Ein Kuriosum unseres Sonnensystems im Visier: Durch die bisher detailliertesten Aufnahmen haben Astronomen neue Erkenntnisse über den bizarren Asteroiden (216) Kleopatra und seine beiden Monde gewonnen. Anhand der Daten konnten sie die 3D-Form und die Masse des Hundeknochen-förmigen Himmelskörpers genauer bestimmen als zuvor. Die Ergebnisse liefern dabei Hinweise auf den inneren Aufbau Kleopatras und werfen Licht auf die Entstehungsgeschichte des kleinen Dreiersystems, das aus dem Asteroiden und den Monden Alexhelios und Cleoselene besteht.
Der Blick richtet sich auf den Asteroiden-Hauptgürtel unseres Sonnensystems: Im Bereich zwischen den Planetenbahnen von Mars und Jupiter kreist dort ein Großteil der bekannten Asteroiden um unseren Zentralstern. Eines der größten Exemplare wurde nach seiner Entdeckung im Jahr 1980 nach der altägyptischen Herrscherin Kleopatra benannt. Später zeigten Radarbeobachtungen dann, dass dieser Himmelskörper eine ungewöhnliche Form besitzt: Zwei Verdickungen sind durch eine Art Hals miteinander verbunden. Dies hat Kleopatra den Spitznamen “Hundeknochen-Asteroid“ eingebracht. Im Jahr 2008 entdeckten Astronomen zudem, dass Kleopatra von zwei kleinen Monden umkreist wird. Entsprechend der Namensvorgabe wurden sie nach den Kindern der ägyptischen Pharaonin Alexhelios und Cleoselene benannt.
3D-Modell entwickelt
Trotz erster Einschätzungen und Aufnahmen blieben die Details des Dreiersystems bisher allerdings unklar. Deshalb hat es das internationale Forscherteam um Franck Marchis vom SETI Institute in Mountain View erneut ins Visier genommen. Ihre Ergebnisse haben die Astronomen dabei in zwei Studien aufgeteilt. Bei der ersten standen die Auswertungen von Daten des Spektro-Polarimetrischen Hochkontrast-Exoplaneten-Forschungsinstruments (SPHERE) am Very Large Teleskope der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile im Fokus. Die Astronomen vereinten dabei zahlreiche Schnappschüsse des Asteroiden, die ihn aufgrund seiner Drehung aus verschiedenen Blickwinkeln zeigten.
So konnten sie schließlich das bisher genaueste 3D-Modell von Kleopatra erstellen und damit die Ausmaße des Asteroiden und seine Hundeknochen-Gestalt detailliert dokumentieren. Der Himmelskörper ist demnach etwa 270 Kilometer lang und eine der beiden Verdickungen ist größer als die andere. Anhand der Oberflächendaten ließ sich zudem das Volumen von Kleopatra besser eingrenzen als zuvor, berichten die Wissenschaftler.
Diese Informationen waren wiederum mit den Kernaussagen der zweiten Studie des Teams verknüpft. Darin berichten die Astronomen, wie sie SPHERE-Beobachtungsdaten nutzten, um die korrekten Bahnen der Monde Alexhelios und Cleoselene zu bestimmen. Dabei zeigte sich: Sie bewegen sich nicht auf Bahnen um Kleopatra, wie sie frühere Einschätzungen vorhergesagt hatten. “Das musste geklärt werden”, sagt der Erstautor der zweiten Studie, Miroslav Brož von der Karls-Universität in Prag. “Denn wenn die Umlaufbahnen der Monde falsch waren, muss auch die bisher vermutete Masse von Kleopatra falsch gewesen sein.” Dank der neuen Beobachtungen und einer ausgefeilten Modellierung gelang es dem Team dann schließlich, genau zu beschreiben, wie Kleopatras Schwerkraft die Bewegungen der Monde beeinflusst, und wie die komplexen Bahnen von Alexhelios und Cleoselene entstehen. Daraus ging somit auch die Masse des Asteroiden hervor, die 35 Prozent unter den bisherigen Schätzungen lag.
Fliegender “Trümmerhaufen”
Durch die Kombination der neuen Schätzungen für Volumen und Masse konnten die Astronomen einen neuen Wert für die Dichte des Asteroiden berechnen. Sie beträgt 3,4 Gramm pro Kubikzentimeter, während bisher angenommen wurde, dass Kleopatra eine mittlere Dichte von etwa 4,5 Gramm pro Kubikzentimeter besitzt. Wie die Forscher erklären, deuten diese Werte darauf hin, dass der Asteroid eine eher poröse Struktur hat und kaum mehr als ein “Trümmerhaufen” sein könnte. Das bedeutet, dass er sich wahrscheinlich gebildet hat, als sich das Material nach einem gigantischen Einschlag wieder zusammenballte, erklären die Astronomen.
Kleopatras Trümmerhaufenstruktur und die recht hohe Rotationsrate des Asteroiden geben damit auch Hinweise darauf, wie sich die beiden Monde gebildet haben könnten. Der Asteroid rotiert demnach nah an einer kritischen Geschwindigkeit, ab der er auseinanderfallen würde. Dadurch können selbst kleine Einschläge Material von seiner Oberfläche abheben lassen. Die Wissenschaftler vermuten deshalb, dass Alexhelios und Cleoselene aus solchem Verlustmaterial entstanden sind, was bedeutet, dass Kleopatra diese Monde tatsächlich gleichsam geboren hat.
“Kleopatra ist wirklich ein ganz besonderer Himmelskörper unseres Sonnensystems”, sagt Marchis. “Ich denke, dass das Verständnis dieses komplexen Asteroidensystems uns helfen kann, mehr über unser Sonnensystem zu erfahren. Denn die Wissenschaft macht oft Fortschritte dank der Untersuchung von seltsamen Sonderlingen“, so der Astronom. Bei der weiteren Untersuchung des Kleopatra-Systems hoffen er und seine Kollegen nun auf den verschärften Blick des Extremely Large Telescope (ELT) der ESO, das 2027 in Betrieb gehen soll. „Ich kann es kaum erwarten, das ELT auf Kleopatra zu richten, um zu sehen, ob es weitere Monde gibt, und um weitere Details zu erkennen”, sagt Marchis abschließend.
Quelle: ESO
Neues zum Vulkanismus auf der Rückseite des Mondes
