Die Daten der Gaia-Mission der Europäischen Weltraumorganisation ermöglichten die Erstellung eines detaillierten Katalogs der Asteroidenrotationen durch die Analyse ihrer Lichtkurven. Diese Lichtkurven messen die Helligkeitsschwankungen eines Asteroiden während seiner Rotation. Durch die Darstellung dieser Daten in einem Diagramm für Rotationsperiode/Durchmesser entdeckten die Forscher eine scharfe Grenze, die zwei verschiedene Asteroidenpopulationen voneinander trennt. Diese unerwartete Teilung hat die wissenschaftliche Gemeinschaft fasziniert und zu neuen Untersuchungen angeregt.
Das Team von Dr. Wen-Han Zhou, das hauptsächlich am Observatorium der Côte d'Azur in Frankreich angesiedelt ist, entwickelte ein innovatives Modell, das diese Trennung erklärt. Ihr Ansatz integriert zwei gegensätzliche Phänomene: Kollisionen im Asteroidengürtel, die die Rotation stören, und interne Reibung, die dazu neigt, die Bewegung zu stabilisieren. Kollisionen können dazu führen, dass Asteroiden in einen Zustand chaotischer Rotation, genannt "Tumbling", kippen, während die innere Reibung sie allmählich zu einer stabilen Rotation um eine einzige Achse zurückführt.
Die Anwendung von KI-Werkzeugen auf die Gaia-Daten bestätigte die Vorhersagen des Modells mit bemerkenswerter Genauigkeit. Die Asteroiden unterhalb der Trennlinie zeigen langsame und ungeordnete Rotationen mit Perioden unter 30 Stunden. Die darüber rotieren schneller und regelmäßiger.
Der Effekt des Sonnenlichts spielt ebenfalls eine entscheidende Rolle in dieser Dynamik. Für Asteroiden in stabiler Rotation erzeugt die Absorption und Wiederabstrahlung von Photonen einen konstanten Schub, der ihre Rotation allmählich beschleunigen oder verlangsamen kann. Im Gegensatz dazu wird dieser Schub bei Asteroiden in chaotischer Rotation neutralisiert, da verschiedene Teile der Oberfläche zufällig der Sonne ausgesetzt sind. Dieses Fehlen eines gerichteten Effekts hält die Asteroiden in einem Zustand langsamer und ungeordneter Rotation.
Diese Entdeckungen haben wichtige praktische Implikationen für die planetare Verteidigung. Das Verständnis des Zusammenhangs zwischen Rotation und innerer Struktur ermöglicht es, die mechanischen Eigenschaften von Asteroiden abzuleiten. Die Daten unterstützen das Bild von Asteroiden als "Rubble Piles" – schwach gebundene Trümmerhaufen mit vielen Hohlräumen, die von Regolith bedeckt sind. Diese Struktur beeinflusst direkt, wie ein Asteroid auf eine Ablenkungsmission wie DART der NASA reagieren würde.
Zukünftige Beobachtungen des Vera C. Rubin Observatory werden es ermöglichen, diese Methode auf Millionen von Asteroiden anzuwenden. Dieser Ansatz verspricht, unser Verständnis der Entwicklung und Zusammensetzung der kleinen Körper des Sonnensystems zu revolutionieren, während er gleichzeitig Informationen zum Schutz unseres Planeten vor potenziellen Einschlägen liefert.
Links: Beobachtungsdaten von Gaia, die die Verteilung der Asteroiden nach ihrer Rotationsperiode und ihrem Durchmesser zeigen. Die Asteroiden in chaotischer Rotation ("Tumblers") wurden mithilfe der LCDB-Datenbank identifiziert.
Rechts: Ergebnisse numerischer Simulationen, die diese Verteilung reproduzieren. Die grauen Linien zeigen eine deutliche Lücke in der Verteilung. Der YORP-Effekt: wie Sonnenlicht die Rotation von Asteroiden beeinflusst
Der YORP-Effekt (Yarkovsky-O'Keefe-Radzievskii-Paddack) beschreibt, wie die von einem Asteroiden abgegebene Wärmestrahlung seine Rotationsgeschwindigkeit verändern kann. Wenn die Oberfläche eines Asteroiden Sonnenlicht absorbiert, erwärmt sie sich und gibt diese Energie in Form von Infrarotstrahlung wieder ab.
Diese thermische Emission erzeugt einen winzigen, aber kumulativen Schub. Die unregelmäßige Form des Asteroiden bewirkt, dass dieser Schub nicht gleichmäßig verteilt ist, was ein resultierendes Drehmoment erzeugt, das die Rotation beschleunigen oder verlangsamen kann. Der Effekt ist besonders signifikant für kleine Asteroiden, deren Oberfläche im Verhältnis zu ihrer Masse groß ist.
Über Zeiträume von Millionen von Jahren kann der YORP-Effekt die Rotation eines Asteroiden radikal verändern. Er kann entweder seine Rotation synchronisieren oder sie im Gegenteil so stark beschleunigen, dass das Objekt durch Zentrifugalkraft auseinandergerissen wird.
Das Verständnis dieses Effekts ermöglicht es Astronomen, die thermische und Rotationsgeschichte von Asteroiden nachzuvollziehen und bietet Hinweise auf ihr Alter und ihre Entwicklung im Sonnensystem.
Die innere Struktur von Asteroiden: Haufen kosmischer Trümmer
Die Mehrheit der Asteroiden sind keine monolithischen Felsblöcke, sondern eher "Rubble Piles" – Ansammlungen von Fragmenten, die durch schwache Gravitation zusammengehalten werden. Diese besondere Struktur ist das Ergebnis von Milliarden Jahren aufeinanderfolgender Kollisionen, die die ursprünglichen Materialien zerbrachen und neu zusammensetzten.
Diese Haufen weisen eine bedeutende Porosität auf, mit bis zu 50 % Leerraum in ihrem Gesamtvolumen. Diese Struktur erklärt ihre niedrige durchschnittliche Dichte und ihr besonderes mechanisches Verhalten. Bei einem Aufprall wird die Energie absorbiert und durch das Netzwerk von Fragmenten verteilt, anstatt an einem Punkt konzentriert zu werden.
Die Oberfläche von Asteroiden ist normalerweise von einer Schicht Regolith bedeckt – einem feinen Staub, der durch kontinuierlichen Mikrometeoritenbeschuss entsteht. Diese Schicht kann auf den größeren Asteroiden mehrere Meter dick werden und verändert ihre thermischen und mechanischen Eigenschaften.
Das Verständnis dieser inneren Struktur ist wichtig für Weltraummissionen, die darauf abzielen, Asteroiden zu beproben oder abzulenken. Ein "Rubble Pile" wird anders auf einen Aufprall reagieren als ein fester Körper, was spezifische Ansätze für Operationen der planetaren Verteidigung erfordert.
Quelle: EPSC Abstracts