Wissenschaftler beobachten erstmals den YORP-Effekt

Das Forschungsobjekt der Astronomen - der Asteroid 2000 PH5, aufgenommen mit dem 3,5-Meter Teleskop im spanischen Calar Alto. Bild: Stephen C. Lowry

Ein internationales Wissenschaftlerteam hat erstmals einen Asteroiden beobachtet, der seine Rotationsgeschwindigkeit ändert. Die Astronomen aus den USA und Europa - darunter auch Hermann Boehnhardt vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung - benutzten leistungsfähige optische und Radar-Teleskope, um den erdnahen Asteroiden 2000 PH5 zu vermessen.

Sie fanden dabei heraus, dass der Asteroid jedes Jahr um eine Millisekunde schneller rotiert. Ein solches Phänomen - der Yarkovsky-O’Keefe-Radzievskii-Paddack, kurz YORP-Effekt - war schon seit längerem theoretisch vorhergesagt, bisher aber noch nie beobachtet worden. Der YORP-Effekt tritt auf, weil die Sonne die Oberfläche des Asteroiden aufheizt. Wenn die Wärme als Strahlung wieder abgegeben wird, entsteht ein kleines Drehmoment. Dadurch kann sich die räumliche Lage der Rotationsachse verändern, aber auch die Rotationsgeschwindigkeit verlangsamen oder beschleunigen - letzteres ist beim Asteroiden 2000 PH5 der Fall. Irgendwann könnte er sogar zum am schnellsten rotierenden Asteroiden unseres Sonnensystems werden. (Science Express, 8. März 2007).

Europäischen und amerikanischen Wissenschaftlern ist es gelungen, den YORP-Effekt erstmals direkt zu beobachten. Dieser Yarkovsky-O’Keefe-Radzievskii-Paddack (YORP) - Effekt bestimmt die Art und Weise wie kleine Körper im Sonnensystem, etwa Meteoriten oder Asteroiden, rotieren. Der Effekt beruht auf dem Sonnenlicht, das die Oberfläche von Asteroiden und Meteoriten trifft und deren Oberfläche erwärmt. Wenn diese die Wärme wieder abstrahlen führt das zu einem leichten Rückstoßeffekt, der Körper erhält ein Drehmoment und ändert seine Rotationsbewegung. Im Prinzip funktioniert so etwas auch auf der Erde: Wenn man lange genug Licht auf ein Windrad strahlen ließe, würde dieses irgendwann anfangen sich zu drehen.

Obwohl der YORP-Effekt eine sehr schwache und kaum zu messende Kraft ist, könnte er die Ursache sein, dass manche Asteroiden so schnell rotieren, dass sie auseinander brechen. Andere Asteroiden können durch den Effekt sogar abgebremst werden, so dass es mehrere Tage dauert bis sie sich ein einziges Mal um ihre Achse gedreht haben. Der YORP-Effekt spielt auch eine wichtige Rolle, bei der Beschreibung der Umlaufbahn von Asteroiden. Trotz dieser wichtigen Bedeutung bis jetzt noch nie aktiv beobachtet werden, wie der YORP-Effekt tatsächlich auf einen bestimmten Asteroiden im Sonnensystem wirkt.

Dies gelang nun dem Wissenschaftlerteam, indem es mehrere leistungsfähige optische und Radar-Teleskope kombinierte. Denn kurz nach der Entdeckung des Asteroiden 2000 PH5 im Jahr 2000 wurde den Forschern klar, dass er ein idealer Kandidat für einen Asteroiden mit YORP-Effekt wäre. Mit seinem Durchmesser von nur 114 Metern war er ziemlich schmal und deshalb anfällig für den Effekt. Außerdem rotierte er ziemlich schnell - eine Umdrehung des Asteroiden dauert nur 12 Minuten - der YORP-Effekt musste also bereits seit einer ganzen Weile gewirkt haben. Das Team begann daraufhin mit einer Langzeitbeobachtungen des Asteroiden, um eine Änderung der Rotationsgeschwindigkeit feststellen zu können.

Über einen Zeitraum von vier Jahren, nahmen die Forscher Bilder des Asteroiden auf. Sie benutzten dafür ein breites Spektrum an optischen Teleskopen, darunter das 8.2-Meter Very Large Telescope Array und das 3,5-Meter New Technology Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile, das 3,5-Meter Teleskop im spanischen Calar Alto und einige weitere in Tschechien, den Kanaren, Hawaii, Spanien und Chile. Besonders interessierten sie die leichten Helligkeitsunterschiede, die durch die Rotation des Asteroiden entstehen.

Gleichzeitig kümmerte sich die Radar-Gruppe am Arecibo Observatorium in Puerto Rico und am kalifornischen Goldstone Observatorium um den Asteroiden. Sie schickte Radarpulse zu 2000 PH5 und analysierten die Echos. Mit dieser Technik konnten die Astronomen ein dreidimensionales Bild des Asteroiden konstruieren und schließlich einen YORP-Effekt-Wert berechnen, den sie mit den Daten aus den Messungen der optischen Teleskope verglichen.

Die sorgfältige Analyse der Daten brachte die Gewissheit: Die Rotationsgeschwindigkeit des Asteroiden nahm zu, und zwar in einem Ausmaß, der durch den YORP-Effekt erklärt werden kann. Schon nach einem Jahr drehte sich der Asteroid eine Millisekunde schneller.

Um vorherzusagen, wie sich der Asteroid weiter verhalten wird, führten die Wissenschaftler Computersimulationen durch. Wenn 2000 PH5 seine Umlaufbahn um die Sonne beibehält, könnte er eines Tages seine Rotationsgeschwindigkeit auf 20 Sekunden verringern, und sich somit schneller drehen als jeder andere bekannte Himmelskörper. Bis es so weit ist, muss allerdings noch etwas Zeit vergehen - und zwar 35 Millionen Jahre.

Quelle: Pressemitteilung Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.