Die Umlaufbahn des Planeten Mars beherbergt die Überreste einer uralten Kollision, die viele seiner trojanischen Asteroiden hervorgebracht hat, so eine neue Studie.
Es zeichnet ein neues Bild davon, wie diese Objekte entstanden sind, und kann sogar wichtige Lehren für die Ablenkung von Asteroiden auf einem Kollisionskurs mit unserem eigenen Planeten enthalten. Die Ergebnisse sollen diese Woche auf der Jahrestagung der Abteilung für Planetenwissenschaften der American Astronomical Society in Denver von Dr. Apostolos Christou, einem Forschungsastronom am Armagh Observatory in Nordirland, Großbritannien, vorgestellt werden.
Trojanische Asteroiden oder "Trojaner" bewegen sich in Umlaufbahnen mit der gleichen durchschnittlichen Entfernung von der Sonne wie ein Planet. Dies scheint ein prekärer Zustand zu sein, da der Asteroid schließlich entweder auf die Planeten trifft oder von der Schwerkraft des Planeten auf eine völlig andere Umlaufbahn geschleudert wird.
Links: Die Pfade aller sieben Marsianer um L4 oder L5 (Kreuze) in einem Rahmen, der sich mit der durchschnittlichen Winkelgeschwindigkeit des Mars (rote Scheibe) um die Sonne (gelbe Scheibe) dreht. Eine vollständige Umdrehung um den entsprechenden Lagrange-Punkt dauert ungefähr 1.400 Jahre. Der gepunktete Kreis gibt die durchschnittliche Entfernung des Mars von der Sonne an. Rechts: Detail der linken Tafel (durch das gestrichelte Rechteck gekennzeichnet), die die Bewegung der sechs L5-Trojaner über 1.400 Jahre zeigt: 1998 VF31 (blau), Eureka (rot) und die in der neuen Arbeit identifizierten Objekte (gelb). Beachten Sie dessen Ähnlichkeit mit dem Pfad von Eureka. Die Scheiben geben die geschätzten relativen Größen der Asteroiden an. Bildnachweis: Apostolos Christou
Die solare und die planetare Schwerkraft verbinden sich jedoch so, dass 60 Grad vor und hinter der Umlaufbahn des Planeten dynamische „sichere Häfen“ entstehen. Die besondere Bedeutung dieser sowie von drei weiteren ähnlichen Stellen im sogenannten Dreikörperproblem hat der französische Mathematiker Joseph-Louis Lagrange aus dem 18. Jahrhundert herausgearbeitet. Ihm zu Ehren werden sie heute als Lagrange-Punkte bezeichnet. Der Punkt, der zum Planeten führt, wird als L4 bezeichnet. dass hinter dem Planeten als L5.
Obwohl nicht alle Trojaner für lange Zeiträume stabil sind, wurden fast 6.000 solcher Objekte in der Umlaufbahn von Jupiter und etwa 10 bei Neptune gefunden. Man geht davon aus, dass diese Daten aus den frühesten Zeiten des Sonnensystems stammen, als die Planeten noch nicht in ihrer Umlaufbahn waren und die Verteilung der kleinen Körper im Sonnensystem sehr unterschiedlich war als heute.
Von den inneren Planeten ist bekannt, dass nur der Mars stabile, langlebige trojanische Gefährten hat. Die erste, die 1990 in der Nähe von L5 entdeckt wurde und jetzt Eureka heißt, wurde später von zwei weiteren Asteroiden ergänzt, 1998 VF31 ebenfalls bei L5 und 1999 UJ7 bei L4. Im ersten Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts haben Beobachtungen ergeben, dass sie einen Durchmesser von wenigen Kilometern haben und in ihrer Zusammensetzung unterschiedlich sind. Eine von Hans Scholl vom Observatoire de Côte d'Azur (Nizza, Frankreich) durchgeführte Studie aus dem Jahr 2005 hat gezeigt, dass alle drei Objekte für das Zeitalter des Sonnensystems als Mars-Trojaner fortbestehen und sich mit den Jupiter-Trojanern messen. Im selben Jahrzehnt wurden jedoch keine neuen stabilen Trojaner entdeckt, was angesichts der sich ständig verbessernden Himmelsbedeckung und Empfindlichkeit von Asteroidenvermessungen merkwürdig ist.
Christou beschloss, nachzuforschen. Er durchsuchte die Minor Planet Center-Datenbank mit Asteroiden, kennzeichnete sechs weitere Objekte als potenzielle Marsianer-Trojaner und simulierte die Entwicklung ihrer Umlaufbahnen im Computer für einhundert Millionen Jahre. Er stellte fest, dass mindestens drei der neuen Objekte auch stabil sind. Er bestätigte auch die Stabilität eines Objekts, das ursprünglich von Scholl et al., DH47 aus dem Jahr 2001, betrachtet wurde, wobei eine viel bessere Startbahn verwendet wurde, die zu dieser Zeit verfügbar war. Das Ergebnis: Die Größe der bekannten Bevölkerung hat sich inzwischen von drei auf sieben mehr als verdoppelt.
Aber die Geschichte endet nicht dort. Alle diese Trojaner, bis auf einen, folgen dem Mars an seinem L5-Lagrange-Punkt. Außerdem gruppieren sich die Umlaufbahnen aller bis auf einen der sechs L5-Trojaner um Eureka. "Es ist nicht das, was man zufällig erwarten würde", sagt Christou. "Es gibt einen Prozess, der für das Bild verantwortlich ist, das wir heute sehen."
Eine von Christou vorgebrachte Möglichkeit ist, dass die ursprünglichen Marsianer-Trojaner mehrere zehn Kilometer breit waren, viel größer als die, die wir heute sehen. In diesem Szenario beschrieben in einem Artikel in der Mai 2013 Ausgabe von IkarusEine Reihe von Kollisionen zerbrach diese in immer kleinere Fragmente. Dieser „Eureka-Cluster“ - bezogen auf sein größtes Mitglied - ist das Ergebnis der jüngsten Kollision. Diese Hypothese erklärt nicht nur die beobachtete Verteilung der Umlaufbahnen, sondern auch, warum die neuen Objekte relativ klein sind und einen Durchmesser von einigen hundert Metern haben. Wie Christou erklärt: „Bei den früheren Kollisionen gehörten Objekte mit einer Größe von Kilometern zu den kleinsten produzierten Fragmenten und bewegten sich daher mit einer Geschwindigkeit von zehn bis hundert Metern pro Sekunde, die zu schnell war, um als Trojaner des Mars festgehalten zu werden.“ Für den Fall, dass sich das bildete Eureka-Cluster, die Energie der Kollision würde es nur ermöglichen, dass die Fragmente im Sub-km-Bereich mit einem Meter pro Sekunde oder weniger auseinander fliegen. Sie bleiben also nicht nur als Trojaner aktiv, sondern ihre Umlaufbahnen sind sich auch ziemlich ähnlich.
Christou weist darauf hin, dass es zwar alternative Möglichkeiten gibt, den Eureka-Cluster zu erstellen, Kollisionen jedoch allgemein als für viele andere ähnliche Gruppierungen oder „Familien“ von Asteroiden im Hauptgürtel verantwortlich angesehen werden. „Warum also nicht auch Marsianer-Trojaner? Kollisionen sind wie Steuern; Alle Asteroiden müssen sie erleiden. “Er hofft, dass seine Ergebnisse die Modellierer dazu motivieren werden, plausible Aufprallszenarien zu erarbeiten, und die Beobachter, nach verräterischen Anzeichen zu suchen, dass die bisher bekannten Mitglieder einen gemeinsamen Ursprung haben.
Unter der Annahme, dass die Kollisionshypothese den Test der Zeit besteht, bleibt uns noch das nächste Beispiel einer kollisionsabgeleiteten Gruppe von Asteroiden, die sich noch an ihren ursprünglichen Standorten befinden. Christou sagt voraus, dass weitere Untersuchungen des Clusters und der Mars-Trojaner im Allgemeinen viel darüber aussagen werden, wie sich kleine Asteroiden verhalten, wenn sie miteinander kollidieren.
Wissenschaftler, die versuchen, Kollisionen von Asteroiden mit einem Durchmesser von mehreren zehn bis mehreren hundert Kilometern im Hauptgürtel zu simulieren, haben eine Menge Daten, mit denen sie ihre Modelle vergleichen können. Dies gilt nicht für Einschläge auf kilometergroße Asteroiden und ihre noch kleineren Fragmente. Diese sind einfach zu schwach, um von Umfragen jetzt oder in naher Zukunft effizient erfasst zu werden.
Es ist wichtig zu verstehen, was unter diesen Bedingungen passiert, wenn wir jemals hoffen, mit Asteroiden in einem Kollisionskurs mit der Erde fertig zu werden. Das Ablenken eines solchen Objekts könnte eine schwierigere Aufgabe sein, als es auf den ersten Blick erscheint. Christou erklärt: „Wenn Sie Sprengstoff in der Nähe einsetzen, um ihn von seinem vorhergesagten Weg wegzuschieben, kann er möglicherweise auseinander brechen. Dadurch wird es zu einer kosmischen "Streubombe", die eine weitreichende Zerstörung auf unserem Planeten verursachen kann. "
Mars-Trojaner haben genau die richtige Größe, um als Meerschweinchen für solche Ablenkungsstrategien mit Brute-Force-Angriffen zu dienen. Tatsächlich wird unser Wissen über die Bevölkerung dank neuer Einrichtungen und Initiativen erheblich zunehmen. Dazu gehören Kanadas erdnaher Objektüberwachungssatellit, der europäische Himmelskartograph Gaia und die kürzlich in den USA reaktivierten Satelliten Wide Field Infrared Survey Explorer sowie das Panorama-Vermessungsfernrohr- und Rapid-Response-System und das Large Synoptic Survey Telescope.
Abschließend stellt Christou fest: „Die Zukunft sieht rosig aus. Anhand der neuen Daten sollten wir in der Lage sein, zu bestimmen, wie sich diese Asteroiden zusammengeschlossen haben, auch wenn das Kollisionsmodell am Ende nicht aufgeht. “Bis auf weiteres ist die Arbeit von Christou und den vielen anderen vor ihm gelungen Hervorhebung der marsianischen Trojaner-Regionen als einzigartige „natürliche Labors“, die Einblicke in Evolutionsprozesse gewähren, die bis heute die kleine Körperpopulation unseres Sonnensystems prägen.