Wissenschaftler haben das Glück, detaillierte Nahaufnahmen der erdnahen Asteroiden Bennu und Ryugu zu haben. Beide Asteroiden haben aus irgendeinem Grund eine Rautenform. Wieso den? Bisher war es ein Rätsel.
Nun hat sich ein Team von Wissenschaftlern der Frage angenommen und möglicherweise die Antwort gefunden.
Asteroiden sind ein fortlaufendes Studienziel für Wissenschaftler. Sie sind Überreste des ursprünglichen Sonnensystems, Material, das bei der Planetenentstehung nicht mitgerissen wurde. Die meisten von ihnen befinden sich weit draußen im Asteroidengürtel, wo sie schwer zu untersuchen sind.
Aber einige von ihnen sind dem Gürtel entkommen und kommen der Erde nahe. Diese erdnahen Asteroiden bieten Wissenschaftlern die besten Chancen, sie zu untersuchen. Raumschiffe wurden an beide geschickt Ryugu und Bestimmung Proben zu sammeln und sie zur Erde zurückzubringen. Dort untersuchten sowohl die japanische Raumsonde Hayabusa 2, die Ryugu besuchte, als auch OSIRIS-REx der NASA, die Bennu besuchte, ihre Asteroidenziele intensiv und sammelten detaillierte Bilder.
Beide sind Trümmerhaufen-Asteroiden, was bedeutet, dass sie aus Brocken kleineren Materials bestehen, die durch die Schwerkraft miteinander verbunden sind, und beide sind rautenförmig. Beide drehen sich auch schnell.
Die erdnahen Asteroiden Bennu (l) und Ryugu (r). Beide sind Trümmerhaufen-Asteroiden und beide sind rautenförmig. Bildnachweis Links: NASA/Goddard/University of Arizona – Public Domain. Bildnachweis rechts: Von ISAS/JAXA, CC BY 4.0
Eine Gruppe von Forschern des Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) und der Rutgers University hat ein Papier veröffentlicht, das die Rautenform der Asteroiden erklärt. Das Papier trägt den Titel „ Bennu und Ryugu: Diamanten am Himmel. “ Es ist in der Zeitschrift Granular Matter veröffentlicht. Der Hauptautor ist Dr. Tapan Sabuwala vom OIST.
Die Tatsache, dass sie nur lose zusammengehaltene kleinere Materialstücke sind, bedeutet, dass sie eher wie körnige Materie als größere, monolithische Gesteinsbrocken sind. Um sie und ihre Rautenform zu untersuchen, nutzte das Wissenschaftlerteam die granulare Physikmodellierung. In diesem Fall half ein Modell, wie Sandkörner fließen, die Diamantform zu erklären.
Dies ist nicht der erste Versuch, mithilfe von Modellen die Formen der Asteroiden zu verstehen. Diese Modelle verließen sich auf die Rotation, um die Form zu erklären, aber die Modelle hielten den Tests nicht stand.
„Frühere Modelle haben diese Rautenformen auf die durch die Rotation verursachten Kräfte zurückgeführt, die dazu führten, dass Material von den Polen zum Äquator getrieben wurde“, sagte Dr. Tapan Sabuwala, Hauptautor der Studie. „Aber als die Asteroiden mit diesen Modellen simuliert wurden, war die Form eher abgeflacht oder asymmetrisch als rautenförmig, also wussten wir, dass etwas nicht stimmte“, erklärt Dr. Sabuwala in a Pressemitteilung .
In der Pressemitteilung zur Studie wurde als Beispiel Sand verwendet, der durch einen Trichter fließt. Beim Einfüllen von Sand bildet er eine konische Form. Natürlich passiert auf einem Asteroiden viel mehr als auf einem einfachen Sandhaufen. Die Gravitationskräfte sind sehr unterschiedlich. „Wir mussten dies in unser Modell einbeziehen, neben der Tatsache, dass auch die Rotation des Asteroiden eine wichtige Rolle spielt“, sagte Dr. Sabuwala.
Auf der linken Seite ist ein Bild des Asteroiden 101955 Bennu zu sehen. Rechts ist eine modellierte Simulation aus der Studie zu sehen. Das Modell entspricht eindeutig der Rautenform des Asteroiden. Bildquelle: Sabuwala et al. 2021.
Dem Papier zufolge spielte die Zentrifugalkraft eine große Rolle bei Bennus und Ryugus Gestalt. In der Nähe der Pole der Asteroiden ist es schwächer, sodass sich dort mehr Material ansammelt. Das verleiht den Asteroiden ihr unverwechselbares Aussehen. „Wir zeigen, dass diese Akkumulation zu erhöhten Erhebungen an den Polen führt, während die Zentrifugalwanderung die Erhebungen am Äquator erhöht. Ohne diese Anhäufung fehlen den Polen die erhöhten Pole, die auf Ryugu und Bennu zu sehen sind“, schreiben die Autoren in ihrem Artikel.
Diese Arbeit weicht in einer anderen wichtigen Weise von früheren Modellen ab. Es zeigt, dass die Asteroiden keine andere Form hatten und dann allmählich rautenförmig wurden. Stattdessen bildete sich die Rautenform als sich der Asteroid bildete und sich Material ansammelte. Die Form der Asteroiden hat sich im Laufe der Zeit nur minimal verändert.
„Das Modell beruht auf dem Prinzip eines kritischen Schüttwinkels, der von fallenden Körnern angenommen wird, die auf sich drehenden Trümmerhaufen abgelagert werden. Da das Modell von der Ablagerung angetrieben wird, legen unsere Ergebnisse erstens nahe, dass Bennu und Ryugu ihre charakteristischen Formen zu einem frühen Zeitpunkt erhalten haben und zweitens, dass die anschließende Umformung durch andere Effekte … minimal sein kann“, schreiben sie in der Zusammenfassung des Papiers.
Als nächstes möchten die Forscher andere Schutthaufen-Asteroiden betrachten, die langsamer rotieren. Diese Arten von Asteroiden sollten eine eher kugelförmige Form haben, da die Zentrifugalkraft schwächer ist. Als sie die Rotationsrate in ihrer Modellierung reduzierten, war genau das das Ergebnis.
Als die Forscher die Rotationsgeschwindigkeit in den Modellen reduzierten, reduzierte dies die Zentrifugalkraft, was zu einer mehr kugelförmigen Form führte. Bildquelle: Sabuwala et al. 2021.
„Wir haben einfache Konzepte des Kornflusses verwendet, um zu erklären, wie diese Asteroiden ihre merkwürdigen Formen angenommen haben“, sagte Co-Autor Professor Chakraborty vom OIST. „Dass einfache Ideen komplexe Probleme beleuchten können, ist für uns vielleicht der schönste Aspekt dieser Arbeit.“
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