asteroidivyöhyke

Asteroidien alkuperä: vain muutama isompi kappale

Su, 07/29/2018 - 18:28 Jarmo Korteniemi
Kuva: Don Davis

Suurin osa asteroideista ja meteoriiteista on peräisin vain kourallisesta muinoin hajonneita kappaleita, osoittaa tuore tutkimus. Löytö voi auttaa tunnistamaan uhkaavien asteroidien luonteen pelkän radan ja koon perusteella.

Aurinkokunnasta on tähän mennessä löydetty ja nimetty vajaa miljoona erilaista kappaletta. Suuri osa niistä on Marsin ja Jupiterin välisellä asteroidivyöhykkeellä kiertäviä asteroideja.

Lähes 150 000 asteroidia kuuluu "perheisiin", jonka jäsenillä on samankaltaiset radat ja (pinta)koostumus. Perheitä tunnetaan runsaat 120 kappaletta, ja niissä on jäseniä aina muutamasta lähes pariinkymmeneentuhanteen. Kunkin perheen alkuperänä on ollut yksi suurempi "esiäitinä" toiminut ja sittemmin hajonnut emokappale. Osa perheistä on vain muutamia miljoonia vuosia vanhoja.

Asteroidivyöhykkeellä kiertää kuitenkin vieläkin enemmän "perheettömiä" asteroideja, joiden alkuperä on askarruttanut tutkijoita pitkään. On ollut epäselvää, ovatko ne todella syntyneet yksinään, vai ovatko ne osia suuremmista perheistä. Kaoottinen törmäysten ja vuorovaikutusten sarja on häivyttänyt niiden historian hyvin.

Tuore tutkimus osoittaa, että "perheettömät" asteroidit eivät todennäköisesti olekaan orpoja, vaan niistä vähintään 85 % kuuluu viiteen jo tunnettuun perheeseen (Flora-, Vesta-, Nysa-, Polana- ja Eulalia-ryhmät). Loppujen alkuperä taas lienee muutamassa "haamuperheessä", joista ei ole enää selviä merkkejä. Tutkimus julkaistiin vastikään Nature Astronomy -lehdessä.

Tutkijat päätyivät tulokseen tarkastelemalla asteroidien ominaisuuksia uudella tavalla. He perehtyivät asteroidivyöhykkeen sisäosissa (2,1 - 2,5 astronomisen yksikön päässä Auringosta) kiertävien noin 200 000 asteroidin kokoihin ja ratoihin. Osoittautui, että mitä suurempi asteroidi on, sitä elliptisempi sen kiertorata on, ja sitä pienempi kallistus sen radalla on planeettojen ratatasoon verrattuna. Sama pätee myös asteroidiperheisiin - joista jokaisen voi myös tunnistaa näiden ominaisuuksien perusteella. Tutkimuksessa pystyttiin myös toteamaan jo alueelta tunnettujen 20 perheen keskinäiset sukulaisuudet.

Tutkijoiden mukaan ylivoimaisesti suurin osa "perheettömiltä" vaikuttavista asteroideista siis onkin vain maailmalle ajautuneita tai ajettuja "tuhlaajapoikia". Aiemmin niiden alkuperää ei ole tunnistettu, koska kaoottisesti pakkaa sekoittaneet törmäykset ja uudet hajoamiset ovat hajaannuttaneet perheiden jäseniä niin mittavasti.

Z. .Knezevic & A. Milani, 2005
96944 asteroidin radan eksentrisyys (eP) vs. inklinaatio (iP). Asteroidiperheet erottuvat tihentyminä. (Z. Knezevic & A. Milani, 2005)

Ainakin sisemmän asteroidivyöhykkeen alkuperä vaikuttaa siis olevan vain kourallisessa Aurinkokunnan alkuaikoina kokoon kyhäytyneessä suurehkossa "esiäidissä". Niiden hajotessa perheet lähtivät levittäytymään ja täyttämään seutua.

"En yllättyisi, vaikka lopulta pystyisimme jäljittämään kaikkien asteroidien alkuperät vain hyvin pieneen emokappaleiden joukkoon", kertoo tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja, emeritusprofessori Stanley Dermott Floridan yliopistosta:

Jos tulkinta osoittautuu oikeaksi, vaikutukset ovat suuret.

Tällöin olisi yhä ilmeisempää, että asteroidit tai oikeammin niiden emokappaleet syntyivät suurina ja protoplanetaarisen kiekon romahtaessa. Useat viimeaikaiset tutkimukset ovat vihjanneet juuri tähän suuntaan, mutta täyttä varmuutta asiasta ei ole ollut.

Samalla varmistuisi, että maahan pudonneet meteoriitit - asteroidien palaset - tulevat alunperin näistä suuremmista emokappaleista, ja moninaiset meteoriittiryhmät voitaisin ehkä lopulta yhdistää. Kenties meteoriittien jaottelu uudistuu jossain vaiheessa kuvaamaan emokappaletta, aluetta emokappaleen sisällä josta meteoriitti on peräisin, sekä kehitysvaihetta jossa kyseinen palanen on irronnut tuolta alueelta emostaan.

Löytö vaikuttanee myös tulevilta asteroiditörmäyksiltä suojautumiseen. Törmäävän asteroidin radan selvittyä pystyttäisiin päättelemään sen todennäköinen koostumus. Näin voitaisiin valita sopivin lähestymistapa törmäysuhan minimoimiseksi. Tiivis rauta-asteroidi kun vaatii erilaiset toimenpiteet kuin vaikkapa harvempi, lähinnä kivimurskasta koostuva kappale.

"Jos joku näistä joskus tulee kohti Maata ja haluamme poikkeuttaa sen rataa, meidän täytyy tietää mistä se on tehty", kuvailee Dermott.

Stanley Dermott tunnetaan myös empiirisen Dermottin lain keksijänä. Se osoittaa jättiläisplaneettojen suurten kuiden noudattavan tiettyä kaavaa. Se muistuttaa hyvin paljon planeettojen etäisyyksiä kuvaavaa Titus-Boden lakia.

Vaikka juuri julkaistu tutkimus vaikuttaakin luotettavalta, asia vaatii lisäselvityksiä. Asteroidiperheen jäsenet vaikuttavat olevan (ainakin pinnaltaan) keskenään jokseenkin samanlaista homogeenista ja differentioitumatonta materiaalia. Voivatko nykyisin niin moninaiset meteoriittityypit sittenkään olla peräisin vain muutamasta kappaleesta? Entäpä mistä emokappaleet aluperin hajoittaneet kappaleet tulivat - Aurinkokunnan ulko-osista, tai kenties jopa kauempaa?

Lähteet: Dermott ja kumpp.: "The common origin of family and non-family asteroids" (Nature Astronomy, 2018, maksumuurin takana); Novaković: "Tracing escapees from collisional families" (Nature Astronomy, 2018, maksumuurin takana); Floridan yliopiston tiedote; Morbidelli ja kumpp.: The Dynamical Evolution of the Asteroid Belt" (arXiv, 2015); Nesvorny, Broz & Carruba: Identification and Dynamical Properties of Asteroid Families (arXiv, 2016).

Otsikkokuva: Don Davis

Yleisimpien meteoriittien alkukoti

Pe, 08/07/2015 - 11:50 Markus Hotakainen

Yleisimmät maanpinnalle päätyvät avaruuden kivet eli meteoriitit ovat niin sanottuja H-kondriitteja. Niiden rakenne on kokkareinen, sillä niiden kiviaineessa on pieniä jyväsiä eli kondruuleja. H-etuliite tulee siitä, että kivessä on runsaasti rautaa.

Vuosikymmenten ajan tutkijat ovat yrittäneet selvittää, mistä H-kondriitit ovat peräisin. Avaruudessa vaeltavat kivenkappaleet eli meteoroidit ovat pirstaleita, jotka ovat syntyneet asteroidien törmäyksissä tai pienempien kappaleiden osuessa asteroideihin. 

H-kondriittien alkukotina on perinteisesti pidetty asteroidia nimeltä Hebe. Se löydettiin vuonna 1847 ja oli kuudes tunnettu asteroidi. Hebellä on läpimittaa 185 kilometriä eli se on varsin kookas, ja se kiertää Aurinkoa Marsin ja Jupiterin ratojen välissä sijaitsevan asteroidivyöhykkeen sisälaidalla.

Tuore tutkimus viittaa kuitenkin toisaalle. Tähtitieteilijät tekivät Havaijilla sijaitsevalla NASAn IRTF-infrapunakaukoputkella (Infrared Telescope Facility) havaintoja asteroidista, jonka luettelonimi on 2007 PA8. Se ohitti Maan marraskuussa 2012 vain noin 6,5 miljoonan kilometrin etäisyydeltä, joten tutkijat pääsivät selvittämään sen pinnan mineraalikoostumusta.

Havaintojen mukaan vajaan kahden kilometrin läpimittainen asteroidi muistuttaa koostumukseltaan läheisesti H-kondriitteja. Siten meteoriitit ovat peräisin asteroidista 2007 PA8 tai suuremmasta asteroidista, josta se on aikoinaan törmäyksen seurauksena irronnut.

2007 PA8 kuuluu lähiasteroideihin eli se kulkee aika ajoin melko läheltä Maata. Alkujaan se on kuitenkin lähtöisin asteroidivyöhykkeen ulko-osista. Loka–marraskuussa 2012 siitä tehtiin myös tutkahavaintoja, joiden perusteella se osoittautui muodoltaan epäsäännölliseksi kappaleeksi.

"Havaintomme, jonka mukaan tällaisella radalla kiertävän lähiasteroidin koostumus on samanlainen kuin H-kondriittien, viittaa siihen, että osa meteoriiteista ei ehkä olekaan lähtöisin Hebestä eivätkä ne ole peräisin asteroidivyöhykkeen sisälaidalta”, arvelee tutkimusryhmää johtanut Juan Sanchez.

"Samalla pystyimme yhdistämään H-kondriitit tiettyihin asteroidivyöhykkeen ulkolaidoilla kiertäviin asteroidiperheisiin. Tutkimuksemme mukaan 2007 PA8 on todennäköisesti peräisin Koronis-perheestä, joka saattaa olla myös joidenkin H-kondriittien alkukoti", Sanchez toteaa.

Koronis-perheeseen kuuluu esimerkiksi 60 kilometrin mittainen pitkulainen Ida-asteroidi, jota Jupiteria kohti matkannut Galileo-luotain tutki elokuussa 1993. Idalta löytyi pieni kuu, jolle annettiin nimeksi Dactyl.

Tutkimuksesta kerrottiin Planetary Science Instituten uutissivuilla ja se on julkaistu Astrophysical Journal -tiedelehdessä.

Kuva: NASA/JPL-Caltech

 

Huima video yli 100 000 asteroidista

To, 02/27/2014 - 13:47 Jarmo Korteniemi

Alex Parker on julkaissut huikaisevan videon asteroidivyöhykkeestä. Kalifornian yliopiston tähtitieteen laitoksella Berkeleyssä planeettatutkijana toimiva Parker on erikoistunut paitsi aurinkokunnan pienkappaleisiin, myös visualisoimaan tieteellistä dataa erittäin kauniisti.

Painted Stone: Asteroids in the Sloan Digital Sky Survey from Alex Parker on Vimeo.

Kolmiminuuttinen video kannattaa katsoa läpi ainakin kahdesti. Täydellä ruudulla. Ensin ihmetellen kauniista kokonaisuutta, sitten tarkastellen yksityiskohtia.

Väreillä on eroteltu erilaisia koostumuksia ja ns. asteroidiperheitä. Vestan "sukulaiset" näkyvät vihertävinä asteroidivyöhykkeen sisäosissa. Ulompana yleisimmät C-tyypin hiilipitoiset asteroidit ovat sinisiä ja Jupiterin Lagrangen pisteissä kiertävät troijalaiset punaisia. Parker on osoittanut tieteellisesti, että perheitä on lähes 40. Jokaiseen kuuluu vähintään sata asteroidia, jotka kaikki voidaan tunnistaa sekä radan että spektrin perusteella.

Simulaatiossa on mukana yli satatuhatta asteroidia. Tämä on kuitenkin vain noin viidennes juuri nyt virallisesti tunnistetuista 634504 pienkappaleesta*. Lisää löytyy koko ajan; luku on tässäkin kuussa kasvanut yli tuhannella. Asteroidien löytöhistoria on sekin varsin ällistyttävää katsottavaa.

* Suurin osa sijaitsee asteroidivyöhykkeellä, mutta osa löytyy kauempaa, jopa kaasuplaneettojen ratojen tuolta puolen.

Törmäyksiä loputtomassa tyhjyydessä

Onko asteroidivyöhykkeellä siis tungosta? Vaatiiko kivien välissä navigointi ilmiömäisiä refleksejä scifi-elokuvien toimintakohtausten tyyliin?

Star Wars -elokuvassa asteroidit ovat hyvin lähellä toisiaan.

Vastaus on ehdoton ei. Päinvastoin. Asteroidit on Parkerin videolla kuvattu suhteettoman suurina, koska muuten niitä ei voisi nähdä. Vaikka asteroideja olisi miljardi kertaa enemmän kuin simulaatiossa (eli noin 1014 kappaletta), niiden keskimääräinen välimatka olisi siltikin useita tuhansia kilometrejä, projisoituna ekliptikan tasoon. Todellisuudessa matkat ovat vieläkin suurempia, sillä radat ovat yleensä vielä kallistuneita tasoon nähden. Seudulle sattunut satunnainen matkailija joutuisi siis suunnittelemaan reittinsä erittäin tarkkaan, jotta onnistuisi edes näkemään jonkin asteroidin paljain silmin.

Mutta nuo ovat keskimääräisiä etäisyyksiä. Joskus asteroidit törmäävät, sekä toisiinsa että kuihin ja planeettoihin. Avaruusteleskooppi Hubble onnistui vuonna 2010 kuvaamaan asteroidin, joka oli hajonnut törmäyksessä. Aivan vastikään Kuuhun törmäsi pieni kappale, ja tasan vuosi sitten Venäjän Tseljabinskin yllä tuhoutui parikymmenmetrinen murikka aiheuttaen tuhoa ja kaaosta.

Siksipä Alex Parkerin videota katsellessa kannattaa kinnittää huomiota myös Maan radan ohittaviin asteroideihin. Se kolmanneksi pienin rinkula siinä keskellä. Ja samalla muistaa, että simulaatiossa on vain pieni osa asteroideista.

Yksikään tunnettu asteroidi ei ole lähitulevaisuudessa törmäämässä Maahan. Kaikkia asteroideja ei kuitenkaan tunneta - kenties ikinä. Ja tunnettujenkin radat ovat sen verran kaoottisia, että laskujen epävarmuus kasvaa mitä pidemmälle tulevaisuuteen mennään.

27.2.2014: Korjattu asteroidien välisten etäisyyksien kuvausta.