ESO kuvasi aurinkokuntamme suurimpia asteroideja

eso2114fi — Valokuvan julkistus — Pasi Nurmi

12. lokakuuta 2021

Tähtitieteilijät ovat kuvanneet 42 asteroidia, jotka ovat Marsin ja Jupiterin välisen asteroidivyöhykkeen suurimpia kohteita. Havainnot on tehty Euroopan eteläisen observatorion Chilessä sijaitsevalla Very Large Telescope (ESO:n VLT) kaukoputkella. Koskaan aiemmin näin suurta asteroidien joukkoa ei olla kuvattu yhtä tarkasti. Havainnot ovat paljastaneet, että kohteiden muodot ovat hyvin vaihtelevia pallomaisesta muodosta koiranluuta muistuttavaan muotoon. Havainnot auttavat tähtitieteilijöitä selvittämään aurinkokuntamme asteroidien alkuperää.

Asteroidit yhteiskuvassa. Kuva ESO.

Nämä yksityiskohtaiset kuvat 42:sta kohteesta ovat asteroiditutkimuksessa harppaus eteenpäin. Maanpäälliset teleskoopit ovat tehneet tämän mahdolliseksi, ja tutkimus on osaltaan vastannut perimmäiseen kysymykseen elämästä, maailmankaikkeudesta, ja kaikesta ^[1].

”Vain kolme suurta asteroidivyöhykkeen asteroidia on tähän mennessä kuvattu erittäin tarkasti: Ceres, Vesta ja Lutetia. Nasan avaruusluotaimet Dawn ja Rosetta sekä Euroopan avaruusjärjestö ovat vierailleet näissä kohteissa”, Pierre Vernazza, Laboratoire d'Astrophysique de Marseillesta Ranskasta, kertoi. Hän on johtanut Astronomy & Astrophysics -lehdessä tänään julkaistua asteroiditutkimusta. ”ESO-havaintomme ovat tuottaneet tarkkoja kuvia useista kohteista, joita on yhteensä 42.”

Aikaisempi yksityiskohtaisten asteroidihavaintojen pieni määrä tarkoitti sitä, että keskeiset ominaisuudet, kuten asteroidien 3D-muoto tai tiheys, olivat pääsääntöisesti tuntemattomia. Vernazza tutkimusryhmineen paikkasi vuosien 2017 — 2019 aikana tätä aukkoa tekemällä asteroidivyöhykkeen suurten asteroidien perusteellisen kartoituksen.

Suurin osa heidän 42:sta kohteestaan on kooltaan suurempia kuin 100 km. Tutkimusryhmä kuvasi erityisesti lähes kaikki asteroidivyöhykkeen asteroidit, jotka ovat suurempia kuin 200 kilometriä, joita 23:sta havaittiin 20. Tutkimusryhmän kaksi suurinta tutkimuskohdetta olivat Ceres ja Vesta, jotka ovat halkaisijaltaan noin 940 ja 520 kilometriä. Kaksi pienintä asteroidia olivat Urania ja Ausonia, joista kumpikin on vain noin 90 kilometriä.

Tutkimusryhmän rekonstruoitua kappaleiden muodot ryhmä ymmärsi, että havaitut asteroidit voidaan jakaa pääasiassa kahteen luokkaan. Jotkut ovat lähes täysin pallomaisia, kuten Hygiea ja Ceres, kun taas toisilla on erikoisempi, ”pitkulainen” muoto. Näiden kiistaton kuningatar on “koiranluu”-asteroidi Kleopatra.

Ceres ja Vesta ESOn VLT teleskoopilla kuvattuna. Molempia asteroideja on kuvattu luotaimista, mutta maanpinnalta niiden kuvaaminen on vaikeusasteeltaan selvästi vaativampi. Tällä tarkkuudella asteroideja ei ole aikaisemmin kuvattu ilmakehän läpi. Kuva ESO.

Yhdistämällä asteroidien muodot ja massat tiimi havaitsi, että tiheydet vaihtelivat merkittävästi koko otoksessa. Neljän vähiten tiheän asteroidin, kuten Lambertan ja Sylvian, tiheydet ovat noin 1,3 grammaa kuutiosenttimetrissä, joka vastaa suunnilleen hiilen tiheyttä. Suurimmat tiheydet, kuten Psychen ja Kalliopen, ovat vastaavasti 3,9 ja 4,4 grammaa kuutiosenttimetrissä, mikä ylittää timantin tiheyden (3,5 grammaa kuutiosenttimetrissä).

Suuri tiheysero viittaa siihen, että asteroidien koostumus vaihtelee merkittävästi, mikä antaa tähtitieteilijöille tärkeitä vihjeitä niiden alkuperästä. ”Havaintomme tukevat voimakkaasti ajatusta, että näiden kohteiden paikat ovat selvästi muuttuneet niiden muodostumisen jälkeen. Lyhyesti sanottuna tällainen valtava vaihtelu koostumuksessa voidaan ymmärtää vain, jos kappaleet ovat peräisin aurinkokunnan eri alueilta”, Josef Hanuš, Kaarlen yliopistosta Prahasta Tšekistä ja yksi tutkimuksen tekijöistä, sanoi. Tulokset tukevat erityisesti teoriaa, jonka mukaan vähiten tiheät asteroidit muodostuivat kaukaisilla alueilla Neptunuksen kiertoradan ulkopuolella ja siirtyivät sieltä nykyiselle paikalleen.

Ausonia ja Urania ovat pienimmät nyt kuvatut asteroidit. Kuva ESO.

Asteroidi havainnot olivat mahdollisia ESO:n VLT-laitteeseen asennetun Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE)-instrumentin herkkyyden ansiosta ^[2]. ”Aikaisempaa paremman SPHERE:n havaintotarkkuuden ansiosta, ja siitä, että asteroidivyöhykkeen suurien asteroidien muodoista oli aikaisemmin hyvin vähän tietoa, pystyimme merkittävästi edistämään tätä tutkimusalaa”, Laurent Jorda, yksi tutkimuksen kirjoittajista ja myös Laboratoire d'Astrophysique de Marseillesta, sanoi.

Tähtitieteilijät pystyvät havaitsemaan tarkasti vielä enemmän asteroideja tulevalla ESO:n Erittäin suurella kaukoputkella (ELT), jota parhaillaan rakennetaan Chilessä ja jonka on määrä aloittaa toimintansa myöhemmin tällä vuosikymmenellä. ”Tulevat ELT:n havainnot asteroidivyöhykkeen kohteista mahdollistavat läpimitaltaan 35 — 80 kilometrin suuruisten asteroidien havaitsemisen niiden sijainnista riippuen. Näissä voidaan havaita noin 10 — 25 kilometrin kokoisia kraattereita”, Vernazza sanoi. ”SPHERE:n kaltaisen instrumentin olemassaolo myös ELT:ssä antaisi meille mahdollisuuden kuvata samanlaisia kohteita jopa kaukaisessa Kuiperin vyöhykkeessä. Tämä tarkoittaa, että pystymme tutkimaan paljon suuremman joukon pieniä kappaleita ja niiden geologista historiaa maasta käsin.”

 

Huomautukset

[1] Douglas Adamsin Linnunradan käsikirja liftareille kirjassa numero 42 on vastaus ”elämän, maailmankaikkeuden ja kaiken äärimmäiseen kysymykseen”. Tänään 12. lokakuuta 2021 tulee kuluneeksi 42-vuotta kirjan julkaisusta.

[2] Kaikki havainnot on tehty Zürich IMaging POLarimeter (ZIMPOL)-laitteella, joka on näkyvillä aallonpituuksilla toimiva kuvantamispolarimetri ja osa SPHERE-instrumenttia.

Lisätietoa

Tämä tutkimus on esitelty Astronomy & Astrophysics lehdessä julkaistavassa artikkelissa (https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202141781).

Dawn-luotain asettui Ceresin kiertoradalle

Ceres maaliskuun 1. päivänä.
Kuva NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Nasan Dawn-luotain on asettunut kääpiöplaneetta Ceresiä kiertävälle radalle perjantaina (6.3.2015). Ceresin saavuttaminen vei luotaimelta 7,5 vuotta. Matka ei kuitenkaan ollut aivan suora, sillä luotain teki havaintoja Vesta-asteroidista vuosina 2011–2012. Vesta on kutakuinkin noin puolet Ceresin koosta ja ne ovat pääasteroidivyöhykkeen suurimmat kappaleet.

Maaliskuun 1. Päivänä luotaimen ottamissa kuvissa Ceres näkyy sirppinä. Kuvat on otettu 49 000 km etäisyydeltä. Kuvien erotuskyky on noin 2,9 km pikseliä kohti. Luotain sijaitsee tällä hetkellä Ceresin yö-puolella ja siitä syystä kääpiöplaneetta näkyy niissä aina vain kapenevana sirppinä. 

Täysin valaistuneen pinnan tutkijat odottavat olevan kuvattavissa muutaman viikon kuluttua huhtikuussa. Lähestymisrata on tavallista monimutkaisempi, joten se ottaa myös aikaa tavallista enemmän. Dawn-luotaimen lähestymisestä Nasa on julkaissut YouTubessa rataa havainnollistavan videon

https://www.youtube.com/watch?v=dtO9sck13WI

Dawn-luotain lähestyy Ceresiä

Dawn-luotaimen tuoreimmat kuvat Ceres-kääpiöplaneetasta.
Kuva Nasa/Dawn.

Nasan Dawn-luotain lähestyy kääpiöplaneetta Ceresiä. Luotain asettuu Ceresin kiertoradalle maaliskuun 6. Päivänä ja pysyttelee sillä ainakin heinäkuulle. Aikaisemmin Dawn-luotain oli asteroidi Vestan kiertoradalla neljäntoista kuukauden ajan heinäkuusta 2011 alkaen. Luotain lähetettiin pitkälle matkalleen syyskuussa 2007.

Lähestymisvaiheessa Dawn on ottanut Ceresitä tarkimmat kuvat mitä koskaan kääpiöplaneetasta on saatu. Nasa julkaisi helmikuun 12. päivänä 83 000 km etäisyydeltä otetut kuvat ja niissä näkyy jo runsaasti yksityiskohtia (pienimmät yksityiskohdat ovat noin 8 km kokoisia); runsaasti kraattereita, joista erityisesti kiinnittyy huomio hyvin vaaleina näkyviin. Yleensä ilmakehättömien kappaleiden pinnalla näkyvät vaaleat kraatterit ovat merkki siitä, että ne ovat suhteellisen uusia. Auringon uv-säteily ja mikrometeoroidien pommitus muuttaa kappaleiden pinnan tummaksi ja sävy syvenee kun pinta ikääntyy. Valkoisena näkyvät kohdat ovat yleensä korkeintaan muutaman miljoonan vuoden ikäisiä, tavallisesti hyvin paljon nuorempia.

Dawn-luotaimen pitkä reitti Ceresille.
Kuva Nasa/Dawn.

Ceresin pinnalla tiedetään olevan vesipitoisia mineraaleja. Dawn-luotaimen mineralogisilla havainnoilla kartoitetaan mineraalien määrää ja jakaantumista Ceresin pinnalla. Tutkijat odottavat näkevänsä hyvin paljon samankaltaisuuksia aurinkokuntamme jäisten kuiden kanssa.

Ceresin ja Vestan välinen vertailu on tutkijoiden mukaan hyvin mielenkiintoista ja se auttaa selvittämään aurinkokuntamme syntyvaiheita aivan uudella tarkkuudella ja syvyydellä. Dawnissa on kolme pääinstrumettia: näkyvän valon kamera, näkyvän ja infrapunaisen valon kartoittava spektrometri sekä gamma- ja neutronispektrometri. Lisäksi Dawnin radiolaitteita käytetään tuottamaan tietoja Ceresin gravitaatiokentästä ja sen sisäisestä rakenteesta.

Animaatio Ceresin pyörimisestä

http://dawn.jpl.nasa.gov/multimedia/images/PIA19182.gif