asteroidy€¦ · asteroidy (malé planéty, planétky) 1.1.1801 giuseppe piazzi (palermo) objavil...
TRANSCRIPT
Asteroidy
Leonard Kornoš
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky UK, Bratislava
UTV 2019/2020, 13. 02. 2020
Motivácia výskumu
• mapovanie priestoru Slnečnej sústavy
• štúdium dynamiky – Newton, (Einstein)
matematické metódy
určenie hmotnosti Slnka, veľkosti astronomickej jednotky,
stredný slnečný deň, ...
zvláštne konfigurácie telies (Hilda, Trójania, koorbitálne)
negravitačné efekty
štúdium fyzikálnych vlastností, chemické zloženie
• blízkozemské asteroidy
nebezpečenstvo
využitie
• vznik a vývoj Slnečnej sústavy
Asteroidy (malé planéty, planétky)
1.1.1801 Giuseppe Piazzi (Palermo) objavil prvý asteroid,
Ceres medzi Marsom a Jupiterom – planéta ?
Dnes poznáme viac ako 932 765 dráh asteroidov (febr. 2020)
z toho 543 334 je očíslovaných (febr. 2020)
dobre definovaná dráha
z nich viac ako 22 023 je pomenovaných
napr. Pluto (134 340) (trpasličia planéta)
22 122 blízkozemských asteroidov (febr. 2020)
Asteroidy – pôvod
Plynno-prachový oblak zo začiatku vzniku Slnečnej sústavy
akrécia zárodkov planét
vzájomné kolízie
Existujú 2 hlavné oblasti výskytu asteroidov v Sl. sústave:
a) Hlavný pás asteroidov (nevznikla planéta)
b) Edgeworthov – Kuiperov pás
koncentrácie sú spojené s migráciou planét
Jupiter – Saturn a Urán - Neptún
dve úplne odlišné skupiny zložením a fyzikálnymi vlastnosťami
- kamenné
- ľadové
Asteroidy v Slnečnej sústave
Ceres – prvý objav - 1.1. 1801 - Giuseppe Piazzi
pozorovaný 41 nocí, prešiel na dennú oblohu
patrí do oblasti medzi Marsom a Jupiterom
chýbajúca planéta?
Carl Fridrich Gauss
• výpočet dráhy z troch polôh
• geniálne skrátenie výpočtu
• metóda najmenších štvorcov
na konci r. 1801 Ceres znovu objavený
Typy pozorovaní
• optické
astrometria
fotometria – svetelné krivky → rotácia
viacfarebná fotometria – špeciálne filtre
polarimetria – povrchové vlastnosti
• radar
• infračervené pozorovania
• družicové pozorovania a výskum in situ
Astrometria
• získavanie presných polôh
• výpočet dráh
• Hlavný pás
• blízkozemské asteroidy
• podklad pre vesmírne misie
• negravitačné efekty
(žiarenie Slnka !)
Fotometria asteroidov
• rotačná perióda
• tvar asteroidu
• poloha pólu
• precesia osi
• satelit – obežná doba
Rotačné krivky asteroidov
(1509) Esclangona
P = 3,25 h
(25068) 1998 QV88
P = 41,18
Radarové pozorovania
Arecibo – dosah do 0,3 AU
Portorico, anténa 300 m
Goldstone – do 0.14 AU
California, anténa 70 m
Binárny asteroid 2006 DP14
Tvar asteroidu (4179) Toutatis
Radarové pozorovania
Elektromagnetické spektrum
Asteroid Euphrosyne – IR
Príklady družicového výskumu
Sonda Hayabusa pri asteroide Itokawa
Eros
cca 16 km
veľký impakt, úlomok?
NEAR NASA
Dnes – 15 – 20 % asteroidov má mesiačik
Sonda Galileo, 1993
Lutetia
priemer ~100 km
krátery (45 km)
bohatý na kovy (ale nie na povrchu)
Najstarší kráter 3.6 miliardy
rokov pruhy – nejaké globálne procesy
Prelet družice Rosetta
10. 7. 2010, 15 km/s
Rosetta, ESA
asteroid Itokawa – suťovisko balvanov
JAXA
535 x 294 x 209 m
Itokawa
• niečo takéto sme ešte nevideli (neskôr bude Bennu, Ryugu)
• nejaký krater ?! nie
• prach, štrk, úlomky
• reakumulované vrstvy (možno kvôli slapom od Zeme)
– zmenený povrch
• sonda Hayabusa,JAXA, 2005, odber malej vzorky prachu
• dôkladný prieskum z orbity okolo asteroidu
• môže byť asteroid zdrojom meteoroidov? (smerovaných do
atmosféry Zeme?)
Itokawa – jemná zrážka v minulosti
Kombinácia pozemských pozorovaní s dátami z japonskej družice
- rotácia asteroidu a jej spomalenie za 10 rokov
- veľmi presný tvar asteroidu
Zloženie a typy asteroidov
• C - bohaté na uhlík (carbonaceous) ~ 70% (tmavé)
• S - kamenné (stony, silicate) ~ 17% (svetlejšie)
• M - metalické (metalic) ~ 10%
• kremičitany
• prímesy kovov (železo, horčík, ...)
• Fe - Ni jadro – len najväčšie
• magmatický materiál – V-typ (Vesta) – z diferencovaných telies, šokovo metamorfovaný materiál – zrážky
• celkový trend: s rastúcou vzdialenosťou od Slnka od jasnejších po viac tmavé, viac do červena
obsah ľadu sa zvyšuje
viac primitívny, pôvodný materiál
• povrch – regolit – malé úlomky, prach
• aj neaktívne jadro kométy sa považuje za asteroid
Typy asteroidov
Je mixovanie typov, ale vidieť trend so vzdialenosťou (a teplotou) od Slnka
Zloženie asteroidov rôznych typov
a súvis s meteoritmi
Zloženie asteroidov rôznych typov
a súvis s meteoritmi
2011 MD – len 12 000 km od povrchu
6 m priemer
1 g/cm3 – porézny - suťovisko
253 Mathilde, 1.3 g/cm3
Porézne asteroidy
Väčšina telies v Hlavnom páse prešla zrážkovou históriou
Vnútorná Slnečná sústava
a ~ 2.1 – 3.3 AU
e ~ 0,05 – 0,4
i ~ 0° – 30°
P ~ 3 – 6 rokov
sklo
n d
ráh
y
vzdialenosť od Slnka
NEA MBA Hilda Trójania
sklo
n d
ráh
y
vzdialenosť od Slnka
NEA MBA Hilda Trójania
Rezonancie – Kirkwoodove medzery
• celková hmotnosť MBA – cca 4% hmotnosti Mesiaca
– Mesiac – cca 1.2% hmotnosti Zeme
• 1 Ceres, 4 Vesta, 2 Pallas, and 10 Hygiea ~ 50% hmoty MBA
Ceres – 1/3 hmoty MBA, 950 km, trpasličia planéta
Hmotnosti asteroidov v MBA
Rodiny asteroidov
• asteroidy na podobných dráhach, spoločný dynamický priestor
• vznik zrážkou dvoch telies a ich rozpad na viacero častí
• náraz menšieho telesa do veľkého, ktoré sa nerozpadlo • Vesta, Pallas, Hygiea
• do ich rodín patrí niekoľko malých telies
• rodiny sú staré stovky miliónov rokov
• v nich aj mladšie zrážky – milióny rokov – prachové pásy
viditeľné infra-družicami
• existujú ďalšie zoskupenia, ktoré nie sú výsledkom zrážok
• dynamické rodiny – gravitačné pôsobenie planét, rezonančné javy
• napr. Hungaria, Trójania, ...
Rodina Koronis
• zrážka dvoch väčších telies
• 2 miliardy rokov
• dva smery osí rotácie
• ~ 300 členov
• najväčší - 41 km
(208) Lacrimosa
zaujímavé, že si zachovali
sklony rotačných osí
41 km
Dynamické zoskupenia telies
hlavná časť MBA (červená ) – 93% asteroidov
Hungaria Hilda Trójania
sklo
n d
ráh
y
Ceres – Vesta
Vesta - geológia
• ~ 500 km
• nie je v hydrostatickej
rovnováhe
• je diferencovaná
• Ni-Fe jadro ~ 220 km
• kamenný plášť
• kôra, vyliate roztavené
horniny - bazalty
• veľmi suchý asteroid
Dawn, NASA
Rheasilvia
Rheasilvia – 1 miliarda rokov
• priemer 500 km
• stredový hrot ~ 20 km
Veneneia - 2 miliardy
• priemer 400 km
vytvorila sa rodina
– Vestoidy
aj meteority na Zemi
Brázdy pozdĺž rovníka
Pruhy – dôsledok veľkej zrážky (tlak)
zrážka na hranici rozbitia asteroidu
Dawn, NASA
Dawn, NASA
• ~ 950 km
• je v hydrostatickej rovnováhe
• je čiastočne diferencovaný
• jadro kremíkove ~ 2.5-2.9 g/cm3
• jadro len čiastočne dehydrované
• plášť z vodného ľadu v hrúbke 100 km
• pravdepodobne aj prchavé látky
• tenká prachová kôra
• slabá atmosféra z vodnej pary
Occator Crater
•
• asi 130 svetlých miest
• obsahuje soli – impakty?
• Mg, Na
• amoniak v povrchovej vrstve?
• hydrotermálne procesy?
• MgSO4·6H2O
• Na2CO3
3
Dawn, NASA
Dawn
Ahuna Mons
Ahuna Mons
• výška cca 4 km, šírka 17 km
• pravdepodobne ľadový vulkán
– voda vyviera a mrzne
– bohatá oblasť na Na2CO3
• málo pevný materiál, pod vlastnou váhou sa bortí
Kométy v hlavnom páse
• vznik kometárnej aktivity:
bombardovanie malými úlomkami – sublimácia ľadu pod
povrchom
rozpad vďaka zrýchlenej rotácii
náraz iného telesa – len prachová zložka
prvý objekt Elst–Pizarro v r. 1979, dnes 12 objektov
možný zdroj vody na Zemi – pomer deutérium/vodík
P/2013 R3
HST NASA
Strata materiálu rotáciou P/2013 P5
zrážka – len prach
Asteroidy v Slnečnej sústave
Mauna Kea, Hawaii
David Jewitt
Jane Luu
1992 QB1
Transneptúnické objekty
Transneptútické objekty
• prvý nájdený objekt 1992 QB1
• dnes ~ 1500 objektov
• prevažne ľadové telesá
voda, amoniak, metán, na Plute najmä dusík
hustoty menej ako 1 g/cm3
ťažko sa hľadajú – pomalý pohyb po oblohe
Edgeworthov - Kuiper pás
a = 30 - 50 AU
malé sklony a excentricity
Pluto, Haumea, Makemake – trpasličie planéty
modré – cubewanos
červené – rezonancie s Neptúnom, najmä 1:2
sivé – rozptýlený disk
Každý z nich má vlastný príbeh a dopĺňa mozaiku histórie Sl. s.
• trpasličia planéta (dvojitá planéta), pravdep. vzájomný impakt
• P = 248 rokov, a = 40 AU, e = 0,25, i = 17°
• objav v r. 1930
Pluto a Cháron
New Horizons, NASA
Pluto – Cháron
Pluto
ľadové teleso
~ 2300 km
povrch dusík 98%
s prímesou metánu a CO
hustota cca 2 g/cm3
New Horizons, NASA
New Horizons, NASA
Modré oblasti – vodný ľad New Horizons, NASA
spodná časť srdca
• metánová oblasť – krátery
• svetlá časť – kašovitý pevný dusík, bez kráterov
• hory ľadu pokryté metánom plávajú na mori pevného
dusíka
• na detailných záberoch vidieť akoby prúdy,
• pohyb hore, dole
Haumea
• trpasličia planéta - model
• rotácia 4 h – rýchla rotácia
• pretiahnutý tvar, 2100 km
• odhad hustoty → veľkosť
• 2.6 g/cm3 takmer kamenný
• zo spektier – ľadový povrch
• model ľadová kôra a vnútro
kamenné?
• zrážka? málo pravdep., ale?
• má dva mesiace – úlomky po zrážke?
• podozrenie na prstenec
Makemake
• veľkosť cca 1400 km
• spektrum veľmi podobné Plutu
t.j. metán na povrchu a trochu ľadu
• metán je podstatne výraznejší
• uvažuje sa o metánových doskách
• iba druhé známe teleso s metánom
• atmosféra je slabá alebo žiadna
(slabšia gravitácia)
Ultima Thule, (486958) Arrokoth
Kontaktné binárne teleso
Kopce, žľaby, prepadliny, tmavé a svetlé oblasti