Im ersten Teil der Tragödie wollte Dr. Faust damals ja unbedingt herausfinden, was die Welt

Im Innersten zusammenhält und ist dafür auch nicht vor einem Pakt mit dem Teufel zurückgeschreckt. Ob sich auch Daniel Scheeres und seine Kollegen von der Universität von Colorado mit dem Leibhaftigen zusammengetan haben, weiß ich nicht – aber sie haben herausgefunden, was die Asteroiden zusammenhält. Und das ist nicht die Gravitationskraft, wie man vielleicht glauben würde…


Bevor wir über Asteroiden reden, sollten wir zuerst über die Planetenentstehung reden. Denn früher mal gab es nur Staub und Gas und beides bewegte sich in einer Scheibe um die Sonne. Ludmila hat schön erklärt, wie daraus dann die Planeten entstanden sind.

Die ganz kurze Version: die Staubkörner haben sich zu immer größeren Objekten zusammengeballt, bis irgendwann Planetoiden entstanden sind. Die sind dann weiter miteinandern kollidiert und haben die ersten Protoplaneten gebildet. Aber nicht alle Planetoiden sind “aufgebraucht” worden. Diejenigen, die bei der Planetenentstehung nicht benutzt wurden, kennen wir heute als Asteroiden.

Wenn diese Asteroiden groß genug sind, dann ähneln sie aus physikalischer Sicht eher den Planeten (die ganz großen Asteroiden wie Pluto oder Ceres werden deswegen ja auch “Zwergplaneten” genannt). Und sie werden – so wie bei den Planeten – durch die Gravitationskraft zusammengehalten. Aber bei den kleineren Objekten ist das nicht so.

Hier geht man davon aus, dass es sich eher um lose Ansammlungen von größeren und kleineren Brocken handelt – sogenannten “rubble piles” bzw “Trümmerhaufen”. Das sieht man wunderschön am Asteroiden Itokawa der 2005 von der japanischen Raumsonde Hayabusa besucht wurde (man ist damals sogar auf dem Asteroiden gelandet und hat Bodenproben genommen die nun wieder zurück zur Erde geflogen werden). Auf diesem Bild sieht man schön, wie der kleine Asteroid (etwa 500 x 300 x 200 Meter groß) sich aus vielen einzelnen Brocken zusammensetzt:

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Hier ist nochmal eine Nahaufname:

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Nun stehen diese Asteroiden aber nicht still, sondern sie drehen sich wie alle Himmelskörper um ihre Achse. Manche sind dabei wirklich schnell und brauchen für ein Umdrehung nur ein paar Stunden. Dadurch wirkt eine Zentripetalkraft auf die einzelnen Brocken und wenn die Drehung schnell genug ist, sollten die kleinen Brocken “abfallen” und ins All entkommen. Aber wie man am Beispiel von Itokawa sieht, sind dort noch jede Menge kleine Brocken vorhanden. Die Landung hat auch gezeigt, dass der Asteroid im wesentlichen eine Ansammlung von kleinen Brocken und Staub ist.

Was hält die Asteroiden also zusammen? Diese Fragen haben sich Daniel Scheeres und seine Kollegen von den Universitäten in Colorado und Nottingham gestellt und ein komplett neues Modell für kleine Asteroiden entwickelt. Kürzlich ist ihre extrem umfangreiche Arbeit Scaling forces to asteroid surfaces: The role of cohesion bei arXiv erschienen. Darin fassen die Autoren zuerst nocheinmal die Beobachtungsdaten zusammen und stellen klar, dass die Oberflächen der kleinen Asteroiden von losem Regolith dominiert wird. Und wenn man wissen will, wie sich diese kleinen Staubteilchen verhalten, dann darf man nicht nur die Gravitation betrachten sondern muss auch andere Kräfte in Betracht ziehen.

Dazu haben die Forscher ein detailliertes Modell entwickelt und die relativen Stärken der verschiedensten Kräfte untersucht. Dazu haben sie zuerst einmal geschaut, wie groß die Beschleunigungskräfte an der Oberfläche eines Asteroiden sind. Im Gegensatz zur Erde (und anderen Planeten) sind die nämlich nicht überall gleich groß sondern können stark varieren. Das sieht man in diesem Bild recht gut – es zeigt den Hauptkörper des Doppelasteroiden 1999 KW4 und die Farben geben die unterschiedliche Stärke der Oberflächenbeschleunigung an unterschiedlichen Orten an:

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Nun wurden der Reihe nach die verschiedenen Kräfte analysiert, die auf die Staubteilchen und kleinen Brocken wirken können. Neben der Kräfte die durch Gravitation und Rotation entstehen, sind die folgenden von Bedeutung:

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Kommentare (14)

  1. #1 rolak
    16. Februar 2010

    Ist schon erstaunlich, an welch unerwarteten Orten solch alte Bekannte zu neuen Ehren kommen..

    “Kürzlich” ist gut – vor 4 Tagen eingereicht; und bis jetzt bist Du der einzige velinkende blogger 😉

  2. #2 Florian Freistetter
    16. Februar 2010

    @rolak: Naja – der arxiv-Blog hat die Story natürlich auch…

  3. #3 Bullet
    16. Februar 2010

    Wow. Impressive.

  4. #4 Adromir
    17. Februar 2010

    Ich muss mal meine Aufzeichnungen durchsuchen, aber wir hatten mal ne Rechnung angestellt, wie groß die Masse eines Protons sein müsste, damit die Gravitationskraft die Abstoßng der positiven Ladungen ausgleicht..

  5. #5 Schlotti
    17. Februar 2010

    Mal ne Frage,

    wenn diese Objekte aus “losen” Teilen bestehen, warum sind sie dann so unregelmäßig geformt?
    Ich würde erwarten, dass diese Objekte im Laufe der Zeit eine Kugelform annehmen würden…

  6. #6 Florian Freistetter
    17. Februar 2010

    @Schlotti: Eben WEIL die aus losen Teilen bestehen (und so klein) sind, sind sie unregelmäßig geformt. Nur die großen Objekte entwickeln im Laufe der Zeit unter ihrer eigenen Gravitation eine Kugelform (das ist ja eines der Hauptkriterien, das (Zwerg)Planeten von Asteroiden unterscheidet). Man sieht ja auch im Bild im Artikel, dass die Eigengravitation hier viel schwächer als die Van-der-Waals-Kraft ist. Das Ding bleibt also unregelmäßig 😉

  7. #7 Bullet
    17. Februar 2010

    Ich glaub, ich ahne, was Schlotti meint: auch durch Kohäsion wird eine Kugelgestalt angestrebt (siehe Wassertropfen in der Schwerelosigkeit), weil dann die Oberfläche bei gegebenem Volumen möglichst klein ist. Eigenrotation kann dann zwar die Kugelgestalt verzerren, aber auch eine Linse (Extremfall) ist in gewisser Weise regelmäßig.

  8. #8 Schlotti
    17. Februar 2010

    @Bullet:

    Stimmt, das hatte ich gemeint.

  9. #9 Florian Freistetter
    17. Februar 2010

    @Schlotti: Naja – es kommt halt immer drauf an, wie stark die jeweiligen Kräfte sind und was da noch alles wirkt. Ein Wassertropfen muss ja z.B. keine Festkörperreibung überwinden….

  10. #10 Schlotti
    17. Februar 2010

    @Florian:

    Ein gutes Argument. So weit hatte ich nicht gedacht.

    Firma dankt.

  11. #11 Stefan Hambach
    17. Februar 2010

    Mal ein vielleicht recht abwegige Frage, die mir beim lesen des Artikels als absoluter Laie aufkam.

    Können solche Erkenntnisse zukünftig auch dazu führen Raumstationen oder Raumschiffe für Planetare Flüge komplett anders zu Konstruieren? So in Bezug auf Größe, Materialmenge (Masse), “Zusammenbau”, etc.

  12. #12 Gluecypher
    17. Februar 2010

    @Stefan Hambach

    So Richtung Self-Assembly mittels VDW-Kräfte? Wage ich zu bezweifeln, denn solche Asteroiden sind nicht gerade stabil. Das ist einfach ein Haufen Krümel, die (wie man ja schon an den “verschütteten” Kratern auf der Oberfläche sieht) gerade mal so zusammenpappen.

  13. #13 Friedel
    18. Februar 2010

    Mich würde mal interessieren ob nicht auch Magnetismus eine Rolle spielen könnte. Wenn ich mir die Reihe der Meteoriten so ansehe, sind diese, bis auf wenige Ausnahmen, doch relativ eisenhaltig. Wenn man von den reinen Steinmeteoriten absieht, könnte ich mir vorstellen, dass elektrostatische Kräfte, Reibung etc. zumindest zu einer leichten Magnetisierung des Materials führen könnten und so einen Zusammenhalt an sich.

  14. #14 lüQ
    24. August 2010

    @friedel, interessanter gedanke, klar müsste man zuerst schauen ob und welche magnetischen felder das eisen magnetisiert haben könnten (weil von alleine wird das nichts) aber dann könnte das irgendwie evt. doch einen einfluss haben, immerhin wurde sogar YORP mit berücksichtig

    abgesehen davon interessant das die dinger dazu neigen sich langfristig, kollisionfrei zu zerlegen =D