Komeetachtige activiteit van Phaethon verklaart door natrium

Artist impressie van asteroïde Phaethon
Artist impressie van asteroïde Phaethon die door de Zon wordt verhit. het oppervlak van de asteroïde wordt zo heet dat natrium in het binnenste kan verdampen en verdwijnt in de ruimte waardoor de asteroïde zo helder als een komeet wordt en er hoeveelheden gruis en gesteente wordt uitgestoten. Credit: NASA/JPL-Caltech/IPAC

Als een komeet door de binnenste delen van het zonnestelsel reist wordt hij door de Zon verwarmd. Hierdoor begint ijs aan het oppervlak te verdampen naar de ruimte. Dit verdampen maakt ook stof en gesteente los en het gas zorgt voor een heldere staart die tot op miljoenen kilometers afstand zichtbaar is als een mooie sluier.

Kometen bestaan uit heel veel verschillende soorten ijs. Asteroïden daarentegen bestaan voornamelijk uit gesteente en staan er niet om bekend een staart te kunnen ontwikkelen. Maar een nieuwe studie heeft onderzocht hoe de aardscheerder asteroïde Phaethon toch komeetachtige activiteit kan vertonen ondanks het feit dat er geen grote hoeveelheden ijs op voorkomen.

De asteroïde is de bron van de jaarlijkse Geminiden meteorenzwerm. Het is een 5,8 kilometer groot rotsblok dat helderder wordt als het de Zon nadert. Kometen vertonen dan een typisch gedrag: als ze worden verwarmd door de Zon dan begint hun ijsachtige oppervlak te verdampen, ze worden actiever en helderder. Ze beginnen gassen en stof uit te stoten. Maar wat zorgt ervoor dat Phaethon helderder wordt als die geen ijs heeft dat kan verdampen?

Mogelijk is natrium hier de oorzaak van. Phaethon draait in 524 dagen om de Zon heen. De asteroïde volgt een langgerekte baan die hem binnen de baan van Mercurius brengt. Hier wordt het oppervlak van de asteroïde opgewarmd tot wel 750 °C. Water, koolstofdioxide en koolstofmonoxide zijn bij die temperatuur al lang van het oppervlak verdwenen. Maar bij die temperatuur zou natrium wel kunnen verdampen naar de ruimte. Aldus het nieuwe onderzoek dat is gepubliceerd in de Planetary Journal.

Volgens de onderzoekers is Phaethon een merkwaardig object dat actief wordt als het de Zon nadert. Het is bekend dat het om een asteroïde gaat en dat het de bron is van de meteorenzwerm de Geminiden. Maar de asteroïde bevat weinig tot geen ijs. De onderzoekers waren geïntrigeerd door de mogelijkheid dat natrium, een element dat relatief veel in asteroïden aanwezig is, het element zou kunnen zijn dat verantwoordelijk is voor deze activiteit.

Asteroïde-meteoor relatie

De onderzoekers werden geïnspireerd door de waarnemingen van de Geminiden. Wanneer meteoroïden, kleine stukjes rotsachtig puin uit de ruimte, vallen uiteen als ze als meteoren door de atmosfeer van de Aarde schieten. Maar voordat ze dat doen zorgt wrijving met de atmosfeer ervoor dat de lucht rond de meteoroïden duizenden graden bereikt. Hierdoor ontstaat licht. De kleur van dit licht staat voor de elementen die ze bevatten. Natrium zorgt bijvoorbeeld voor een oranje tint. Van de Geminiden is bekend dat ze weinig natrium bevatten.

Tot nu toe werd aangenomen dat deze kleine stukjes rots op de een of andere manier hun natrium verloren nadat ze de asteroïde hadden verlaten. Deze nieuwe studie suggereert dat het natrium mogelijk een sleutelrol speelt bij het uitwerpen van meteoroïden vanaf het oppervlak van Phaethon.

De onderzoekers denken dat als de asteroïde de Zon nadert het natrium opwarmt en verdampt. Dit proces zou het oppervlak al lang geleden hebben uitgeput maar natrium in het binnenste van de asteroïde warmt nog steeds op, verdampt en bruist de ruimte in door scheuren in de buitenste korst van Phaethon. Deze jets zouden genoeg kracht hebben om ook het rotsachtige puin van het oppervlak te blazen. Het bruisende natrium zou dus niet alleen de komeetachtige helderheid van Phaethon kunnen verklaren maar ook hoe de Geminiden-meteoroïden uit de asteroïde worden weggeblazen en waarom ze weinig natrium bevatten.

Asteroïden zoals Phaethon hebben een erg zwakke zwaartekracht dus het kost niet veel kracht om het puin van het oppervlak los te maken of gesteente uit een breuk weg te blazen. De modellen van de onderzoekers suggereren dat zeer kleine hoeveelheden natrium al voldoende zijn om dit te bereiken. Het zijn geen explosieve reacties zoals erupties aan het oppervlak van een komeet maar meer het gestaag uitdampen.

Laboratoriumonderzoek

Om erachter te komen of natrium kan verdampen en zo uit een asteroïde kan komen testten de onderzoekers materiaal van de Allende meteoriet. Deze meteoriet viel in 1969 neer in Mexico. Ze voerden dit onderzoek uit bij het Jet Propulsion Laboratory van de NASA. De Allende meteoriet is mogelijk afkomstig vaneen asteroïde die met Phaethon is te vergelijken. Ze behoren beiden tot de koolstofrijke asteroïden die tijdens de begindagen van het zonnestelsel ontstonden. De onderzoekers verhitten stukjes van de meteoriet tot de hoogste temperatuur die Phaethon zou bereiken tijdens zijn nadering tot de Zon.

Deze temperatuur ligt toevallig rond het punt dat natrium uit de rotsachtige componenten ontsnapt. De onderzoekers simuleerden dit verwarmingseffect in de loop van een “dag” op Phaethon, de asteroïde heeft een rotatieperiode van 3 uur, en bij het vergelijken van de mineralen van de monsters voor en na de laboratoriumtesten ging het natrium verloren terwijl de andere elementen niet verdwenen. Dit suggereert dat hetzelfde kan gebeuren op Phaethon en het lijkt overeen te komen met de resultaten van de modellen.

Het nieuwe onderzoek ondersteunt een groeiend aantal bewijzen dat het categoriseren van kleine objecten in ons zonnestelsel als “asteroïden” en “kometen” te eenvoudig is en niet alleen afhankelijk is van hoeveel ijs ze bevatten maar ook van welke elementen verdampen bij hogere temperaturen.

Volgens de onderzoekers wijzen hun bevindingen erop dat als de omstandigheden goed zijn, natrium de aard van sommige actieve asteroïden kan verklaren. Hierdoor wordt het verschil tussen asteroïden en kometen nog complexer dan men zich al realiseerde, aldus de onderzoekers.

Artikel: “Volatility of Sodium in Carbonaceous Chondrites at Temperatures Consistent with Low-Perihelia Asteroids” 

Eerste publicatie: 17 augustus 2021
Bron: SpaceDaily