Uniwersytet Śląski w Katowicach

Na lekcjach geografii w szkole podstawowej uczyliśmy się o pasie asteroid między Marsem a Jowiszem. Było też wiele innych trudnych terminów z zakresu astronomii. Wielu z nas wtedy postanowiło sobie, że w przyszłości poleci w kosmos. Czy nam się to udało?

Wiadomo, że bez odpowiedniego przygotowania nie można nawet pojechać pociągiem z punktu A do punktu B, a co dopiero polecieć w kosmos. Dlatego dziś – z okazji Dnia Asteroid – zapraszamy na wprowadzenie w przestrzeń kosmiczną przez dr hab. Ilonę Bednarek, prof. UŚ z Instytut Fizyki – Uniwersytet Śląski

Planetoidy znane również pod nazwą asteroidy lub planetki to liczna grupa obiektów obiegających Słońce. Ich średnice zawierają się w przedziale od setek metrów do setek kilometrów. W miarę dobrze poznana grupa planetoid umiejscowiona jest w tzw. pasie głównym, pomiędzy orbitą Marsa i Jowisza, w odległości 2,2- 3,3 jednostek astronomicznych (AU) od Słońca. Oszacowana wartość masy planetoid w głównym pasie nie przekracza 0.001 masy Ziemi. Niektóre z planetoid wykazują okresowe zmiany jasności spowodowane ich rotacją. W większości przypadków okresy rotacji zawierają się w granicach od 2 do 20 godzin.

Aby dobrze zrozumieć budowę fizyczną oraz umiejscowienie planetoid należałoby cofnąć się w czasie o około 4,6 miliarda lat do początkowej fazy formowania się Układu Słonecznego. W wirującej, wokół młodego Słońca, mgławicy słonecznej, czyli obłoku gazu i pyłu dominowały procesy, które w wyniku zderzeń zachodzących pomiędzy ziarnami pyłu doprowadziły do powstania obiektów zwanych planetezymalami o rozmiarach od metrów do kilometrów. Mówiąc w ogromnym uproszczeniu, ten proces i następujący po nim proces zderzania się planetezymali ostatecznie doprowadził do powstania planet. Pozostała jednak ogromna ilość planetezymali, z których nie utworzyły się planety i przetrwały one czas, jaki upłynął od ich powstania w praktycznie niezmienionej postaci. Powstanie masywnego Jowisza uniemożliwiło uformowanie się jakichkolwiek planet pomiędzy jego orbitą i orbitą Marsa. Oddziaływanie grawitacyjne Jowisza powodowało ciągłe zderzenia pomiędzy istniejącymi w tym obszarze planetezymalami, co w efekcie doprowadziło do ich fragmentacji na planetoidy, które dzisiaj możemy obserwować. Zakładając, że materia z której zbudowane są te obiekty do dnia dzisiejszego zachowała się w swej pierwotnej postaci, ich badanie może dostarczyć nam wiedzy na temat warunków panujących we wczesnym Układzie Słonecznym. Według aktualnych modeli pas główny planetoid w momencie powstania znacznie różnił się pod względem liczby obiektów ich masy oraz parametrów ich orbit od tego, który istnieje obecnie. Dopiero kolejny etap ewolucji doprowadził do powstania pasa asteroid w jego obecnej postaci. Rozkład planetoid w głównym pasie jest nierównomierny, istnieją również grupy planetoid, poruszające się poza pasem głównym; do nich należą między innymi Trojańczycy, czyli dwie grupy planetoid, które krążą wokół Słońca po orbitach bardzo podobnych do orbity Jowisza. Skupione są one wokół tzw. punktów libracji.

Niektóre planetoidy poruszają się po prawie identycznych orbitach, tworząc tzw. rodziny Hirayamy. Uważa się, że planetoidy każdej rodziny stanowią fragmenty większej planetoidy, która kiedyś uległa zniszczeniu.

Informacje na temat własności fizycznych powierzchni planetoid mogą być uzyskane między innymi w wyniku analizy widma odbitego światła słonecznego, w tym przypadku identyfikacja pasm absorpcyjnych pozwala na ustalenie powierzchniowego składu chemicznego tych obiektów. Innym źródłem informacji jest analiza ich albedo (albedo to stosunek ilości promieniowania odbitego od danej powierzchni do ilości promieniowania padającego).

Pod względem składu chemicznego asteroidy wykazują znaczne zróżnicowanie, jednak bazując na uzyskanych danych obserwacyjnych, możliwa jest ich klasyfikacja. Najbardziej liczną grupę stanowią planetoidy typu C i S. Świecące czerwonawo planetoidy typu S występują w wewnętrznej części głównego pasa (2-3,5 AU), ich warstwy powierzchniowe wykazują obecność krzemianów, takich jak oliwiny czy pirokseny oraz metali – żelaza i niklu, charakteryzują się niską zawartością substancji lotnych. Przedstawione własności są podobne do własności meteorytów kamienno-żelaznych. Asteroidy typu C, najbardziej liczne spośród wszystkich planetoid, są obiektami bardzo ciemnymi, ich albedo zawiera się w przedziale 0,03 – 0,07. Są bogate w węgiel, a znaczna ich część zawiera sporo substancji lotnych, szczególnie wody. Na uwagę zasługują planetoidy typu M, szczególnie bogate w metale (żelazo, nikiel). Uważa się, że ich materia przynajmniej częściowo przeszła proces różnicowania.

Analizując własności planetoid widać wyraźną zależność ich składu chemicznego od odległości od Słońca. Jest bardzo prawdopodobne, że różnice pomiędzy różnymi typami planetoid w zależności od odległości od Słońca powstały w wyniku procesu kondensacji zachodzącej w mgławicy słonecznej. Bliżej Słońca, blisko wewnętrznej krawędzi pasa asteroid, tam gdzie temperatura była wyższa, kondensowało więcej związków trwałych takich jak krzem. W dalszej odległości od Słońca, temperatura spadła na tyle, aby umożliwić kondensację bardziej lotnych związków, które wzbogaciły skład chemiczny asteroid obecnych w tym regionie.