Zentaur (kleiner Körper des Sonnensystems) - Centaur (small Solar System body)

Positionen bekannter Objekte des äußeren Sonnensystems.
Die Zentauren kreisen im Allgemeinen innerhalb des Kuipergürtels und außerhalb der Jupiter-Trojaner .
  Sonne
  Jupiter-Trojaner  (6,178)
  Streuscheibe  (>300)   Neptun-Trojaner  (9)
  Riesenplaneten : Jupiter (J)  · Saturn (S)  · Uranus (U)  · Neptun (N)
  Zentauren  (44.000)
  Kuipergürtel  (>100.000)
(Skala in AE ; Epoche ab Januar 2015; Anzahl der Objekte in Klammern)

Ein Zentaur ist in der planetaren Astronomie ein kleiner Körper des Sonnensystems mit entweder einem Perihel oder einer großen Halbachse zwischen denen der äußeren Planeten . Zentauren haben im Allgemeinen instabile Umlaufbahnen, weil sie die Umlaufbahnen eines oder mehrerer der Riesenplaneten kreuzen oder gekreuzt haben; fast alle ihre Umlaufbahnen haben eine dynamische Lebensdauer von nur wenigen Millionen Jahren, aber es gibt einen bekannten Zentauren, 514107 Kaʻepaokaʻawela , der sich in einer stabilen (wenn auch rückläufigen) Umlaufbahn befinden könnte . Zentauren weisen typischerweise die Eigenschaften von Asteroiden und Kometen auf . Sie sind nach den mythologischen Zentauren benannt , die eine Mischung aus Pferd und Mensch waren. Die Beobachtungsverzerrung gegenüber großen Objekten macht die Bestimmung der Gesamtpopulation der Zentauren schwierig. Schätzungen für die Anzahl der Zentauren im Sonnensystem mit einem Durchmesser von mehr als 1 km reichen von nur 44.000 bis über 10.000.000

Der erste Zentaur, der nach der Definition des Jet Propulsion Laboratory und des hier verwendeten Zentauren entdeckt wurde , war 1920 944 Hidalgo . Sie wurden jedoch bis zur Entdeckung von 2060 Chiron im Jahr 1977 nicht als eigenständige Population anerkannt . Der größte bestätigte Zentaur ist 10199 Chariklo , das mit einem Durchmesser von 260 Kilometern so groß wie ein mittelgroßer Hauptgürtel- Asteroid ist und für ein Ringsystem bekannt ist . Es wurde 1997 entdeckt.

Kein Zentaur wurde die Nähe fotografiert, obwohl es Anzeichen dafür, dass Saturn ‚s Mond Phoebe , durch die abgebildete Cassini Sonde im Jahr 2004 kann ein aufgenommenes Zentaur, die im Ursprung seines Kuiper - Gürtel . Darüber hinaus hat das Hubble-Weltraumteleskop einige Informationen über die Oberflächenmerkmale von 8405 Asbolus gesammelt .

Ceres mag in der Region der äußeren Planeten entstanden sein und könnte als Ex-Zentaur angesehen werden, aber die heute gesehenen Zentauren stammen alle anderswo.

Von den Objekten, von denen bekannt ist, dass sie Zentauren-ähnliche Umlaufbahnen besetzen, wurden etwa 30 kometenähnliche Staubkomas gefunden , wobei drei, 2060 Chiron , 60558 Echeclus und 29P/Schwassmann-Wachmann 1, nachweisbare Mengen an flüchtiger Produktion in Umlaufbahnen aufweisen jenseits von Jupiter. Chiron und Echeclus werden daher sowohl als Zentauren als auch als Kometen klassifiziert, während Schwassmann-Wachmann 1 seit jeher eine Kometenbezeichnung trug. Andere Zentauren, wie zum Beispiel 52872 Okyrhoe , stehen im Verdacht, Komas gezeigt zu haben . Es wird erwartet, dass jeder Zentaur, der nahe genug an der Sonne gestört wird, ein Komet wird.

Einstufung

Die allgemeine Definition eines Zentauren ist ein kleiner Körper, der die Sonne zwischen Jupiter und Neptun umkreist und die Bahnen eines oder mehrerer der Riesenplaneten kreuzt. Aufgrund der inhärenten langfristigen Instabilität der Umlaufbahnen in dieser Region befinden sich selbst Zentauren wie 2000 GM 137 und 2001 XZ 255 , die derzeit die Umlaufbahn eines Planeten nicht durchqueren, in allmählich wechselnden Umlaufbahnen, die gestört werden, bis sie beginnen zu die Umlaufbahn eines oder mehrerer Riesenplaneten überqueren. Einige Astronomen zählen nur Körper mit großen Halbachsen im Bereich der äußeren Planeten zu den Zentauren; andere akzeptieren jeden Körper mit einem Perihel in der Region, da ihre Umlaufbahnen ähnlich instabil sind.

Abweichende Kriterien

Verschiedene Institutionen haben jedoch unterschiedliche Kriterien für die Klassifizierung von Grenzlinienobjekten, basierend auf bestimmten Werten ihrer Orbitalelemente :

  • Das Minor Planet Center (MPC) definiert Zentauren mit einem Perihel jenseits der Umlaufbahn von Jupiter ( 5,2 AE < q ) und einer kleineren Halbachse als die von Neptun ( a < 30,1 AE ). Obwohl die MPC heutzutage Zentauren und verstreute Scheibenobjekte oft als eine einzige Gruppe auflistet .
  • Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) definiert in ähnlicher Weise Zentauren mit einer großen Halbachse a zwischen denen von Jupiter und Neptun ( 5,5 AU ≤ a ≤ 30,1 AU ).
  • Im Gegensatz dazu definiert der Deep Ecliptic Survey (DES) Zentauren mithilfe eines dynamischen Klassifikationsschemas. Diese Klassifikationen basieren auf der simulierten Verhaltensänderung der gegenwärtigen Umlaufbahn über 10 Millionen Jahre. Der DES definiert Zentauren als nicht-resonante Objekte, deren momentane ( schnaufende ) Perihelien zu jedem Zeitpunkt der Simulation kleiner als die oskulierende große Halbachse von Neptun sind. Diese Definition soll gleichbedeutend mit planetenüberquerenden Umlaufbahnen sein und auf vergleichsweise kurze Lebensdauern in der aktuellen Umlaufbahn hindeuten.
  • Die Sammlung The Solar System Beyond Neptune (2008) definiert Objekte mit einer großen Halbachse zwischen denen von Jupiter und Neptun und einem Jupiter-relativen Tisserand-Parameter über 3,05 als Zentauren, klassifiziert die Objekte mit einem Jupiter-relativen Tisserand-Parameter darunter und, um Kuipergürtel- Objekte auszuschließen , einen willkürlichen Perihel- Cut-off auf halbem Weg zum Saturn ( q ≤ 7,35 AE ) als Kometen der Jupiter-Familie , und diese Objekte auf instabilen Umlaufbahnen mit einer größeren Halbachse als Neptuns als Mitglieder der Zerstreuten zu klassifizieren Rabatt.
  • Andere Astronomen ziehen es vor, Zentauren als Objekte zu definieren, die nicht mit einem Perihel innerhalb der Umlaufbahn von Neptun in Resonanz stehen und von denen gezeigt werden kann, dass sie innerhalb der nächsten 10 Millionen Jahre die Hill-Sphäre eines Gasriesen durchqueren , so dass man sich Zentauren vorstellen kann als nach innen gestreute Objekte, die stärker interagieren und schneller streuen als typische Streuscheibenobjekte.
  • Die JPL Small-Body Database listet 452 Zentauren auf. Es gibt weitere 116  transneptunische Objekte (Objekte mit einer großen Halbachse weiter als die von Neptun, dh 30,1 AE ≤ a ) mit einem Perihel, das näher ist als die Umlaufbahn von Uranus ( q ≤ 19,2 AE ).

Mehrdeutige Objekte

Die Kriterien von Gladman & Marsden (2008) würden einige Objekte zu Kometen der Jupiter-Familie machen: Sowohl Echeclus ( q = 5,8 AU , T J = 3,03 ) als auch Okyrhoe ( q = 5,8 AU ; T J = 2,95 ) wurden traditionell als Zentauren klassifiziert. Traditionell als Asteroid betrachtet, aber vom JPL als Zentaur klassifiziert, würde Hidalgo ( q = 1,95 AU ; T J = 2,07 ) ebenfalls die Kategorie in einen Kometen der Jupiter-Familie ändern. Schwassmann-Wachmann 1 ( q = 5,72 AU ; T J = 2,99 ) wurde je nach verwendeter Definition sowohl als Zentaur als auch als Komet der Jupiter-Familie kategorisiert.

Andere Objekte, die zwischen diesen unterschiedlichen Klassifizierungsmethoden gefangen wurden, umfassen (44594) 1999 OX 3 , das eine große Halbachse von 32 AE hat, aber die Umlaufbahnen von Uranus und Neptun kreuzt. Es wird vom Deep Ecliptic Survey (DES) als äußerer Zentaur aufgeführt . Unter den inneren Zentauren (434620) 2005 VD , mit einer Perihelentfernung ganz in der Nähe von Jupiter, wird sowohl von JPL als auch von DES als Zentaur aufgeführt.

Eine kürzlich durchgeführte Orbitalsimulation der Entwicklung von Kuipergürtel-Objekten durch die Zentaurenregion hat ein kurzlebiges " Orbital-Gateway " zwischen 5,4 und 7,8 AE identifiziert, durch das 21% aller Zentauren hindurchgehen, einschließlich 72% der Zentauren, die zur Jupiter-Familie werden Kometen. Es ist bekannt, dass vier Objekte diese Region besetzen, darunter 29P/Schwassmann-Wachmann , P/2010 TO20 LINEAR-Grauer , P/2008 CL94 Lemmon und 2016 LN8, aber die Simulationen deuten darauf hin, dass es in der Größenordnung von 1000 weiteren Objekten >1 km in . geben kann Radius, der noch erkannt werden muss. Objekte in dieser Gateway-Region können eine signifikante Aktivität aufweisen und befinden sich in einem wichtigen evolutionären Übergangszustand, der die Unterscheidung zwischen den Kometenpopulationen der Zentauren und der Jupiterfamilie weiter verwischt.

Das Committee on Small Body Nomenclature der Internationalen Astronomischen Union hat sich auf keiner Seite der Debatte formell beteiligt. Stattdessen hat es die folgende Namenskonvention für solche Objekte übernommen: Passend zu ihren zentaurenähnlichen Übergangsbahnen zwischen TNOs und Kometen sollen "Objekte auf instabilen, nicht resonanten, Riesenplaneten durchquerenden Bahnen mit großen Halbachsen größer als Neptuns" sein benannt nach anderen hybriden und formwandelnden Fabelwesen. Bisher wurden nur die Binärobjekte Ceto und Phorcys sowie Typhon und Echidna nach der neuen Richtlinie benannt.

Zentauren mit gemessenen Durchmessern, die laut Mike Browns Website als mögliche Zwergplaneten aufgeführt sind , umfassen 10199 Chariklo , (523727) 2014 NW 65 und 2060 Chiron .

Umlaufbahnen

Verteilung

Umlaufbahnen bekannter Zentauren

Das Diagramm veranschaulicht die Bahnen bekannter Zentauren im Verhältnis zu den Bahnen der Planeten. Bei ausgewählten Objekten wird die Exzentrizität der Umlaufbahnen durch rote Segmente (die sich vom Perihel zum Aphel erstrecken) dargestellt.

Die Umlaufbahnen von Centaurs zeigen ein breites Spektrum an Exzentrizität von hoch Exzenter ( Pholus , Asbolus , Amycus , Nessus ) um mehr kreisförmig ( Chariklo und den Saturn-crossers Thereus und Okyrhoe ).

Um die Bandbreite der Bahnparameter zu verdeutlichen, zeigt das Diagramm einige Objekte mit sehr ungewöhnlichen Bahnen, gelb eingezeichnet:

  • 1999 XS 35 ( Apollo Asteroid ) folgt einer extrem exzentrischen Umlaufbahn ( e = 0,947 ) und führt sie vom Inneren der Erdumlaufbahn (0,94 AE) bis weit hinter Neptun ( > 34 AE )
  • 2007 TB 434 folgt einer quasi kreisförmigen Umlaufbahn ( e < 0,026 )
  • 2001 XZ 255 hat die geringste Neigung ( i < 3° ).
  • 2004 YH 32 gehört zu den wenigen Zentauren mit einer extremen prograden Neigung ( i > 60° ). Es folgt einer so stark geneigten Umlaufbahn (79°), dass es zwar von der Entfernung des Asteroidengürtels von der Sonne bis über die Entfernung von Saturn hinausgeht, aber wenn seine Umlaufbahn auf die Ebene der Jupiterbahn projiziert wird, es nicht einmal geht bis zum Jupiter hinaus.

Über ein Dutzend bekannte Zentauren folgen retrograden Bahnen. Ihre Neigungen reichen von bescheiden ( zB 160° für Dioretsa ) bis extrem ( i < 120° ; zB . 105° für (342842) 2008 YB 3 ). Siebzehn dieser retrograden Zentauren mit hoher Neigung wurden kontrovers behauptet, dass sie einen interstellaren Ursprung haben.

Umlaufbahnen ändern

Die große Halbachse von Asbolus während der nächsten 5500 Jahre, mit zwei leicht unterschiedlichen Schätzungen der heutigen Bahnelemente. Nach der Jupiter-Begegnung im Jahr 4713 gehen die beiden Berechnungen auseinander.

Da die Zentauren nicht durch Orbitalresonanzen geschützt sind , sind ihre Umlaufbahnen innerhalb einer Zeitskala von 10 6 –10 7  Jahren instabil . Zum Beispiel befindet sich 55576 Amycus in einer instabilen Umlaufbahn in der Nähe der 3:4-Resonanz von Uranus. Dynamische Studien ihrer Umlaufbahnen weisen darauf hin, dass es sich wahrscheinlich um einen mittleren Umlaufzustand von Objekten handelt, die vom Kuiper-Gürtel zur Jupiter-Familie kurzperiodischer Kometen übergehen .

Objekte können vom Kuipergürtel gestört werden , woraufhin sie Neptun- überqueren und gravitativ mit diesem Planeten interagieren (siehe Entstehungstheorien ). Sie werden dann als Zentauren klassifiziert, aber ihre Umlaufbahnen sind chaotisch und entwickeln sich relativ schnell, wenn sich der Zentaur wiederholt einem oder mehreren der äußeren Planeten nähert. Einige Zentauren entwickeln sich zu jupiterüberquerenden Umlaufbahnen, woraufhin ihre Perihelie auf das innere Sonnensystem reduziert werden kann und sie als aktive Kometen in der Jupiter-Familie neu klassifiziert werden können, wenn sie Kometenaktivität aufweisen. Zentauren werden also letztendlich mit der Sonne oder einem Planeten kollidieren oder sie können nach einer engen Annäherung an einen der Planeten, insbesondere Jupiter , in den interstellaren Raum geschleudert werden .

Physikalische Eigenschaften

Die relativ geringe Größe von Zentauren schließt eine Fernbeobachtung von Oberflächen aus, aber Farbindizes und Spektren können Hinweise auf die Oberflächenzusammensetzung und Einblicke in die Herkunft der Körper geben.

Farben

Farbverteilung von Zentauren

Die Farben der Zentauren sind sehr vielfältig, was jedes einfache Modell der Oberflächenzusammensetzung herausfordert. Im Seitendiagramm sind die Farbindizes Maße der scheinbaren Helligkeit eines Objekts durch blaue (B), sichtbare (V) (dh grün-gelb) und rote (R) Filter. Das Diagramm veranschaulicht diese Unterschiede (in übertriebenen Farben) für alle Zentauren mit bekannten Farbindizes. Als Referenz sind zwei Monde eingezeichnet: Triton und Phoebe sowie der Planet Mars (gelbe Beschriftungen, Größe nicht maßstabsgetreu).

Zentauren scheinen in zwei Klassen eingeteilt zu werden:

Es gibt zahlreiche Theorien, um diesen Farbunterschied zu erklären, aber sie können grob in zwei Kategorien unterteilt werden:

  • Der Farbunterschied resultiert aus einem Unterschied in der Herkunft und/oder Zusammensetzung des Zentauren (siehe Herkunft unten)
  • Der Farbunterschied spiegelt eine unterschiedliche Weltraumbewitterung durch Strahlung und/oder Kometenaktivität wider .

Als Beispiele für die zweite Kategorie wurde die rötliche Farbe von Pholus als möglicher Mantel bestrahlter roter organischer Stoffe erklärt, während Chiron stattdessen aufgrund seiner periodischen kometenartigen Aktivität das Eis freigelegt hat, was ihm einen blau-grauen Index verleiht. Der Zusammenhang mit Aktivität und Farbe ist jedoch nicht sicher, da die aktiven Zentauren den Farbbereich von Blau (Chiron) bis Rot (166P/NEAT) umspannen. Alternativ könnte Pholus erst vor kurzem aus dem Kuipergürtel vertrieben worden sein, so dass Oberflächentransformationsprozesse noch nicht stattgefunden haben.

Delsantiet al. schlagen mehrere konkurrierende Prozesse vor: Rötung durch die Strahlung und Erröten durch Kollisionen.

Spektren

Die Interpretation von Spektren ist oft mehrdeutig in Bezug auf Partikelgrößen und andere Faktoren, aber die Spektren bieten einen Einblick in die Oberflächenzusammensetzung. Wie bei den Farben können die beobachteten Spektren zu einer Reihe von Modellen der Oberfläche passen.

Wassereissignaturen wurden bei einer Reihe von Zentauren bestätigt (einschließlich 2060 Chiron , 10199 Chariklo und 5145 Pholus ). Neben der Wassereis-Signatur wurden eine Reihe weiterer Modelle vorgestellt:

Chiron scheint am komplexesten zu sein. Die beobachteten Spektren variieren je nach Beobachtungszeitraum. Die Wassereissignatur wurde während einer Periode geringer Aktivität nachgewiesen und verschwand während einer hohen Aktivität.

Ähnlichkeiten mit Kometen

Der Komet 38P zeigt ein zentaurenähnliches Verhalten, indem er sich zwischen 1982 und 2067 Jupiter, Saturn und Uranus nähert.

Beobachtungen von Chiron in den Jahren 1988 und 1989 in der Nähe seines Perihels ergaben , dass er ein Koma (eine Gas- und Staubwolke, die von seiner Oberfläche verdampft) aufwies. Daher wird er jetzt offiziell sowohl als Kleinplanet als auch als Komet klassifiziert, obwohl er viel größer ist als ein typischer Komet und es einige anhaltende Kontroversen gibt. Andere Zentauren werden auf kometenähnliche Aktivität überwacht: Bisher haben zwei, 60558 Echeclus und 166P/NEAT , ein solches Verhalten gezeigt. 166P/NEAT wurde entdeckt, während es ein Koma aufwies und wird daher als Komet klassifiziert, obwohl seine Umlaufbahn die eines Zentauren ist. 60558 Echeclus wurde ohne Koma entdeckt, wurde aber vor kurzem aktiv und wird daher auch als Komet und Asteroid klassifiziert. Insgesamt gibt es etwa 30 Zentauren, für die Aktivität nachgewiesen wurde, wobei die aktive Population auf Objekte mit kleineren Perihelentfernungen ausgerichtet ist.

Kohlenmonoxid wurde in 60558 Echeclus und Chiron in sehr geringen Mengen nachgewiesen, und die abgeleitete CO-Produktionsrate wurde als ausreichend berechnet, um das beobachtete Koma zu erklären. Die berechnete CO-Produktionsrate sowohl von 60558 Echeclus als auch von Chiron ist wesentlich niedriger als das, was typischerweise für 29P/Schwassmann-Wachmann beobachtet wird , ein weiterer entfernt aktiver Komet, der oft als Zentaur klassifiziert wird.

Es gibt keine klare orbitale Unterscheidung zwischen Zentauren und Kometen. Sowohl 29P/Schwassmann-Wachmann als auch 39P/Oterma wurden als Zentauren bezeichnet, da sie typische Zentaurenbahnen haben. Der Komet 39P/Oterma ist derzeit inaktiv und wurde nur als aktiv angesehen, bevor er 1963 von Jupiter in eine Zentaurenbahn gebracht wurde. Der schwache Komet 38P/Stephan-Oterma würde wahrscheinlich keine Koma zeigen, wenn er eine Perihelentfernung über Jupiters Umlaufbahn bei 5 AE. Bis zum Jahr 2200 wird Komet 78P/Gehrels wahrscheinlich in eine zentaurenähnliche Umlaufbahn nach außen wandern.

Rotationsperioden

Eine Periodogrammanalyse der Lichtkurven dieser Chiron und Chariklo ergibt jeweils die folgenden Rotationsperioden: 5,5 ± 0,4 h und 7,0 ± 0,6 h.

Größe, Dichte, Reflexionsvermögen

Zentauren können Durchmesser von bis zu Hunderten von Kilometern erreichen. Die größten Zentauren haben Durchmesser von über 300 km und leben hauptsächlich über 20 AE .

Ursprungshypothesen

Die Erforschung der Herkunft der Zentauren ist reich an jüngsten Entwicklungen, aber Schlussfolgerungen werden immer noch durch begrenzte physikalische Daten behindert. Für die mögliche Herkunft der Zentauren wurden verschiedene Modelle vorgeschlagen.

Simulationen zeigen, dass die Umlaufbahn einiger Objekte des Kuipergürtels gestört werden kann, was dazu führt, dass das Objekt ausgestoßen wird, so dass es zu einem Zentauren wird. Streuscheibenobjekte wären dynamisch die besten Kandidaten (z. B. könnten die Zentauren Teil einer "inneren" Streuscheibe von Objekten sein, die vom Kuipergürtel nach innen bewegt werden.) Zentauren. Plutinos sind eine Klasse von Kuiper-Gürtelobjekten, die eine ähnliche zweifarbige Natur aufweisen, und es gibt Hinweise darauf, dass aufgrund der Störung durch Pluto nicht alle Umlaufbahnen von Plutinos so stabil sind, wie ursprünglich angenommen . Weitere Entwicklungen werden mit weiteren physikalischen Daten zu Kuipergürtel-Objekten erwartet.

Einige Zentauren können ihren Ursprung in Fragmentierungsepisoden haben, die möglicherweise bei engen Begegnungen mit Jupiter ausgelöst wurden. Die Umlaufbahnen der Zentauren 2020 MK4 , P/2008 CL94 (Lemmon) und P/2010 TO20 (LINEAR-Grauer) verlaufen nahe an der des Kometen 29P/Schwassmann–Wachmann , dem ersten entdeckten Zentauren und nahe Begegnungen sind möglich, bei denen einer von das Objekt durchquert das Koma von 29P, wenn es aktiv ist.

Bemerkenswerte Zentauren

Name Jahr Entdecker Halbwertszeit
(vorwärts)
Klasse
55576 Amycus 2002 NEAT bei Palomar 11.1  Mai Vereinigtes Königreich
54598 Bienor 2000 Marc W. Buieet al. ? U
10370 Hylonome 1995 Mauna Kea-Observatorium 6.3 Ma UN
10199 Chariklo 1997 Weltraumuhr 10,3 Mai U
8405 Asbolus 1995 Weltraumuhr ( James V. Scotti ) 0,86 Mai SN
7066 Nessus 1993 Weltraumuhr ( David L. Rabinowitz ) 4,9 Ma SK
5145 Pholus 1992 Weltraumuhr ( David L. Rabinowitz ) 1,28 Mai SN
2060 Chiron 1977 Charles T. Kowal 1,03 Mai SU

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

Externe Links