08-03-2007

Asteroiden im Sonnenlicht

Zwei Forschergruppen haben den theoretisch vorhergesagten „YORP-Effekt“ beobachtet. Sonnenlicht kann demnach die Rotation von Asteroiden um die eigene Achse tatsächlich beschleunigen.

Rund eine Million Asteroiden mit einem Durchmesser von über einem Kilometer schlummern im Asteroidengürtel zwischen der Mars- und der Jupiterbahn. Man vermutet, dass aus dieser Quelle die etwa tausend kilometergroßen erdnahen Objekte (kurz: NEO) stammen. Dass die Asteroiden den Gürtel verlassen können, dafür sorgen nicht nur ihre Kollisionen oder die Wirkung der Schwerkraft sondern auch das Sonnenlicht! Jetzt haben zwei Gruppen von Astronomen gezeigt, dass das Sonnenlicht auch die Rotation der Asteroiden um die eigene Achse beschleunigen kann.

Schon am Staubschweif eines Kometen lässt sich erkennen, dass das Sonnenlicht merkliche Ablenkungen verursachen kann. Doch auch dicke Brocken von mehreren Kilometern Durchmesser unterliegen dem durch die Sonneneinstrahlung verursachten Yarkovsky-Effekt, der sie aus der Bahn lenkt. Ein rotierender Asteroid gibt das absorbierte Sonnenlicht zeitlich verzögert wieder als Wärmestrahlung ab – aber in eine Richtung, die gegen die Einfallsrichtung des Lichts gedreht ist. Hat ein Asteroid nahezu parallelen Spin und Bahndrehimpuls, so treibt ihn der Rückstoß der Wärmestrahlung langsam von der Sonne weg. Sind Spin und Bahndrehimpuls hingegen antiparallel, so nähert sich der Asteroid der Sonne. Dieser Effekt ist inzwischen an kilometergroßen Asteroiden sowie an künstlichen Satelliten beobachtet worden. Für Planeten ist diese Wirkung des Sonnenlichts zu gering.

Doch auch die Größe und Richtung der Eigenrotation von Asteroiden wird vom Sonnenlicht beeinflusst. Dahinter steckt der Yarkovsky-O'Keefe-Radzievskii-Paddack-Effekt oder kurz YORP-Effekt. In diesem Fall führt die asymmetrisch geformte Oberfläche eines Asteroiden dazu, dass ihm die abgegebene Wärmestrahlung ein Drehmoment erteilt. Dadurch verändert sich sein Eigendrehimpuls sowohl nach Größe als auch nach Richtung. Erste Hinweise darauf, dass Asteroiden diesem Effekt unterliegen, fand man an den Koronis-Asteroiden. Diese Asteroidenfamilie ist vor etwa 2 Mrd. Jahren bei der Kollision zweier größerer Objekte entstanden. Die Eigendrehimpulse der Koronis-Asteroiden sind nicht zufällig ausgerichtet, sondern sie zeigen überraschende Übereinstimmungen, die man auf den YORP-Effekt zurückführt. Jetzt haben zwei Forschergruppen den YORP-Effekt in flagranti ertappt, indem sie eine Abnahme der Rotationsperioden zweier unterschiedlicher Asteroiden nachweisen und mit theoretischen Vorhersagen vergleichen konnten.

Mikko Kaasalainen von der Universität Helsinki und seine Kollegen haben Beobachtungsdaten für den Asteroiden 1862 Apollo analysiert, die aus dem Zeitraum von 1980 bis 2005 stammten. Die zeitabhängige Helligkeit des ca. 1400 m großen Asteroiden lässt auf eine Rotationsperiode von rund 3 Stunden schließen, die allerdings langsam abnimmt, und zwar um etwa 10–6 Stunden pro Jahr. Zum Vergleich berechneten die Forscher die Änderung der Rotationsperiode von 1862 Apollo aufgrund des YORP-Effekts, wobei sie unterschiedliche, mit den Beobachtungen vereinbare Gestalten für den Asteroiden annahmen. Diese Vorhersagen stimmten gut mit der gemessenen Periodenabnahme überein. Kaasalainen und seine Kollegen schließen aus ihren Resultaten, dass der YORP-Effekt einen Vorgänger von 1862 Apollo in so schnelle Rotation versetzt haben könnte, dass er dabei auseinander gebrochen ist.

Die Forscher um Stephen Lowry und Patrick Taylor konnten eine Abnahme der Rotationsperiode eines kleineren Asteroiden direkt beobachten. Dabei handelte es sich um den erdnahen 2000 PH5, der nur 57 Meter groß ist, wie man von Radaraufnahmen weiß, und eine Rotationsperiode von rund 12 Minuten hat. Optische Beobachtungen ergaben, dass sich die Periode um ca. 2 × 10–5 Minuten pro Jahr ändert. Aufgrund des YORP-Effekts würde man eine etwa fünfmal so große Änderung erwarten, doch sind die Unsicherheiten der Vorhersage recht groß. Simulationen ergaben, dass 2000 PH5 in rund 35 Millionen Jahren eine Rotationsperiode von weniger als 20 Sekunden erreichen kann, bevor er auf einen Planeten oder in die Sonne stürzt.

Beide Forschergruppen kommen zu dem Schluss, dass der YORP-Effekt für die Dynamik und den Zerfall von Asteroiden bis zu einer Größe von einigen Kilometern sehr wichtig ist. Er verursacht Resonanzen zwischen der Rotations- und der Umlauffrequenz eines Asteroiden oder er bringt den Asteroiden in so schnelle Drehung, dass er zerfällt. Ohne den YORP-Effekt sähe unser Sonnensystem ganz anders aus.

Rainer Scharf

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