Μια καλύτερη ματιά στον αστεροειδή 216 Κλεοπάτρα

Σχεδόν 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, το Ηλιακό Σύστημα άρχισε να σχηματίζεται από έναν δίσκο υλικού που περιέβαλε ένα νέο αστέρι - τον Ήλιο μας. Η μετάβαση από το δίσκο συντριμμιών στους πλανήτες που βλέπουμε είναι μια ενεργή περιοχή έρευνας, αλλά οι περισσότεροι πλανητολόγοι συμφωνούν ότι υπήρξε μια σειρά από ενδιάμεσα στάδια που περιελάμβαναν το σχηματισμό και την τελική καταστροφή εκατοντάδων μικρότερων πρωτοπλανήτων. Οι περισσότεροι τελικά απορροφήθηκαν σε έναν από τους οκτώ σημερινούς πλανήτες, αλλά εκείνοι που διέφυγαν από αυτή τη μοίρα συντρίφθηκαν γρήγορα στο περιβάλλον σύγκρουσης που μοιάζει με φλίπερ. Μερικά από τα συντρίμμια από αυτή τη βίαιη περίοδο παραμένουν σε ψυχρή αποθήκευση μεταξύ του Άρη και του Δία - μια περιοχή γνωστή ως η κύρια ζώνη αστεροειδών.

Από τους σχεδόν ένα εκατομμύριο γνωστούς αστεροειδείς στην κύρια ζώνη, έχουμε μελετήσει μόνο μερικές χιλιάδες με οποιαδήποτε λεπτομέρεια. Αλλά αυτό το στατιστικό δείγμα, καθώς και η ανάλυση μετεωριτών (θραύσματα από τη ζώνη των αστεροειδών), υποδηλώνουν ότι αποτελούνται σε μεγάλο βαθμό από κοινά πυριτικά και περιλαμβάνουν ένα μικρό ποσοστό φυσικού μετάλλου, κυρίως κράματος σιδήρου-νικελίου. Ωστόσο, υπάρχουν εκατό περίπου αστεροειδείς που πιστεύεται ότι κυριαρχούνται από σίδηρο-νικέλιο - οι λεγόμενοι αστεροειδείς κατηγορίας M. Η παλαιότερη και ακόμα πιο κοινή ερμηνεία των αστεροειδών κατηγορίας Μ είναι ότι αντιπροσωπεύουν τους μεταλλικούς πυρήνες (ή θραύσματα πυρήνων) μερικών πρωτοπλανήτων που κατάφεραν να επιβιώσουν αφού ο βραχώδης φλοιός και ο μανδύας τους απογυμνώθηκαν σε βίαιες συγκρούσεις. 1]

Ο αστεροειδής 216 Κλεοπάτρα είναι ένας από τους μεγαλύτερους αστεροειδείς κατηγορίας Μ, καθώς και ένας από τους πιο αινιγματικούς γενικότερα. Επισημάνθηκε αρχικά ως ασυνήθιστο επειδή η καμπύλη του φωτός - μια γραφική παράσταση της φωτεινότητάς του με το χρόνο - βρέθηκε να είναι εξαιρετικά μεταβλητή. Αυτό υποδηλώνει ένα επιμήκη αντικείμενο επειδή η ποσότητα του ηλιακού φωτός που ανακλάται (και επομένως η φωτεινότητα) εξαρτάται από την περιοχή διατομής που είναι ορατή κάθε δεδομένη στιγμή. Δυστυχώς, οι αστεροειδείς είναι τόσο μικροί που δεν μπορούν να επιλυθούν με παραδοσιακά τηλεσκόπια. Αλλά χάρη στην τεχνολογία ραντάρ, υπάρχει ένας άλλος τρόπος για να δείτε το σχήμα των μεγαλύτερων αστεροειδών.

Με πομπό μικροκυμάτων μεγαβάτ (2380 MHz) και κεραία διαμέτρου 300 μέτρων, το τηλεσκόπιο ραντάρ Arecibo στέλνει μια σειρά από παλμούς μικροκυμάτων προς έναν αστεροειδή και μετρά τον χρόνο άφιξης, την ισχύ και τη συχνότητα της αμυδρής επανερχόμενης ηχούς. Μικρές διαφορές στον χρόνο καθυστέρησης ηχούς (της τάξης των μικροδευτερόλεπτων) οφείλονται στο «πάχος» του (διαφορές στην ακτινική απόσταση ή καθυστέρηση , σε διαφορετικά μέρη του αστεροειδούς), και μικρές διαφορές στη συχνότητα ηχούς προκαλούνται από την περιστροφή του σε σχέση με τον παρατηρητή (η μία άκρη περιστρέφεται προς τα έξω, η άλλη περιστρέφεται μακριά). Αυτές οι διαφορές χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία μιας εικόνας ραντάρ καθυστέρησης Doppler και με αρκετές εικόνες σε διαφορετικές όψεις, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία ενός τρισδιάστατου μοντέλου σχήματος.

Στα τέλη της δεκαετίας του 1990, η Κλεοπάτρα έγινε ένας από τους πρώτους αστεροειδείς της κύριας ζώνης που απεικονίστηκαν και διαμορφώθηκαν με ραντάρ, και η υποψία ότι είχε ασυνήθιστο σχήμα επιβεβαιώθηκε [2]. Όχι μόνο ήταν πολύ επιμήκη, αλλά η ανάλυση έδειξε σχήμα σαν κόκκαλο σκύλου! Επιπρόσθετα στην ίντριγκα, οι μεταγενέστερες παρατηρήσεις χρησιμοποιώντας το προηγμένο προσαρμοστικό οπτικό τηλεσκόπιο Keck αποκάλυψαν ότι είχε δύο μικροσκοπικά φεγγάρια, που τώρα ονομάζονται Alexhelios και Cleoselene από τα παιδιά της Κλεοπάτρας. [3].

Μια πιο πρόσφατη ανάλυση της Κλεοπάτρας με νεότερα σύνολα δεδομένων ραντάρ σε διαφορετικές όψεις και πέντε αστρικές αποκρύψεις (όταν ο αστεροειδής περνά ανάμεσα από ένα αστέρι και έναν παρατηρητή) βελτίωσε το σχήμα και βρήκε το συνολικό μήκος να είναι 27% μεγαλύτερο από ό,τι είχε αρχικά θεωρηθεί [4]. Αποτελείται από δύο σχεδόν πανομοιότυπους ελλειψοειδείς λοβούς που συνδέονται με μια λεπτή γέφυρα υλικού, συνολικού μήκους 276 km. Ο τεχνικός όρος για ένα τέτοιο σχήμα είναι δυαδικό αρχείο επαφής , δύο ξεχωριστά συγκρουόμενα αντικείμενα που εφάπτονται στα άκρα. Με βάση τη συνολική πυκνότητά της στα 4,9 g cm, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η Κλεοπάτρα είναι ένας σωρός ερειπίων – ένας σωρός συντριμμιών (στην περίπτωση αυτή ένας μεταλλικός σωρός) που συγκρατείται μαζί υπό την αυτοβαρύτητα. Πώς σχηματίζεται ένα τέτοιο αντικείμενο;

Τα τελευταία 4 δισεκατομμύρια χρόνια, κάθε αστεροειδής στην κύρια ζώνη έχει υποβληθεί σε πολλαπλές συγκρούσεις που τροποποίησαν το σχήμα, το μέγεθος και τον ρυθμό περιστροφής του. Στην περίπτωση της Κλεοπάτρας, ένα πιθανό σενάριο για το ασυνήθιστο σχήμα της είναι ότι μια πρόσφατη σύγκρουση ήταν αρκετά βίαιη ώστε να την αναγκάσει να περιστρέφεται γρήγορα (περιστρέφεται μία φορά κάθε 5,4 ώρες), να απομακρύνει κάθε εναπομείναν βραχώδη εξωτερικό της, να σπάσει τον μεταλλικό της πυρήνα και δημιουργήστε δύο φεγγάρια από μερικά από τα συντρίμμια. Ενώ το βραχώδες υλικό χάθηκε, ο θρυμματισμένος πυρήνας επανασυναρμολογήθηκε σε ένα χαλαρό, βαρυτικά δεσμευμένο σωρό μπάζα. Αν περιστρεφόταν πολύ πιο γρήγορα, οι δύο λοβοί πιθανότατα θα χωρίζονταν ο ένας από τον άλλο, δημιουργώντας ένα ζευγάρι αστεροειδών σε τροχιά.[5]

Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο A revised shape model of asteroid (216) Kleopatra, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Icarus. Αυτή η εργασία διεξήχθη από τον Michael K. Shepard από το Bloomsburg University, Bradley Timerson από τον International Occultation Timing Association, Daniel J. Scheeres από το University of Colorado, Lance A.M. Οι Benner και Jon D. Giorgini από το Jet Propulsion Laboratory, Ellen S. Howell, Michael C. Nolan και  Alessondra Springmann από το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα, Christopher Magri από το University of Maine Farmington και  Patrick A. Reboki από τους Patrick A. Anay από το University of Arizona. Παρατηρητήριο.

Αναφορές:

1. Bell, J.F., Davis, D.R., Hartmann, W.K., Gaffey, M.J., 1989. Αστεροειδή:η μεγάλη εικόνα. Σε:Binzel, R.P, Gehrels, T., Matthews, M.S. (Επιμ.), Asteroids II. University of Arizona, Tucson, σελ. 921–948 .
2. Ostro, S.J., Hudson, R.S., Nolan, M.C., Margot, J-L., Scheeres, D.J., Campbell, D.B., Magri, C., Giorgini, J.D., Yeomans, D.K., 2000. Παρατηρήσεις ραντάρ του αστεροειδούς.6 Kleopatra.21. Science 288, 836–839.
3. Marchis, F., Descamps, P., Berthier, J., Emery, J.P., 2008. S/2008 ((216)) 1 AND S/2008 ((216)) 2. IAU Circ., No. 8980, #1. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2008IAUC.8980/abstract.
4. Shepard, M.K., Timerson, B., Scheeres, D.J., Benner, L.A.M., Giorgini, J.D., Howell, E.S., Magri, C., Nolan, M.C., Springmann, A., Taylor, P.A., Virkki, A. 2018. A revised shape model of Asteroid (216) Kleopatra. Ίκαρος 311, 197-2009.
5. Descamps, P., Marchis, F., Berthier, J., Emery, J.P., Duchêne, G., de Pater, I., Wong, M.H., Lim, L., Hammel, H.B., Vachier, F. , Wiggins, P., Teng-Chuen-Yu, J.-P., Peyrot, A., Pollock, J., Assafin, M., Vieira-Martins, R., Camargo, J.I.B., Bra-ga-Ribas, F., Macomber, B., 2011. Τριπλότητα και φυσικά χαρακτηριστικά του αστεροειδούς (216) Κλεοπάτρα. Ίκαρος 211, 1022– 1033.