Im 18. Jahrhundert führten Beobachtungen aller bekannten Planeten (Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter und Saturn) dazu, dass Astronomen ein Muster in ihren Bahnen erkennen. Dies führte schließlich zu dem Titus-Bode-Gesetz , die den Raum zwischen den Planeten vorhersagte. In Übereinstimmung mit diesem Gesetz schien zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter eine wahrnehmbare Lücke zu bestehen, und die Untersuchung führte zu einer wichtigen Entdeckung.
Neben mehreren größeren Objekten, die beobachtet wurden, bemerkten Astronomen unzählige kleinere Körper, die ebenfalls zwischen Mars und Jupiter kreisten. Dies führte zur Entstehung des Begriffs „Asteroid“ sowie des „Asteroidengürtels“, als klar wurde, wie viele es sind. Seitdem hat sich der Begriff in den allgemeinen Sprachgebrauch eingebürgert und ist zu einer tragenden Säule unserer astronomischen Modelle geworden.
Entdeckung:
Im Jahr 1800 rekrutierte der Astronom Baron Franz Xaver von Zach in der Hoffnung, das durch das Titius-Bode-Gesetz geschaffene Problem zu lösen, 24 seiner Astronomenkollegen in einen Club, der als „United Astronomical Society“ bekannt ist (manchmal auch als „Stellar Police“ bezeichnet). . Zu dieser Zeit gehörte auch der berühmte Astronom William Herschel, der in den 1780er Jahren Uranus und seine Monde entdeckt hatte.
Ironischerweise war der erste Astronom, der in dieser Region eine Entdeckung machte, Giuseppe Piazzi – der Lehrstuhl für Astronomie an der Universität von Palermo – der gebeten worden war, der Gesellschaft beizutreten, aber noch keine Einladung erhalten hatte. Am 1. Januar 1801 beobachtete Piazzi ein winziges Objekt in einer Umlaufbahn mit dem exakten Radius, der vom Titius-Bode-Gesetz vorhergesagt wurde.
Ceres (links, Dawn-Bild) im Vergleich zu Tethys (rechts, Cassini-Bild) bei vergleichbaren Maßstabsgrößen. Credits: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA und NASA/JPL-Caltech/SSI. Vergleich von J. Major.
Anfangs hielt er es für einen Kometen, aber laufende Beobachtungen zeigten, dass er kein Koma hatte. Dies veranlasste Piazzi zu der Annahme, dass das von ihm gefundene Objekt – das er „ Ceres “ nach der römischen Göttin der Ernte und Schutzpatronin Siziliens – könnte tatsächlich ein Planet sein. Fünfzehn Monate später entdeckte Heinrich Olbers (ein Mitglied der Gesellschaft) in derselben Region ein zweites Objekt, das später benannt wurde 2 Pallas .
Vom Aussehen her schienen diese Objekte nicht von Sternen zu unterscheiden. Selbst unter den höchsten Teleskopvergrößerungen lösten sie sich nicht in Scheiben auf. Ihre schnelle Bewegung deutete jedoch auf eine gemeinsame Umlaufbahn hin. Daher schlug William Herschel vor, sie in eine separate Kategorie namens „Asteroiden“ einzuordnen – griechisch für „sternförmig“.
Bis 1807 ergaben weitere Untersuchungen zwei neue Objekte in der Region, 3. Juni und 4 Vesta; und bis 1845, 5 Astraea wurde gefunden. Kurz darauf wurden immer schneller neue Objekte gefunden, und Anfang der 1850er Jahre wurde der Begriff „Asteroiden“ allmählich gebräuchlich. Ebenso der Begriff „Asteroidengürtel“, obwohl unklar ist, wer diesen speziellen Begriff geprägt hat. Der Begriff „Hauptgürtel“ wird jedoch häufig verwendet, um ihn vom Cooper Gürtel .
Bis Mitte 1868 waren einhundert Asteroiden geortet worden, und 1891 beschleunigte die Einführung der Astrofotografie durch Max Wolf die Entdeckungsrate noch weiter. Bis 1921 wurden insgesamt 1.000 Asteroiden gefunden, bis 1981 10.000 und bis 2000 100.000. Moderne Asteroiden-Vermessungssysteme verwenden heute automatisierte Mittel, um neue Kleinplaneten in immer größerer Menge zu lokalisieren.
Die Asteroiden des inneren Sonnensystems und Jupiter: Der donutförmige Asteroidengürtel befindet sich zwischen den Bahnen von Jupiter und Mars. Quelle: Wikipedia Commons
Struktur:
Trotz allgemeiner Wahrnehmung ist der Asteroidengürtel größtenteils leerer Raum, wobei die Asteroiden über ein großes Raumvolumen verteilt sind. Trotzdem sind derzeit Hunderttausende von Asteroiden bekannt, und die Gesamtzahl geht in die Millionen oder mehr. Von über 200 Asteroiden ist bekannt, dass sie einen Durchmesser von mehr als 100 km haben, und eine Untersuchung im Infrarot-Wellenlängenbereich hat gezeigt, dass der Asteroidengürtel 0,7 bis 1,7 Millionen Asteroiden mit einem Durchmesser von 1 km oder mehr aufweist.
Der zwischen Mars und Jupiter gelegene Gürtel reicht von 2,2 bis 3,2 Astronomischen Einheiten (AE) von der Sonne und ist 1 AE dick. Seine Gesamtmasse wird auf 2,8×10 . geschätzteinundzwanzigbis 3.2×10einundzwanzigKilogramm – das entspricht etwa 4% der Mondmasse. Die vier größten Objekte – Ceres, 4 Vesta, 2 Pallas und 10 Hygiene – machen die Hälfte der Gesamtmasse des Gürtels aus, fast ein Drittel davon allein auf Ceres.
Die Haupt- (oder Kern-)Population des Asteroidengürtels wird manchmal in drei Zonen unterteilt, die auf dem sogenannten basieren Kirkwood Lücken . Benannt nach Daniel Kirkwood, der 1866 die Entdeckung von Lücken im Abstand von Asteroiden ankündigte, beschreiben diese die Abmessungen der Umlaufbahn eines Asteroiden anhand seiner großen Halbachse.
Innerhalb dieses Schemas gibt es drei Zonen. Zone I liegt zwischen der 4:1-Resonanz- und der 3:1-Resonanz-Kirkwood-Lücke, die 2,06 bzw. 2,5 AE von der Sonne entfernt sind. Zone II setzt sich vom Ende von Zone I bis zur 5:2-Resonanzlücke fort, die 2,82 AE von der Sonne entfernt ist. Zone III erstreckt sich vom äußeren Rand von Zone II bis zur 2:1-Resonanzlücke bei 3,28 AE.
Der Asteroidengürtel kann auch in einen inneren und einen äußeren Gürtel unterteilt werden, wobei der innere Gürtel von Asteroiden gebildet wird, die näher am Mars kreisen als die 3:1 Kirkwood-Lücke (2,5 AE), und der äußere Gürtel, der von diesen Asteroiden näher an der Umlaufbahn des Jupiter gebildet wird.
Die Asteroiden mit einem Radius von 2,06 AE von der Sonne können als die innere Grenze des Asteroidengürtels angesehen werden. Störungen durch Jupiter schicken dort herumirrende Körper in instabile Umlaufbahnen. Die meisten Körper, die sich innerhalb des Radius dieser Lücke gebildet haben, wurden in der frühen Geschichte des Sonnensystems vom Mars (der ein Aphel bei 1,67 AU hat) mitgerissen oder von seinen Gravitationsstörungen ausgestoßen.
Die Temperatur des Asteroidengürtels variiert mit der Entfernung von der Sonne. Für Staubpartikel im Band reichen die typischen Temperaturen von 200 K (-73 °C) bei 2,2 AU bis 165 K (-108 °C) bei 3,2 AU. Aufgrund der Rotation kann die Oberflächentemperatur eines Asteroiden jedoch erheblich variieren, da die Seiten abwechselnd der Sonnenstrahlung und dann dem stellaren Hintergrund ausgesetzt sind.
Komposition:
Ähnlich wie die terrestrischen Planeten bestehen die meisten Asteroiden aus Silikatgestein, während ein kleiner Teil Metalle wie Eisen und Nickel enthält. Die restlichen Asteroiden bestehen aus einer Mischung dieser zusammen mit kohlenstoffreichen Materialien. Einige der weiter entfernten Asteroiden neigen dazu, mehr Eis und flüchtige Stoffe zu enthalten, zu denen auch Wassereis gehört.
Vesta, gesehen vom Hubble-Weltraumteleskop im Jahr 2007 (links) und aus nächster Nähe mit der Raumsonde Dawn im Jahr 2011. Hubble Credit: NASA, ESA und L. McFadden (University of Maryland). Dawn Credit: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA. Fotokombination: Elizabeth Howell
Der Hauptgürtel besteht hauptsächlich aus drei Kategorien von Asteroiden : C-Typ oder kohlenstoffhaltige Asteroiden; S-Typ oder Silikat-Asteroiden; und M-Typ oder metallische Asteroiden. Kohlenstoffhaltige Asteroiden sind kohlenstoffreich, dominieren die äußeren Regionen des Gürtels und umfassen über 75% der sichtbaren Asteroiden. Ihre Oberflächenzusammensetzung ähnelt der von kohlenstoffhaltigen Chondrit-Meteoriten, während ihre Spektren denen des frühen Sonnensystems ähnlich sind.
Asteroiden vom S-Typ (silikatreich) sind im inneren Bereich des Gürtels, innerhalb von 2,5 AE von der Sonne, häufiger. Diese bestehen typischerweise aus Silikaten und einigen Metallen, jedoch nicht aus einer signifikanten Menge kohlenstoffhaltiger Verbindungen. Dies deutet darauf hin, dass ihre Materialien im Laufe der Zeit erheblich verändert wurden, höchstwahrscheinlich durch Schmelzen und Umformen.
Asteroiden vom M-Typ (metallreich) machen etwa 10 % der Gesamtbevölkerung aus und bestehen aus Eisen-Nickel- und einigen Silikatverbindungen. Einige sollen aus den metallischen Kernen differenzierter Asteroiden stammen, die dann durch Kollisionen fragmentiert wurden. Innerhalb des Asteroidengürtels erreicht die Verteilung dieser Art von Asteroiden ihren Höhepunkt auf einer großen Halbachse von etwa 2,7 AE von der Sonne entfernt.
Es gibt auch die mysteriösen und relativ seltenen Asteroiden vom V-Typ (oder basaltischen). Diese Gruppe hat ihren Namen von der Tatsache, dass bis 2001 angenommen wurde, dass die meisten Basaltkörper im Asteroidengürtel vom Asteroiden Vesta stammen. Die Entdeckung basaltischer Asteroiden mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung legt jedoch einen anderen Ursprung nahe. Aktuelle Theorien zur Asteroidenbildung sagen voraus, dass es mehr Asteroiden vom V-Typ geben sollte, aber 99% der vorhergesagten fehlen derzeit.
Familien und Gruppen:
Ungefähr ein Drittel der Asteroiden im Asteroidengürtel sind Mitglieder einer Asteroidenfamilie . Diese basieren auf Ähnlichkeiten in Bahnelementen – wie etwa der großen Halbachse, Exzentrizität, Bahnneigungen und ähnlichen spektralen Merkmalen, die alle auf einen gemeinsamen Ursprung hinweisen. Dies hätte höchstwahrscheinlich zu Kollisionen zwischen größeren Objekten (mit einem mittleren Radius von ~10 km) geführt, die dann in kleinere Körper zerfielen.
Die Konzeption dieses Künstlers zeigt, wie Asteroidenfamilien entstehen. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech
Einige der bekanntesten Familien im Asteroidengürtel sind die Familien Flora, Eunomia, Koronis, Eos und Themis. Die Flora-Familie, eine der größten mit mehr als 800 bekannten Mitgliedern, könnte vor weniger als einer Milliarde Jahren aus einer Kollision entstanden sein. Diese Familie befindet sich im inneren Bereich des Gürtels und besteht aus Asteroiden des Typs S und macht etwa 4-5% aller Gürtelobjekte aus.
Die Eunomia-Familie ist eine weitere große Gruppe von S-Typ-Asteroiden, die ihren Namen von der griechischen Göttin Eunomia (Göttin des Rechts und der guten Ordnung) hat. Es ist die bekannteste Familie im mittleren Asteroidengürtel und macht 5% aller Asteroiden aus.
Die Koronis-Familie besteht aus 300 bekannten Asteroiden, von denen angenommen wird, dass sie vor mindestens zwei Milliarden Jahren durch eine Kollision entstanden sind. Der größte bekannte, 208 Lacrimosa , hat einen Durchmesser von etwa 41 km (25 mi), während weitere 20 weitere gefunden wurden, die einen Durchmesser von mehr als 25 km haben.
Die Familie Eos (oder Eoan) ist eine bekannte Familie von Asteroiden, die die Sonne in einer Entfernung von 2,96 – 3,03 AE umkreisen und vermutlich aus einer Kollision vor 1-2 Milliarden Jahren entstanden sind. Es besteht aus 4.400 bekannten Mitgliedern, die der Kategorie der S-Typ-Asteroiden ähneln. Die Untersuchung von Eos und anderen Familienmitgliedern im Infraroten zeigt jedoch einige Unterschiede zum S-Typ, weshalb sie eine eigene Kategorie (K-Typ-Asteroiden) haben.
Asteroiden, die wir aus der Nähe gesehen haben, zeigen kraterartige Oberflächen, die den meisten Kratern auf Kometen ähnlich sind, sich jedoch von denen unterscheiden. Bildnachweis: NASA
Die Asteroidenfamilie Themis befindet sich im äußeren Teil des Asteroidengürtels, in einer mittleren Entfernung von 3,13 AE von der Sonne. Diese Kerngruppe umfasst den Asteroiden 24 Themen (nach dem es benannt ist) und ist eine der bevölkerungsreichsten Asteroidenfamilien. Es besteht aus Asteroiden vom C-Typ mit einer Zusammensetzung, von der angenommen wird, dass sie der von kohlenstoffhaltigen Chondriten ähnlich ist, und besteht aus einem klar definierten Kern größerer Asteroiden und einer umgebenden Region kleinerer.
Der größte Asteroid, der ein echtes Familienmitglied ist, ist 4 Vesta. Es wird angenommen, dass sich die Vesta-Familie als Ergebnis eines kraterbildenden Einschlags auf Vesta gebildet hat. Ebenso die HED-Meteoriten möglicherweise auch von Vesta als Folge dieser Kollision entstanden sein.
Neben den Asteroidenkörpern enthält der Asteroidengürtel auch Staubbänder mit Partikelradien von bis zu einigen hundert Mikrometern. Dieses feine Material entsteht zumindest teilweise durch Kollisionen zwischen Asteroiden und durch den Aufprall von Mikrometeoriten auf die Asteroiden. Innerhalb des Asteroidengürtels wurden drei markante Staubbänder gefunden – die ähnliche Bahnneigungen wie die Asteroidenfamilien Eos, Koronis und Themis aufweisen – und daher möglicherweise mit diesen Gruppierungen in Verbindung gebracht werden.
Herkunft:
Ursprünglich wurde der Asteroidengürtel für die Überreste eines viel größeren Planeten gehalten, der die Region zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter besetzte. Diese Theorie wurde ursprünglich von Heinrich Olbders William Herschel als mögliche Erklärung für die Existenz von Ceres und Pallas vorgeschlagen. Diese Hypothese ist jedoch aus mehreren Gründen inzwischen in Ungnade gefallen.
Künstlerische Darstellung des frühen Sonnensystems, wo Kollisionen zwischen Teilchen in einer Akkretionsscheibe zur Bildung von Planetesimalen und schließlich Planeten führten. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech
Erstens wäre da die Energiemenge, die benötigt worden wäre, um einen Planeten zu zerstören, was atemberaubend gewesen wäre. Zweitens beträgt die Gesamtmasse des Gürtels nur 4% der des Mondes. Drittens weisen die erheblichen chemischen Unterschiede zwischen den Asteroiden nicht darauf hin, dass sie einst Teil eines einzigen Planeten waren.
Heute ist der wissenschaftliche Konsens, dass die Asteroiden nicht von einem Vorläuferplaneten fragmentiert, sondern Überbleibsel des frühen Sonnensystems sind, das hat nie einen Planeten gebildet . Während der ersten paar Millionen Jahre der Geschichte des Sonnensystems, als die gravitative Akkretion zur Bildung der Planeten führte, verschmolzen Materieklumpen in einer Akkretionsscheibe zu Planetesimalen. Diese wiederum kamen zusammen, um Planeten zu bilden.
Innerhalb der Region des Asteroidengürtels wurden Planetesimale jedoch zu stark durch die Gravitation des Jupiter gestört, um einen Planeten zu bilden. Diese Objekte würden weiterhin die Sonne umkreisen, gelegentlich kollidieren und kleinere Fragmente und Staub produzieren.
Während der frühen Geschichte des Sonnensystems sind die Asteroiden auch zu einem gewissen Grad geschmolzen, wodurch Elemente in ihnen teilweise oder vollständig nach Masse unterschieden werden können. Dieser Zeitraum wäre jedoch aufgrund ihrer relativ geringen Größe notwendigerweise kurz gewesen und endete wahrscheinlich vor etwa 4,5 Milliarden Jahren, in den ersten zehn Millionen Jahren der Entstehung des Sonnensystems.
Obwohl sie in die Frühgeschichte des Sonnensystems datiert werden, sind die Asteroiden (wie sie es heute sind) keine Proben seines ursprünglichen Selbst. Sie haben seit ihrer Entstehung eine beträchtliche Entwicklung durchgemacht, einschließlich interner Erwärmung, Oberflächenschmelzen durch Einschläge, Weltraumverwitterung durch Strahlung und Beschuss durch Mikrometeoriten. Daher wird angenommen, dass der Asteroidengürtel heute nur einen kleinen Bruchteil der Masse des Urgürtels enthält.
Computersimulationen vermuten, dass der ursprüngliche Asteroidengürtel so viel Masse wie die Erde enthalten haben könnte. Vor allem aufgrund von Gravitationsstörungen wurde das meiste Material eine Million Jahre nach seiner Entstehung aus dem Gürtel geschleudert und hinterließ weniger als 0,1% der ursprünglichen Masse. Die Größenverteilung des Asteroidengürtels soll seitdem relativ stabil geblieben sein.
Als sich der Asteroidengürtel zum ersten Mal bildete, bildeten die Temperaturen in einer Entfernung von 2,7 AE von der Sonne eine „Schneelinie“ unter dem Gefrierpunkt von Wasser. Im Wesentlichen konnten Planetesimale, die außerhalb dieses Radius gebildet wurden, Eis ansammeln, von denen einige möglicherweise bereitgestellt haben eine Wasserquelle der Ozeane der Erde (noch mehr als Kometen).
Erkundung:
Der Asteroidengürtel ist so dünn besiedelt, dass sich mehrere unbemannte Raumschiffe durch ihn bewegen konnten; entweder als Teil einer Langstreckenmission zum äußeren Sonnensystem oder (in den letzten Jahren) als Mission zur Untersuchung größerer Asteroidengürtel-Objekte. Tatsächlich wird die Wahrscheinlichkeit, dass eine Sonde auf einen Asteroiden trifft, aufgrund der geringen Materialdichte im Gürtel heute auf weniger als eins zu einer Milliarde geschätzt.
Künstlerisches Konzept der Raumsonde Dawn, die Vesta erreicht. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech
Die erste Raumsonde, die eine Reise durch den Asteroidengürtel machte, war die Pionier 10 Raumsonde, die am 16. Juli 1972 in die Region eindrang. Als Teil einer Mission zum Jupiter navigierte das Raumfahrzeug erfolgreich durch den Gürtel und führte einen Vorbeiflug an Jupiter durch (der im Dezember 1973 gipfelte), bevor es das erste Raumschiff wurde, das Fluchtgeschwindigkeit erreichte aus dem Sonnensystem.
Damals gab es Bedenken, dass die Schmutz würde eine Gefahr darstellen zumPionier 10Weltraumsonde. Aber seit dieser Mission passierten 11 weitere Raumschiffe ohne Zwischenfälle den Asteroidengürtel. Diese enthielten Pionier 11 , Voyager 1 und 2 , Ulysses , Galilei , IN DER NÄHE VON , Cassini , Sternenstaub , Neue Horizonte ,die ESAs Rosetta , und zuletzt die Dämmerung Raumfahrzeug.
Zum größten Teil waren diese Missionen Teil von Missionen zum äußeren Sonnensystem, bei denen die Gelegenheiten zum Fotografieren und Studieren von Asteroiden kurz waren. Nur derDämmerung,IN DER NÄHE VONund JAXA´s Hayabusa Missionen haben Asteroiden über einen längeren Zeitraum im Orbit und an der Oberfläche untersucht. Dawn erkundete Vesta von Juli 2011 bis September 2012 und umkreist derzeit Ceres (und sendet zurück viele interessante Bilder seiner Oberflächeneigenschaften).
Und eines Tages, wenn alles gut geht, könnte die Menschheit sogar in der Lage sein, damit anzufangen Abbau des Asteroidengürtels nach Ressourcen – wie Edelmetalle, Mineralien und flüchtige Stoffe. Diese Ressourcen könnten von einem Asteroiden abgebaut und dann im Weltraum zur In-situ-Nutzung verwendet werden (d. h. sie in Baumaterial und Raketentreibstoff verwandeln) oder zur Erde zurückgebracht werden.
Es ist sogar möglich, dass die Menschheit eines Tages größere Asteroiden besiedeln und Außenposten im gesamten Gürtel errichten könnte. In der Zwischenzeit gibt es noch viel zu erkunden und möglicherweise noch Millionen weiterer Objekte zu studieren.
Wir haben viele Artikel über den Asteroidengürtel für Universe Today geschrieben. Hier ist Woher kommen Asteroiden? , Warum der Asteroidengürtel Raumschiffe nicht bedroht , und Warum ist der Asteroidengürtel kein Planet? .
Stellen Sie außerdem sicher, dass Sie erfahren, welche Größter Asteroid im Sonnensystem , und über den nach ihm benannten Asteroiden Leonard Nimoy . Und hier ist 10 interessante Fakten über Asteroiden .
Wir haben auch viele interessante Artikel über die Mission der Raumsonde Dawn zu Vesta und Ceres , und Asteroidenabbau .
Um mehr zu erfahren, besuchen Sie Lunar and Planetary Science-Seite der NASA auf Asteroiden, und die Hubblesites Pressemitteilungen über Asteroiden .
Astronomy Cast auch einige interessante Episoden über Asteroiden, wie Folge 55: Der Asteroidengürtel und Folge 29: Asteroiden machen schlechte Nachbarn .
Quellen:
