Viisi kilometriä läpimitaltaan oleva asteroidi Phaethon on askarruttanut Aurinkokunnan tutkijoita jo tovin. Kun asteroidi käy kiertoradallaan lähimpänä Aurinkoa, näkyy muutaman päivän ajan sen perässä komeettamainen pyrstö.

Komeettojen pyrstö kuitenkin muodostuu yleensä höyrystyvästä jäästä ja hiilidioksidista, jotka eivät voi tätä pyrstöä selittää. Ne kaasuuntuisivat jo Jupiterin etäisyydellä Auringosta.

Kun asteroidin pintakerros hajoaa, jatkaa irronnut sora ja pöly kulkuaan samalla kiertoradalla ja synnyttää Maan kohdatessaan tähdenlentoparven. Phaethon aiheuttaa Geminidien meteoriparven, joka näyttäytyy Suomenkin taivaalla joka vuosi tähdenlentoina joulukuun 14.–15. päivä. Ainakin vallitsevan käsityksen mukaan, sillä juuri silloin Maa kulkee asteroidin kiertoradan läpi.

Tähän asti teoriat siitä, mitä Phaethonin pinnalla lähellä Aurinkoa tapahtuu, ovat pysyneet puhtaasti hypoteettisina. Mitä asteroidista irtoaa? Miten? Vastaus arvoitukseen saatiin ymmärtämällä Phaethonin koostumusta.

Harvinainen kuuden tunnetun yksilön meteoriittiryhmä

Helsingin yliopiston tutkijoiden Nature Astronomy -lehdessä julkaisemassa tuoreessa tutkimuksessa analysoidaan NASAn Spitzer-avaruusteleskoopilla aiemmin mitattua infrapunaspektriä Phaethonista ja verrataan sitä meteoriittien laboratorioissa mitattuihin infrapunaspektreihin.

Tutkijat havaitsivat Phaethon-asteroidin spektrin vastaavan täsmälleen tiettyä meteoriittityyppiä, niin sanottua CY hiilikondriittia. Se on erittäin harvinainen meteoriittityyppi, josta tunnetaan vain kuusi yksilöä.

Asteroideja voidaan tutkia myös hakemalla näytteitä avaruudesta, mutta meteoriitit ovat tutkittavissa ilman kalliita avaruuslentoja. JAXA:n ja NASA:n viimeaikaisten näytteenhakulentojen kohteet Ryugu ja Bennu kuuluvat CI- ja CM-meteoriitteihin.

Kaikki kolme meteorityyppiä ovat peräisin Aurinkokunnan alkuajoilta ja muistuttavat osittain toisiaan, mutta vain CY-ryhmässä on merkkejä kuivumisesta ja lämpöhajoamisesta viimeaikaisen kuumennuksen seurauksena.

Kaikissa kolmessa ryhmässä on merkkejä Aurinkokunnan varhaisen kehityksen aikana tapahtuneesta muutoksesta, jossa vesi muodostaa yhdessä muiden molekyylien kanssa verkkosilikaatti- ja karbonaattimineraaleja. CY-tyypin meteorit eroavat kuitenkin muista suuren rautasulfidipitoisuutensa vuoksi, mikä viittaa niiden omaan alkuperään.

Asteroidin spektri istui CY-tyyppiin

Phaethonin infrapunaspektrin analyysi osoitti, että asteroidi koostui ainakin oliviinista, karbonaateista, rautasulfideista ja oksidimineraaleista. Kaikki nämä mineraalit tukivat yhteyttä CY-meteoriitteihin, erityisesti rautasulfidi. Karbonaatit viittasivat vesipitoisuuden muutoksiin, jotka sopivat primitiiviseen koostumukseen, kun taas oliviini on verkkosilikaattien lämpöhajoamisen tuote äärimmäisissä lämpötiloissa.

Tutkimuksessa pystyttiin osoittamaan termisellä mallintamisella, mitkä lämpötilat asteroidin pinnalla vallitsevat ja milloin tietyt mineraalit hajoavat ja vapauttavat kaasuja. Kun Phaethon kulkee lähellä Aurinkoa, sen pintalämpötila nousee noin 800 asteeseen. CY-meteoriittiryhmä sopii tähän hyvin. Samanlaisissa lämpötiloissa karbonaatit tuottavat hiilidioksidia, verkkosilikaatit vapauttavat vesihöyryä ja sulfidit rikkikaasua.

Kaikki Phaethonilla tunnistetut mineraalit näyttävät tutkimuksen mukaan vastaavan CY-tyypin meteoriittien mineraaleja. Poikkeuksen muodostivat vain oksidit portlandiitti ja brusiitti, joita meteoriiteista ei havaittu. Näitä mineraaleja voi kuitenkin muodostua, kun karbonaatteja kuumennetaan ja tuhotaan vesihöyryn läsnä ollessa.

Pyrstö ja meteoriparvi saavat selityksen

Asteroidin koostumus ja lämpötila selittivät kaasun muodostumisen lähellä aurinkoa, mutta selittävätkö ne myös pöly- ja soravanan? Oliko asteroidilla tarpeeksi painetta nostamaan pölyä ja kiveä asteroidin pinnalta?

Tutkimuksessa hyödynnettiin muiden tutkimusten kokeellisia tietoja sekä omia lämpömalleja ja arvioitiin niiden perusteella, että lähimpänä Aurinkoa kulkiessaan asteroidin mineraalirakenteesta vapautuu kaasua, mikä voi aiheuttaa mineraalin hajoamisen. Hiilidioksidin ja vesihöyryn paineet ovat riittävän suuret nostamaan pieniä pölyhiukkasia asteroidin pinnalta.

– Natriumpäästö voi selittää heikkoa häntää, jonka havaitsemme Auringon lähellä, ja lämpöhajoaminen voi selittää, kuinka pölyä ja soraa irtoaa Phaethonista, sanoo tutkimuksen johtava kirjoittaja, tutkijatohtori Eric MacLennan Helsingin yliopistosta.

– Oli hienoa huomata, miten jokainen palanen tutkimuksessa löydettyjen mineraalien luettelossa tuntui osuvan paikoilleen ja selittävän myös asteroidin käyttäytymistä, summaa apulaisprofessori Mikael Granvik Helsingin yliopistosta.

Julkaisu

MacLennan, E., Granvik, M. Thermal decomposition as the activity driver of near-Earth asteroid (3200) Phaethon. Nat Astron (2023).

Lisätietoja

Mikael Granvik, apulaisprofessori (suomeksi)
Helsingin yliopisto
puh. 050 318 2271
mikael.granvik@helsinki.fi

Eric MacLennan, tutkijatohtori (englanniksi)
Helsingin yliopisto
puh. 041 315 9592
eric.maclennan@helsinki.fi