En solcelledrevet asteroideplanteskole i kredsløb om Mars

Planeten Mars deler sin bane med en håndfuld små asteroider, de såkaldte trojanske heste. Blandt dem, man finder en unik gruppe, alle bevæger sig i meget lignende baner, tyder på, at de stammer fra det samme objekt. Men mekanismen, der producerede denne "familie", har været et mysterium. Nu, et internationalt hold af astronomer mener, at de har identificeret synderen:sollys. Deres resultater, som fremhæver, hvordan små asteroider nær Solen kan udvikle sig, skal præsenteres på det årlige møde for afdelingen for planetariske videnskaber i American Astronomical Society i Provo, Utah i denne uge, af Dr. Apostolos Christou, en forskningsastronom ved Armagh Observatory and Planetarium i Nordirland, Storbritannien og leder af forskerholdet.

Trojanske asteroider er fanget i gravitations "sikre tilflugtssteder" 60 grader foran og bagved planeten. Punktet, der fører planeten, er L4; at bagefter planeten er L5. Mars er den eneste jordiske planet kendt for at have trojanske ledsagere i stabile baner. Den første Mars Trojan, opdaget for over 25 år siden ved L5, blev navngivet "Eureka" med henvisning til det berømte udråb af den antikke græske matematiker Archimedes. Det nuværende tal er kun ti, men selv denne relativt sparsomme prøve viser interessant struktur, der ikke er set andre steder.

Til at begynde med, alle trojanske heste, gem en, følger efter Mars ved dets L5 Lagrange-punkt. Hvad mere er, banerne for alle på nær én af L5-trojanske heste danner en tæt gruppe med 2 km store Eureka som dets største medlem og inkluderer objekter så små som et par hundrede meter.

Holdet har arbejdet på at finde ud af, hvordan familien opstod. For eksempel, kollisioner, der fandt sted for hundreder af millioner af år siden, dannede lignende familier i asteroidebæltet mellem Mars og Jupiter. Men en virkningsoprindelse passer ikke helt med det, vi ved om disse trojanske heste. Som Christou påpeger:"Denne familie er utrolig kompakt. Kun de mildeste påvirkninger, med fragmenterne næsten ikke i stand til at undslippe Eurekas tyngdekraft, ville virke. Også, vi ved, at Yarkovsky-effekten, en lille acceleration drevet af absorberet og genudsendt sollys på asteroiden, ville få familiemedlemmer til at drive væk over omkring en milliard år. Hvad vores modeller viser, i stedet, er, at selv nedslag med lige nok energi til at bryde Eureka op er så sjældne, at de måske ikke sker over solsystemets alder."

Går et skridt tilbage, holdet tog derefter en anden tilgang, ser på Mars-trojanerne som helhed i stedet for at fokusere på familien. Fra dette perspektiv, manglen på en familie omkring de to tilbageværende Mars-trojanske heste, (101429) 1998 VF31 ved L5 og (121514) 1999 UJ7 ved L4 bliver et vigtigt spor til dette puslespil. Christou forklarer:"Disse to asteroider er i samme afstand fra Solen og af samme størrelse som Eureka, alligevel ser vi ikke asteroider gruppere sig i nærheden af ​​dem. Vi mener, at dette fortæller os noget om, hvordan familier kan eller ikke kan dannes i Mars' afstand fra Solen."

Det "noget" er meget sandsynligt rotationsfission, drevet af Yarkovsky-O'Keefe-Radzievskii-Paddack (YORP)-effekten - en søstereffekt til Yarkovsky, også drevet af sollys, men ændrer asteroidens rotation frem for kredsløbet. Dette får Eureka til at spinne op, til sidst gyder stykker af sig selv, der undslipper for at blive uafhængige asteroider, der kredser om Solen. Interessant nok, Eureka roterer en gang hver anden og en halv time, omtrent lige så hurtigt som en asteroide kan spinde uden at gå fra hinanden; og for nylig observerede holdet L4-asteroiden, 1999 UJ7, opdager, at den roterer 20 gange langsommere, eller en gang hver anden dag. Andre langsomt roterende asteroider af denne størrelse viser sig at være i en "tumbling" tilstand, hvor - i det mindste i teorien - YORP kan "slukke". UJ7 kan, derfor, simpelthen være ude af stand til at producere nye asteroider gennem fission.

Denne forklaring, imidlertid, virker ikke for 1998 VF31, den resterende trojan ved L5, som holdet fandt at rotere en gang hver 8. time, ikke langsomt nok til at forhindre YORP i at spinde den op til fissionspunktet. Men da vi ikke ser de nye asteroider, der skal ske noget med dem, efter de forlader VF31. For at finde ud af hvad, Christou kørte en computersimulering, efter virtuelle asteroiders eller kloners baner produceret af både VF31 og Eureka under Yarkovsky-effekten. Han opdagede, at der henviser til, at Eureka "afkom" overlever ved L5 i mere end en milliard år, VF31 sidder ved siden af ​​en dynamisk "flugtsluge", der tillader alle bits, der knækker af den, at undslippe inden for kun 200 til 300 millioner år. Så, svarende til vand, der løber ud af en ikke-tilsluttet håndvask, genstande, der adskilles fra VF31, ville flygte hurtigt, efterlader sin nærhed fri for asteroider. Resultatet:ingen familie.

I betragtning af de foreliggende beviser virker fissionshypotesen overbevisende, men Christou advarer om, at dette langt fra er en lukket sag; kun tid og mere arbejde vil vise, om konklusionen er korrekt. For at teste deres teori, de planlægger at lede efter svagere trojanske heste, 100 meter på tværs eller mindre. "Vi ser dem ikke i øjeblikket, men en dedikeret undersøgelse bør opdage dem. At finde mange små trojanske heste i nærheden af ​​Eureka, måske et par stykker i nærheden af ​​VF31, men ingen på UJ7 tyder kraftigt på, at vi fik det rigtigt."

Ultimativt, arbejdet kan have konsekvenser langt ud over løsningen af ​​dette lille puslespil. Tæt på solen, YORP-induceret fission - i det væsentlige virkningen af ​​sollys - kan være lige så vigtig for at drive asteroideudvikling som kollisioner. Ja, Christou spekulerer i, at hvis nogen stabile trojanske heste fra vores egen planet forlader os, YORP kan gøre dem til en kilde til nye jordnære objekter. "Men det er en anden historie", slutter han.