15%. Om meer te begrijpen over deze verschillen en hoe ze gerelateerd zijn aan de chemische samenstelling, bestuderen astronomen het spectrum van het licht dat wordt gereflecteerd door asteroïden voor aanwijzingen over hun samenstelling.

De donkere asteroïden blijken uit spectrale studies primitieve lichamen te zijn (die welke chemisch weinig veranderd zijn sinds het begin van het zonnestelsel) samengesteld uit silicaten gemengd met donkere, organische koolstofverbindingen. Deze zijn bekend als C-type asteroïden (“C” voor koolstofhoudend). Twee van de grootste asteroïden, Ceres en Pallas, zijn primitief, net als bijna alle asteroïden in het buitenste deel van de gordel.

De op een na meest bevolkte groep zijn de asteroïden van het S-type, waarbij “S” staat voor een stenige of silicaatsamenstelling. Hier ontbreken de donkere koolstofverbindingen, wat resulteert in een hogere reflectiviteit en duidelijkere spectrale signaturen van silicaatmineralen. De asteroïden van het S-type zijn ook chemisch primitief, maar hun verschillende samenstelling geeft aan dat ze waarschijnlijk op een andere plaats in het zonnestelsel zijn gevormd dan de asteroïden van het C-type.

asteroïden van een derde klasse, veel minder talrijk dan die van de eerste twee, zijn voornamelijk samengesteld uit metaal en worden M-type asteroïden (“m” voor metaal) genoemd. Spectroscopisch is de identificatie van metaal moeilijk, maar voor tenminste de grootste M-type asteroïde, Psyche, is deze identificatie bevestigd door radar. Aangezien een metalen asteroïde, zoals een vliegtuig of schip, een veel betere reflector van de radar is dan een steenachtig object, lijkt Psyche helder wanneer we een radarstraal op hem richten.

hoe zijn zulke metalen asteroïden ontstaan? We vermoeden dat elk van een moederlichaam kwam groot genoeg voor zijn gesmolten interieur om zich te vestigen of te differentiëren, en de zwaardere metalen zonken naar het centrum. Toen dit moederlichaam in een latere botsing verbrijzelde, waren de fragmenten uit de kern rijk aan metalen. Er is genoeg metaal in zelfs een 1 kilometer M-type asteroïde om de wereld te voorzien van ijzer en vele andere industriële metalen voor de nabije toekomst, als we er een veilig naar de aarde kunnen brengen.

naast de M-type asteroïden vertonen enkele andere asteroïden tekenen van vroege verhitting en differentiatie. Deze hebben basaltische oppervlakken zoals de vulkanische vlakten van de Maan en Mars; de grote asteroïde Vesta (besproken in een moment) is in deze laatste categorie.

de verschillende klassen van asteroïden worden gevonden op verschillende afstanden van de zon (Figuur 2). Door na te gaan hoe asteroïdencomposities variëren met de afstand tot de zon, kunnen we enkele eigenschappen reconstrueren van de zonnenevel waaruit ze oorspronkelijk zijn gevormd.

Figuur 2: Waar verschillende soorten asteroïden worden gevonden. Asteroïden van verschillende samenstelling worden verdeeld op verschillende afstanden van de zon. Het S-type en het C-type zijn beide primitief; het M-type bestaat uit kernen van gedifferentieerde ouderlichamen.

Vesta: een gedifferentieerde asteroïde

Figuur 3: Stuk Vesta. Deze meteoriet (gesteente dat uit de ruimte viel) is geïdentificeerd als een vulkanisch fragment van de korst van asteroïde Vesta. (credit: modification of work by R. Kempton (New England Meteoritical Services))

Vesta is een van de interessantste asteroïden. Hij draait om de zon met een halve hoofdas van 2,4 AE in het binnenste deel van de asteroïdengordel. Zijn relatief hoge reflectiviteit van bijna 30% maakt hem de helderste asteroïde, zo helder dat hij zichtbaar is voor het blote oog als je precies weet waar je moet kijken. Maar zijn echte aanspraak op roem is dat zijn oppervlak bedekt is met basalt, wat aangeeft dat Vesta een gedifferentieerd object is dat ooit vulkanisch actief moet zijn geweest, ondanks zijn kleine omvang (ongeveer 500 kilometer in diameter).

meteorieten van Vesta ‘ s oppervlak( Figuur 3), geïdentificeerd door vergelijking van hun spectra met die van Vesta zelf, zijn op aarde geland en zijn beschikbaar voor direct onderzoek in het laboratorium. We weten dus veel over deze asteroïde. De leeftijd van de lavastromen waaruit deze meteorieten zijn afgeleid is gemeten op 4,4 tot 4.Vijf miljard jaar, heel snel na de vorming van het zonnestelsel. Dit tijdperk is in overeenstemming met wat we zouden verwachten voor vulkanen op Vesta; welk proces zo ‘ n klein object verwarmde was waarschijnlijk intens en van korte duur. In 2016 viel een meteoriet in Turkije die geïdentificeerd kon worden met een bepaalde lavastroom zoals onthuld door het omcirkelende Dawn ruimtevaartuig.

asteroïden van dichtbij

Op weg naar zijn ontmoeting met Jupiter in 1995 werd het Galileo-ruimtevaartuig gericht op het vliegen in de buurt van twee asteroïden van het S-type, Gaspra en Ida. De Galileo-camera onthulde zowel zo lang als zeer onregelmatig (gelijkend op een gehavende aardappel), zoals dat past bij fragmenten van een catastrofale botsing (Figuur 4).

Figuur 4: Mathilde, Gaspra en Ida. De eerste drie asteroïden gefotografeerd vanaf ruimtevaartuigen flybys, afgedrukt op dezelfde schaal. Gaspra en Ida zijn van het S-type en werden onderzocht door het Galileo-ruimtevaartuig; Mathilde is van het C-type en was een vliegend doelwit voor het bijna-Shoemaker-ruimtevaartuig. (credit: modification of work by NEAR Project, Galileo Project, NASA)

dankzij de gedetailleerde beelden konden we de kraters op Gaspra en Ida tellen en een schatting maken van de tijd dat hun oppervlakken aan botsingen zijn blootgesteld. De wetenschappers van Galileo concludeerden dat deze asteroïden slechts ongeveer 200 miljoen jaar oud zijn (dat wil zeggen dat de botsingen die ze vormden ongeveer 200 miljoen jaar geleden plaatsvonden). Berekeningen suggereren dat een asteroïde ter grootte van Gaspra of Ida ergens in de komende miljard jaar nog een catastrofale botsing kan verwachten, op welk moment Hij zal worden verstoord om een nieuwe generatie van nog kleinere fragmenten te vormen.de grootste verrassing van de Galileo flyby van Ida was de ontdekking van een maan (die toen Dactyl heette), in een baan om de asteroïde (Figuur 5). Hoewel slechts 1.Dactyl heeft een diameter van 5 kilometer, kleiner dan veel universiteitscampussen, en biedt wetenschappers iets buiten hun bereik—een meting van de massa en dichtheid van Ida met behulp van de wetten van Kepler. De afstand van de maan van ongeveer 100 kilometer en de omlooptijd van ongeveer 24 uur geven aan dat Ida een dichtheid heeft van ongeveer 2,5 g/cm3, wat overeenkomt met de dichtheid van primitieve rotsen. Vervolgens hebben zowel grote telescopen met zichtbaar licht als krachtige planetaire radar vele andere asteroïde manen ontdekt, zodat we nu in staat zijn om waardevolle gegevens te verzamelen over asteroïde massa ‘ s en dichtheden.

Figuur 5: Ida en Dactyl. De asteroïde Ida en zijn kleine maan Dactyl (het kleine lichaam rechts), werden gefotografeerd door het Galileo ruimtevaartuig in 1993. Onregelmatig gevormde Ida is 56 kilometer in zijn langste afmeting, terwijl Dactyl ongeveer 1,5 kilometer doorsnede heeft. De kleuren zijn geïntensiveerd in dit beeld; voor het oog zien alle asteroïden er in principe grijs uit. (credit: modification of work by NASA / JPL)

tussen haakjes, Phobos en Deimos, de twee kleine manen van Mars, zijn waarschijnlijk gevangen asteroïden (Figuur 6). Ze werden eerst van dichtbij bestudeerd door de Viking orbiters in 1977 en later door Mars Global Surveyor. Beide zijn onregelmatig, wat langwerpig en zwaar geschapen, gelijkend op andere kleinere asteroïden. Hun grootste afmetingen zijn respectievelijk ongeveer 26 kilometer en 16 kilometer. De kleine buitenste manen van Jupiter en Saturnus werden waarschijnlijk ook gevangen door passerende asteroïden, misschien vroeg in de geschiedenis van het zonnestelsel.

Figuur 6: manen van Mars. De twee kleine manen van Mars, (A) Phobos en (b) Deimos, werden in 1877 ontdekt door de Amerikaanse astronoom Asaph Hall. Hun oppervlaktematerialen zijn vergelijkbaar met veel van de asteroïden in de buitenste asteroïdengordel, wat astronomen doet geloven dat de twee manen asteroïden kunnen worden gevangen. (credit a: modification of work by NASA; credit b: modification of work by NASA / JPL-Caltech/University of Arizona)

vanaf de jaren 1990 hebben ruimtevaartuigen verschillende asteroïden van dichtbij bekeken. De Near Earth Asteroid Rendezvous (NEAR) ruimtevaartuig ging in een baan rond de S-type asteroã de Eros, en werd een tijdelijke maan van deze asteroã de. Op weg naar Eros werd het ruimteschip hernoemd naar planetaire geoloog Eugene Shoemaker, een pionier in ons begrip van kraters en inslagen.

gedurende een jaar draaide het bijna-Shoemaker-ruimtevaartuig op verschillende hoogtes om de kleine asteroïde, waarbij hij de samenstelling van het oppervlak en de binnenkant van de asteroïde meet en Eros van alle kanten in kaart brengt (Figuur 7). De gegevens toonden aan dat Eros gemaakt is van de meest chemisch primitieve materialen in het zonnestelsel. Verschillende andere asteroïden zijn onthuld als gemaakt van Los gebonden puin overal, maar niet Eros. Zijn uniforme dichtheid (ongeveer dezelfde als die van de aardkorst) en uitgebreide groeven en richels op wereldschaal laten zien dat het een gebarsten maar solide rots is.

Figuur 7: neerkijkend op de noordpool van Eros. Dit beeld is opgebouwd uit zes beelden van de asteroïde genomen vanaf een hoogte van 200 kilometer. De grote krater aan de top is Psyche genoemd (naar de Maagd die Eros’ geliefde was in de klassieke mythologie) en is ongeveer 5,3 kilometer breed. Direct daaronder is een zadelvormig gebied te zien. Kraters van verschillende afmetingen zijn zichtbaar. (credit: modification of work by NASA / JHUPL)

Eros heeft veel los oppervlaktemateriaal dat naar beneden lijkt te zijn gegleden naar lagere hoogtes. Op sommige plaatsen is de oppervlakte puin laag 100 meter diep. De top van losse grond is bezaaid met verspreide, half begraven keien. Er zijn zoveel van deze rotsblokken dat ze talrijker zijn dan de kraters. Natuurlijk, met de zwaartekracht zo laag op deze kleine wereld, een bezoekende astronaut zou losse keien rollen naar haar toe vrij langzaam en kon gemakkelijk springen hoog genoeg om te voorkomen dat geraakt door een. Hoewel de NEAR-Shoemaker ruimtevaartuig niet was gebouwd als een lander, aan het einde van zijn orbitale missie in 2000, werd het toegestaan om zachtjes naar de oppervlakte te vallen, waar het zijn chemische analyse nog een week voortgezet.in 2003 bezocht de Japanse Hayabusa 1-missie niet alleen een kleine asteroïde, maar bracht ze ook monsters mee voor onderzoek in laboratoria op aarde. De doel asteroïde van het S-type, Itokawa (afgebeeld in Figuur 8), is veel kleiner dan Eros, slechts ongeveer 500 meter lang. Deze asteroïde is langwerpig en lijkt het resultaat te zijn van de botsing van twee afzonderlijke asteroïden lang geleden. Er zijn bijna geen inslagkraters, maar een overvloed aan keien (zoals een stapel puin) op het oppervlak.

Figuur 8: asteroïde Itokawa. Het oppervlak van de asteroïde Itokawa lijkt geen kraters te hebben. Astronomen hebben de hypothese dat het oppervlak bestaat uit stenen en ijsblokjes die bij elkaar worden gehouden door een kleine hoeveelheid zwaartekracht, en het interieur is waarschijnlijk ook een soortgelijke puinhoop. (credit: JAXA)

het ruimtevaartuig Hayabusa was niet ontworpen om te landen, maar om het oppervlak net lang genoeg aan te raken om een klein monster te verzamelen. Deze lastige manoeuvre mislukte bij zijn eerste poging, met het ruimtevaartuig kort omvallen op zijn kant. Uiteindelijk waren de controleurs succesvol in het oppakken van een paar korrels oppervlaktemateriaal en het overbrengen van deze in de terugkeercapsule.

figuur 9: Hayabusa Return. Dit dramatische beeld laat zien dat de Hayabusa sonde breekt bij terugkeer. De retourcapsule, die zich van het grote ruimtevaartuig scheidde en naar het oppervlak parachuteerde, gloeit rechtsonder. (credit: modification of work by NASA Ames/Jesse Carpenter/Greg Merkes)

de terugkeer van 2010 in de atmosfeer boven Australië was spectaculair (figuur 9), met een vurige breuk van het ruimtevaartuig, terwijl een kleine terugkeercapsule met succes parachuteerde aan de oppervlakte. Maanden van zorgvuldige extractie en studie van meer dan duizend kleine stofdeeltjes bevestigden dat het oppervlak van Itokawa een samenstelling had die vergelijkbaar was met een bekende klasse van primitieve meteorieten. We schatten dat de stofkorrels die Hayabusa oppikte, ongeveer 8 miljoen jaar op het oppervlak van de asteroïde waren blootgesteld.

De meest ambitieuze planetoïde ruimtemissie (Dawn) heeft de twee grootste planetoïden in de hoofdgordel bezocht, Ceres en Vesta, die elk ongeveer een jaar in een baan om elkaar draaien (Figuur 10). Hun grote afmetingen (diameters van ongeveer 1000 en 500 kilometer, respectievelijk) maken ze geschikt voor vergelijking met de planeten en grote manen. Beide bleken zwaar in kratten te zitten, wat impliceert dat hun oppervlakken oud zijn. Op Vesta hebben we nu de grote inslagkraters gevonden die de basaltmeteorieten uitwerkten die eerder geïdentificeerd waren als afkomstig van deze asteroïde. Deze kraters zijn zo groot dat ze verschillende lagen van Vesta ‘ s korstmateriaal bemonsteren.

Figuur 10: Vesta en Ceres. De NASA Dawn ruimtesonde nam deze beelden van de grote asteroïden (a) Vesta en (B) Ceres. (A) merk op dat Vesta is niet rond, zoals Ceres (die wordt beschouwd als een dwergplaneet) is. Een berg tweemaal het hoogtepunt van Mt. De Everest op aarde is helemaal onderaan het Vesta-beeld te zien. (b) Het beeld van Ceres heeft zijn kleuren overdreven om verschillen in samenstelling naar voren te brengen. U kunt een wit kenmerk zien in de Occator Krater in de buurt van het midden van de afbeelding. (krediet a, b: modification of work by NASA / JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA)

Ceres heeft geen vergelijkbare geschiedenis van gigantische inslagen gehad, zodat het oppervlak bedekt is met kraters die meer lijken op die van de maanlanden. De grote verrassing bij Ceres is de aanwezigheid van zeer heldere witte vlekken, voornamelijk geassocieerd met de centrale toppen van grote kraters (Figuur 11). Het lichtgekleurde mineraal is een soort zout, ofwel geproduceerd toen deze kraters werden gevormd of vervolgens vrijgegeven uit het interieur.

Figuur 11: witte vlekken in een grotere Krater op Ceres. Deze heldere kenmerken lijken zoutafzettingen te zijn in een Ceres Krater genaamd Occator, met een doorsnede van 92 kilometer. (credit: modification of work by NASA / JPL-Caltech / UCLA/MPS/DLR / IDA)

verklarende woordenlijst

asteroïde: een stenen of metalen object rond de zon dat kleiner is dan een grote planeet, maar dat geen tekenen vertoont van een atmosfeer of van andere soorten activiteit geassocieerd met kometen

asteroïdengordel: het gebied van het zonnestelsel tussen de banen van Mars en Jupiter waarin de meeste asteroïden zich bevinden; de hoofdgordel, waar de banen over het algemeen het meest stabiel zijn, strekt zich uit van 2,2 tot 3,3 AE van de zon