Planetens Mars bane er vært for resterne af en gammel kollision, der skabte mange af dens trojanske asteroider, har en ny undersøgelse afsluttet.
Det maler et nyt billede af, hvordan disse genstande blev til og kan endda holde vigtige lektioner for afbøjning af asteroider på en kollisionskurs med vores egen planet. Resultaterne skal præsenteres på det årlige møde i Division for Planetary Sciences i American Astronomical Society i Denver denne uge af Dr. Apostolos Christou, forskningsastronom ved Armagh Observatory i Nordirland, Storbritannien.
Trojanske asteroider eller "trojanere" bevæger sig i kredsløb med den samme gennemsnitlige afstand fra solen som en planet. Dette kan synes som en usikker tilstand at være i, da til sidst asteroiden enten rammer planeterne eller er kastet af planetens tyngdekraft på en helt anden bane.
Venstre: Stier, der spores af alle syv Martian-trojanere omkring L4 eller L5 (kryds) i en ramme, der roterer med den gennemsnitlige vinkelhastighed på Mars (rød disk) rundt om solen (gul disk). Det tager cirka 1.400 år at gennemføre en fuld revolution omkring det tilsvarende Lagrange-punkt. Den stiplede cirkel angiver den gennemsnitlige afstand fra Mars til solen. Højre: Detalje af venstre panel (afgrænset af det stiplet rektangel), der viser bevægelsen over 1.400 år af de seks L5-trojanere: 1998 VF31 (blå), Eureka (rød) og de genstande, der er identificeret i det nye værk (rav). Bemærk sidstnævnte lighed med stien til Eureka. Diskerne angiver de estimerede relative størrelser af asteroiderne. Billedkredit: Apostolos Christou
Men sol- og planetarisk tyngdekraft kombineres på en sådan måde, at de skaber dynamiske ”sikre havner” 60 grader foran og bag planetens orbitalfase. Den specielle betydning af disse såvel som tre andre lignende placeringer i det såkaldte tre-kropsproblem blev udarbejdet af det franske matematiker Joseph-Louis Lagrange fra det 18. århundrede. Til hans ære kaldes de i dag Lagrange-punkterne. Punktet, der fører planeten, kaldes L4; der bagved planeten som L5.
Selvom ikke alle trojanere er stabile i lange perioder, er næsten 6.000 sådanne genstande fundet ved Jupiters bane og ca. 10 ved Neptunus. Disse antages at stamme fra solsystemets tidligste tid, da planeterne endnu ikke var på deres nuværende kredsløb, og fordelingen af små kroppe over solsystemet var meget anderledes end observeret i dag.
Af de indre planeter er det kun Mars, der vides at have stabile trojanske ledsagere med lang levetid. Den første, opdaget tilbage i 1990 i nærheden af L5 og nu opkaldt Eureka, blev senere sammenføjet af yderligere to asteroider, 1998 VF31 også ved L5 og 1999 UJ7 ved L4. I det første årti af det 21. århundrede afslørede observationer dem for at være et par km på tværs og sammensat af forskellige. En undersøgelse fra 2005 ledet af Hans Scholl fra Observatoire de Cote d’Azur (Nice, Frankrig) demonstrerede, at alle tre objekter vedvarer som Mars-trojanere i solsystemets alder, hvilket sætter dem på niveau med Jupiters trojanere. I det samme årti blev der imidlertid ikke opdaget nye stabile trojanere, hvilket er underligt, hvis man overvejer den stadigt forbedrede himmeldækning og følsomhed af asteroideundersøgelser.
Christou besluttede at undersøge. Ved at søge gennem Minor Planet Center-databasen over asteroider markerede han seks yderligere objekter som potentielle Martian-trojanere og simulerede udviklingen af deres baner i computeren i hundrede millioner år. Han fandt, at mindst tre af de nye objekter også er stabile. Han bekræftede også stabiliteten af et objekt, der oprindeligt blev kigget på af Scholl et al., 2001 DH47, ved hjælp af en meget bedre startbane, der var tilgængelig på det tidspunkt. Resultatet: Størrelsen på den kendte befolkning er nu mere end fordoblet fra tre til syv.
Men historien slutter ikke der. Alle disse trojanere, med undtagelse af en, følger Mars ved dens L5 Lagrange-punkt. Hvad mere er, banerne af alle undtagen en af de seks L5-trojanere grupperer sig omkring Eureka selv. ”Det er ikke, hvad man forventer ved en tilfældighed,” siger Christou. "Der er en eller anden proces, der er ansvarlig for det billede, vi ser i dag."
En mulighed, som Christou fremsatte, er, at de originale Martian-trojanere lå adskillige snesevis af km på tværs, meget større end dem, vi ser i dag. I dette scenarie beskrevet i et papir, der blev offentliggjort i maj 2013-udgaven af Icarus, en række kollisioner blev ved med at bryde dem op i stadig mindre fragmenter. Denne "Eureka-klynge" - med henvisning til sit største medlem - er resultatet af den seneste kollision. Denne hypotese tegner sig ikke kun for den observerede fordeling af baner, men forklarer også, hvorfor de nye objekter er relativt små, nogle hundrede meter over. Som Christou forklarer: ”I de tidligere kollisioner ville objekter i km-størrelse være blandt de mindste producerede fragmenter og således bevæge sig med titusinder til hundreder af meter pr. Sekund, for hurtigt til at blive bevaret som trojanske heste i Mars.” I tilfælde af, at der dannedes Eureka-klyngen, kollisionens energi ville kun give mulighed for, at fragmenterne på under km kan flyve fra hinanden med en meter pr. Sekund eller mindre, så ikke kun forbliver de som trojanere, men deres bane ender med at være ganske ens.
Christou påpeger, at selv om der er alternative måder at gøre Eureka-klyngen på, accepteres kollisioner generelt som ansvarlige for mange andre lignende grupperinger eller "familier" af asteroider i hovedbæltet, "så hvorfor ikke Martian-trojanere også? Kollisioner er som skatter; alle asteroider skal lide dem. ”Han håber, at hans fund vil motivere modellerne til at udarbejde de troværdige konsekvensscenarier, og observatørerne til at lede efter fortællende tegn på, at de hidtil kendte medlemmer har en fælles oprindelse.
Hvis vi antager, at den kollisionshypotese er tidens prøve, står vi tilbage med det nærmeste eksempel endnu på en gruppe af asteroider, der stadig er afledt, stadig på deres originale placeringer. Christou forudsiger, at yderligere undersøgelse af klyngen og Mars-trojanere generelt vil fortælle os en hel del om, hvordan små asteroider opfører sig, når de kolliderer med hinanden.
Videnskabsmænd, der prøver at simulere kollisioner med store - titusindvis til hundreder af km-tværs - asteroider i hovedbæltet har en masse data at sammenligne deres modeller imod. Dette gælder ikke for påvirkninger på km-størrelse asteroider og deres endnu mindre fragmenter; disse er simpelthen for svage til effektivt at blive afhentet af undersøgelser enten nu eller i den nærmeste fremtid.
At forstå, hvad der sker under disse forhold, er vigtigt, hvis vi nogensinde håber at håndtere asteroider i et kollisionskurs med Jorden. Afbøjning af et sådant objekt kan være et vanskeligere job, end det første møder øjet. Som Christou forklarer: ”At sætte sprængstoffer i nærheden af for at skubbe det væk fra dens forudsagte sti kan i stedet bryde det fra hinanden. Dette vil gøre det til en kosmisk 'klyngebombe', der er i stand til at forårsage udbredt ødelæggelse på vores planet. '
Martian trojanere er lige den rigtige størrelse til at tjene som marsvin til sådanne brute-force afbøjningsstrategier. Faktisk er vores viden om befolkningen ved at stige markant takket være nye faciliteter og initiativer. Disse inkluderer Canadas nærjord-objektobservationssatellit, Europas Gaia-skymapper og USAs for nylig genaktiverede bredfelt-infrarøde Survey Explorer-satellitter samt Panoramic Survey Telescope og Rapid Response System og Large Synoptic Survey Telescope jordbaserede undersøgelser.
Til slut konkluderer Christou, at ”fremtiden ser lys ud. Ved hjælp af de nye data skal vi være i stand til at bestemme, hvad der gjorde, at disse asteroider grupperes, selvom den kollisionsmodel ikke panorerer til sidst. ”Indtil videre har arbejdet fra Christou og de mange andre før ham lykkedes at fremhæve Martian Trojan-regionerne som unikke ”naturlige laboratorier”, der giver indsigt i evolutionære processer, som også i dag er ved at forme vores solsystemets lille kropsbefolkning.