{"id":18979,"date":"2010-02-16T20:20:16","date_gmt":"2010-02-16T19:20:16","guid":{"rendered":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2010\/02\/16\/vanderwaalskrafte-halten-die-asteroiden-zusammen\/"},"modified":"2025-05-14T16:02:56","modified_gmt":"2025-05-14T14:02:56","slug":"vanderwaalskrafte-halten-die-asteroiden-zusammen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2010\/02\/16\/vanderwaalskrafte-halten-die-asteroiden-zusammen\/","title":{"rendered":"Van-der-Waals-Kr\u00e4fte halten die Asteroiden zusammen!"},"content":{"rendered":"

Im ersten Teil der Trag\u00f6die wollte Dr. Faust damals ja unbedingt herausfinden, „was die Welt
\nIm Innersten zusammenh\u00e4lt<\/a>„<\/i> und ist daf\u00fcr auch nicht vor einem Pakt mit dem Teufel zur\u00fcckgeschreckt. Ob sich auch Daniel Scheeres<\/i> und seine Kollegen von der Universit\u00e4t von Colorado mit dem Leibhaftigen zusammengetan haben, wei\u00df ich nicht – aber sie haben herausgefunden, was die Asteroiden<\/i> zusammenh\u00e4lt. Und das ist nicht die Gravitationskraft, wie man vielleicht glauben w\u00fcrde…<\/p>\n

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Bevor wir \u00fcber Asteroiden reden, sollten wir zuerst \u00fcber die Planetenentstehung reden. Denn fr\u00fcher mal gab es nur Staub und Gas und beides bewegte sich in einer Scheibe um die Sonne. Ludmila hat sch\u00f6n erkl\u00e4rt<\/a>, wie daraus dann die Planeten entstanden sind. <\/p>\n

Die ganz kurze Version: die Staubk\u00f6rner haben sich zu immer gr\u00f6\u00dferen Objekten zusammengeballt, bis irgendwann Planetoiden<\/i> 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.<\/p>\n

Wenn diese Asteroiden gro\u00df genug sind, dann \u00e4hneln sie aus physikalischer Sicht eher den Planeten (die ganz gro\u00dfen Asteroiden wie Pluto<\/i> oder Ceres<\/i> 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.<\/p>\n

Hier geht man davon aus, dass es sich eher um lose Ansammlungen von gr\u00f6\u00dferen und kleineren Brocken handelt – sogenannten „rubble piles“<\/i> bzw „Tr\u00fcmmerhaufen“. Das sieht man wundersch\u00f6n am Asteroiden Itokawa<\/a><\/i> der 2005 von der japanischen Raumsonde Hayabusa<\/i> besucht wurde (man ist damals sogar auf dem Asteroiden gelandet und hat Bodenproben genommen die nun wieder zur\u00fcck zur Erde geflogen werden). Auf diesem Bild sieht man sch\u00f6n, wie der kleine Asteroid (etwa 500 x 300 x 200 Meter gro\u00df) sich aus vielen einzelnen Brocken zusammensetzt:<\/p>\n

\"i-a5318e6340e8b9f92124861898adfd09-asteroid-itokawa-desk-10241-thumb-500x375.jpg\"<\/a><\/form>\n

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Bild: (c) JAXA<\/a><\/small><\/div>\n

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Hier ist nochmal eine Nahaufname:<\/p>\n\"i-051b44c525b05014936a2b64db8d500d-itokawa06_hayabusa-thumb-500x298.jpg\"<\/a><\/form>\n

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Bild: (c) JAXA<\/a><\/small><\/div>\n

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Nun stehen diese Asteroiden aber nicht still, sondern sie drehen sich wie alle Himmelsk\u00f6rper um ihre Achse. Manche sind dabei wirklich schnell und brauchen f\u00fcr 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<\/i>.<\/p>\n

Was h\u00e4lt die Asteroiden also zusammen? Diese Fragen haben sich Daniel Scheeres und seine Kollegen von den Universit\u00e4ten in Colorado und Nottingham gestellt und ein komplett neues Modell f\u00fcr kleine Asteroiden entwickelt. K\u00fcrzlich ist ihre extrem umfangreiche Arbeit „Scaling forces to asteroid surfaces: The role of cohesion<\/i>„<\/a> bei arXiv erschienen. Darin fassen die Autoren zuerst nocheinmal die Beobachtungsdaten zusammen und stellen klar, dass die Oberfl\u00e4chen der kleinen Asteroiden von losem Regolith<\/a> 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 Kr\u00e4fte in Betracht ziehen.<\/p>\n

Dazu haben die Forscher ein detailliertes Modell entwickelt und die relativen St\u00e4rken der verschiedensten Kr\u00e4fte untersucht. Dazu haben sie zuerst einmal geschaut, wie gro\u00df die Beschleunigungskr\u00e4fte an der Oberfl\u00e4che eines Asteroiden sind. Im Gegensatz zur Erde (und anderen Planeten) sind die n\u00e4mlich nicht \u00fcberall gleich gro\u00df sondern k\u00f6nnen stark varieren. Das sieht man in diesem Bild recht gut – es zeigt den Hauptk\u00f6rper des Doppelasteroiden 1999 KW4 und die Farben geben die unterschiedliche St\u00e4rke der Oberfl\u00e4chenbeschleunigung an unterschiedlichen Orten an:<\/p>\n\"i-4e86276b1609a212b6925649d3b51227-scheere1-thumb-500x356.jpg\"<\/a><\/form>\n

Scheeres et al (2010)<\/a><\/small><\/em><\/div>\n

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Nun wurden der Reihe nach die verschiedenen Kr\u00e4fte analysiert, die auf die Staubteilchen und kleinen Brocken wirken k\u00f6nnen. Neben der Kr\u00e4fte die durch Gravitation und Rotation entstehen, sind die folgenden von Bedeutung:<\/p>\n

Die Festk\u00f6rperreibung<\/b><\/a>: das ist die Kraft, die zwischen zwei sich ber\u00fchrenden Festk\u00f6rpern auftritt und von einem materialabh\u00e4ngigen Reibungskoeffizienten<\/i> und der Normalkraft<\/a> abh\u00e4ngt. <\/p>\n

Die Eigengravitation<\/b>: man darf bei so kleinen Skalen nicht nur das gesamte Gravitationspotential in Betracht ziehen sondern muss auch die Gravitationskraft ber\u00fccksichtigen, die direkt zwischen den einzelnen kleinen Teilchen wirkt. <\/p>\n

Elektrostatische Kr\u00e4fte<\/b>: Djurch den photoelektrischen Effekt<\/a> k\u00f6nnen Elektronen aus der Asteroidenoberfl\u00e4che herausgeschlagen werden; durch den Sonnenwind treffen Elektronen auf der Oberfl\u00e4che auf. Das f\u00fchrt zu einem r\u00e4umlich und zeitlich variablen elektrischen Feld, das ber\u00fccksichtigt werden mu\u00df. Den kleine Staubk\u00f6rner, die elektrostatisch aufgeladen sind, k\u00f6nnen dann mit diesem Feld wechselwirken und eine Kraft erfahren. So einen „schwebenden Staub“ hat man vermutlich schon auf dem Mond beobachtet. Die Apollo-Astronauten (aber auch Teleskope auf der Erde) haben immer wieder seltsame Lichtph\u00e4nomen<\/a> gesehen, die auf genau diesen schwebenden Staub zur\u00fcckgef\u00fchrt werden k\u00f6nnen<\/a>.<\/p>\n

<\/p>\n\"i-e2800d86713a88da045064a645754496-Apollo_17_twilight_ray_sketch.jpg\"<\/form>\n

Skizze der Apollo-17 Astronauten die die „Twilight Rays“ zeigt <\/a><\/small><\/em><\/div>\n

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Die Sonnenstrahlung selbst \u00fcbt einen Strahlungsdruck<\/b> aus – die Photonen des Lichts treffen auf die Staubteilchen und \u00fcben eine Kraft aus. Diese Kraft kann oft so stark sein, dass Staubteilchen dadurch direkt aus der Oberfl\u00e4che „herausgeschlagen“ werden und die gravitativen Anziehungskraft \u00fcberwinden. <\/p>\n

Dann gibt es noch die Van-der-Waals-Kr\u00e4fte<\/b><\/a> – das ist die Kraft, die direkt zwischen den Atomen bzw. Molek\u00fclen wirkt. Die kann an der Oberfl\u00e4che eines Asteroiden sogar st\u00e4rker wirken als zwischen vergleichbaren Teilchen auf der Erde weil das Vakuum des Alls besonders „sauber“ ist und sich die Teilchen besonders nahe kommen k\u00f6nnen.<\/p>\n

F\u00fcr all diese Kr\u00e4fte haben Scheeres und seine Kollegen nun berechnet, wie stark sie sich auf Teilchen verschiedener Gr\u00f6\u00dfenordnungen auswirken w\u00fcrden:<\/p>\n\"i-fb275103a1e1fd7924db6f14b16d2d7e-scheerer2-thumb-500x361.jpg\"<\/a><\/form>\n

Scheeres et al (2010)<\/a><\/small><\/em><\/b><\/div>\n

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Man sieht in diesem Bild schon recht gut, dass die Van-der-Waals-Kr\u00e4fte bei kleinen Teilchen dominieren. Hier sind sie st\u00e4rker als die \u00fcbrigen Kr\u00e4fte (die verschiedenen Werte f\u00fcr „S“ im Diagramm bei den Van-der-Waals-Kr\u00e4ften entsprechen verschiedenen „Sauberkeiten“ der Oberfl\u00e4che). Man sieht auch, dass der Strahlungsdruck (die hellblaue Linie – „SRP“) bei fast allen Teilchengr\u00f6\u00dfen geringer ist als die Van-der-Waals-Kraft. <\/p>\n

Die kleinen Partikel der kleinen Asteroiden scheinen also tats\u00e4chlich haupts\u00e4chlich von der Van-der-Waals-Kraft zusammengehalten zu werden!<\/p>\n

Scheeres und seine Kollegen haben auch den sogenannten YORP-Effekt<\/i> in ihre \u00dcberlegungen mit einbezogen. Das „YORP“ steht f\u00fcr die Nachnahmen der Entdecker dieses Ph\u00e4nomens: Yarkovsky-O’Keefe-Radzievskii-Paddack. Der YORP-Effekt \u00e4u\u00dfert sich in einer Ver\u00e4nderung der Rotationsgeschwindigkeit eines Asteroiden bei Sonneneinstrahlung. Denn die W\u00e4rme wird unterschiedlich stark abgestrahlt; je nachdem wie die lokalen Bedingungen an der Oberfl\u00e4che sind. Durch die abgestrahlte W\u00e4rme wirkt aber auch eine Kraft (es werden ja Photonen abgestrahlt) und wenn die Kr\u00e4fte an unterschiedlichen Punkten der Oberfl\u00e4che unterschiedlich stark sind, dann \u00e4ndert das die Rotationsperiode eines Asteroiden.<\/p>\n

Geht man nun davon aus, dass die Asteroiden aus einer losen Ansammlung von gro\u00dfen und kleinen Brocken bestehen, dann kann sich der YORP-Effekt folgenderma\u00dfen auswirken: Unter dem YORP-Effekt kann sich die Rotationsgeschwindigkeit erh\u00f6hen. Durch die dann st\u00e4rker wirkenden Zentripetalkr\u00e4fte wirft der Asteroid erstmal die gro\u00dfen Brocken ins All (so entstehen vermutlich auch die Asteroidenmonde und Doppelasteroiden). Das geht so weiter – nur die kleinen Teilchen bleiben \u00fcbrig die dank der Van-der-Waals-Kraft stark genug zusammenhalten.<\/p>\n

Gro\u00dfe Brocken werden also eher verloren als kleine – die Asteroiden sollten sich im Laufe der Zeit deswegen immer weiter aufspalten wobei die einzelnen gro\u00dfen Bruchst\u00fccken vom kleinen, „zusammenklebenden“ Regolith bedeckt sind.<\/p>\n

Das sind interessante Thesen – die man sicherlich nun in die Modelle zur Gr\u00f6\u00dfenverteilung der Asteroiden einarbeiten wird! Der Artikel enth\u00e4lt noch viel mehr interessante Infos (er hat 54 Seiten!) – es scheint, dass sich in Zukunft einiges an unserem Bild der kleinen Asteroiden \u00e4ndern wird!<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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