אסטרואידים כפולים

ב-1989 פרסם ד"ר וויליאם מרלין מאמר בשם "האם לאסטרואידים יש ירחים?". במאמר הוא דן בתכונות אפשריות לאסטרואידים עם ירחים, דרכי היווצרותם, לכידתם במסלול סביב האסטרואיד האב, וכיצד ניתן לגלותם. שנות ה-90 היו פוריות מאד בחקר האסטרואידים וב-2002 פרסם החוקר מאמר נוסף תחת הכותרת: "לאסטרואידים יש ירחים!".

ואכן, מאז 1993, עת צילמה החללית גלילאו תמונת תקריב של האסטרואיד "אידה" ולידו ירח קטן, שכונה בשם "דקטיל" (תרשים מס' 1), נצפו עוד ועוד אסטרואידים עם לוויינים. ירחים אלו התגלו במקומות שונים במערכת השמש, במסלולים שונים סביב אסטרואיד-האב שלהם ובשלל צורות וגדלים. במהרה, הסתבר לאסטרונומים כי המונח "לוויינים" עלול להטעות וכי חלק מהלוויינים הינם גדולים כמו האסטרואידים עצמם, וכי בני הזוג אינם מסתובבים סביב הגדול יותר, אלא זה סביב זה, כאשר במרכז נמצאת נקודת שיווי המשקל. על-כן מכונים כיום מערכות של אסטרואידים בשם הכולל "אסטרואידים כפולים", כאשר לווייני אסטרואידים הינם סעיף משנה של הגדרה זו.

אסטרואידים כפולים אינם אך ורק תופעה נאה ומעניינת של הטבע, אלא גם חשובים במחקר המדעי של מערכת השמש. תצפית באסטרואידים כפולים יכולה לספק נתונים אודות גודלם, מסתם והרכבם בצורה מדויקת הרבה יותר מאשר תצפית זהה באסטרואידים בודדים. זמני הסיבוב של אסטרואידים כפולים, ציר הסיבוב שלהם וצורתם, מלמדים אודות ההיסטוריה של כלל האסטרואידים ועל תהליכים פיסיקליים הפועלים על האסטרואידים ומשנים אותם עם הזמן. בנוסף, אסטרואידים אלו פותרים חידה ישנה על מקורם של מכתשים כפולים על פני הארץ.

הטקסט שלהלן מתאר את תכונותיהם של האסטרואידים הכפולים, שיטות לגילויים, המידע שהם מלמדים את החוקרים אותם וכיצד ניתן להסיקו.

תרשים מס' 1: האסטרואיד אידה וירחו דקטיל (מימין), כפי שצילמה אותם החללית גלילאו ב-1993.

שיטות לגילוי אסטרואידים כפולים

האסטרואידים הינם גופים קטנים מאד ועל כן תצפית בהם מאפשרת לזהות נקודת אור בודדה ותו לא. גם האסטרואידים הגדולים ביותר, שקוטרם מגיע לכדי כמה מאות קילומטרים נראים כדיסקה זעירה בלבד, ועל-כן צילום נאה של ירח אסטרואידלי זעיר הסובב סביב שותף גדול יותר, כדוגמת תמונתם של האסטרואידים אידה ודקטיל הנראית למעלה, היא כמעט ובלתי אפשרית בעזרת הציוד הטכני המשמש את האסטרונומים כיום. ובכל זאת, האסטרונומים למדו לנצל את הכלים שברשותם על מנת להסיק על קיומו של אסטרואיד כפול. הדרכים השונות, יתרונותיהן וחסרונותיהן מתוארות להלן:

1. זיהוי בעזרת תצפית בכושר הפרדה גבוה – טלסקופים גדולים במיוחד (דוגמת הטלסקופ קק שבהוואי שקוטר המראה שלו עשרה מטרים), יכולים לזהות אסטרואידים כפולים ע"י תצפיות ברמת הפרדה (רזולוציה) גבוהה. רמת הפרדה גבוהה מספיק מתאפשרת רק ע"י סילוק ההפרעות האטמוספריות, ששוברות את קרני האור ומקטינות את רמת ההפרדה. מיכשור תצפיתי מיוחד המכונה "אופטיקה מסתגלת" (Adaptive optics), המצוי במצפי כוכבים מעטים בלבד, או לחילופין שימוש בטלסקופים חלליים שמעבר לאטמוספרה דוגמת האבל, מאפשרים זיהוי ודאי של ירחי אסטרואידים. המגבלות על תצפיות אלו הן רבות: ניתן לזהות רק ירחים גדולים מספיק, שמרחקם מאסטרואיד-האב גדול מספיק, כך שאורם לא "נבלע" באור שלו. גם בהירותם צריכה להיות מספיק גדולה דבר התלוי בגודלם וגם במרחקם מהארץ ומהשמש. אסטרואידים מעטים עונים על דרישות אלו ורובם נמצאים בחגורת האסטרואידים, אותה רצועה צפופה יחסית הנמצאת בין כוכבי הלכת מאדים וצדק. בעזרת תצפיות אלו, למשל, התגלה אופיים הכפול של האסטרואידים יוג'יניה (45 Eugenia) וירחו "הנסיך הקטן" (Petit-Prince) (תרשים מס' 2). הצמד, השייך לקבוצת אסטרואידים הנמצאת בגבולה החיצוני של חגורת האסטרואידים, גדול מספיק בכדי שאפשר יהיה לזהותו, אם כי יחס הקטרים (קוטר הגוף הראשי Dp חלקי קוטר הגוף המשני Ds) בין השניים גדול למדי (Dp/Ds = 17) - יוג'יניה הינו אסטרואיד גדול שקוטרו 215 ק"מ, בעוד קוטרו של "הנסיך הקטן" הוא כ-13 ק"מ בלבד (וכפי שנראה בהמשך, גם זה לא מעט). ירחו של האסטרואיד אנטיופי (90 Antiope), לעומת זאת, גדול כמעט כמו הגוף הראשי, כך שיש צדק רב יותר לכנותו אסטרואיד כפול. את סילביה (87 Sylvia), עוד אסטרואיד גדול מחגורת האסטרואידים, יש צורך לכנות בשם מערכת של אסטרואידים. לסילביה שני ירחים קטנים, שזכו לשאת שמותיהם של רמוס ורמולוס, צמד האחים שהקים את רומא וילדיה של סילביה מהמיתולוגיה הרומאית. אסטרואידים כפולים נוספים ימשיכו להתגלות בעזרת תמונות עם הפרדה גבוהה, בעיקר בחגורת האסטרואידים, אודות למיכשור חדיש יותר, וזמן תצפית רב יותר שיועבר לצופי האסטרואידים.
2. זיהוי בעזרת גלי רדיו – שימוש בראדאר משול למעשה לתצפית בעלת כושר הפרדה גבוה מאוד (עקב אורך הגל הארוך שלהם לעומת אורך הגל של האור הנראה). על-כן תצפית ברדיו חושפת את תווי פניהם של אסטרואידים ומאפשרת לזהות אם מדובר בגוף כפול. גם לשיטה זו מגבלות רבות: ניתן לצפות רק באסטרואידים קרובים במיוחד (גלי הרדיו משודרים אל האסטרואיד והגלים המוחזרים ממנו נמדדים – כלומר, עוצמת גלי הרדיו המוחזרת היא שורש רביעי של העוצמה ששודרה...), שמרחקם לגוף המשני דווקא קטן יחסית. בדרך זו נצפו אסטרואידים קרובי ארץ כפולים רבים כמו 1999 KW4 (תרשים מס' 3), 1998 ST27 או 2000 DP107. מצפי הכוכבים גולדסטון ואריסיבו (המצפה המפורסם מקוסטה ריקה שכיכב בסרטים "מגע" ו-"ג'יימס בונד") משמשים חוקרי אסטרואידים רבים לתצפיות מעין אלו. על-אף ששיטה זו מדויקת ומאפשרת תוצאות ודאיות, היא מאפשרת למידה על קבוצה מצומצמת יחסית של גופים שניתן לצפות בה בזמן מצומצם עוד יותר, ועל-כן היא איננה יכולה לגלות אסטרואידים כפולים רבים.
3. זיהוי בעזרת תצפית פוטומטרית – פוטומטריה הינה מדידת האור. כאשר מודדים את האור ("עקומת אור") המגיע מהאסטרואידים מתברר כי בהירותם עולה ויורדת כפונקציה של הזמן במחזוריות קבועה. מחזוריות זו מייצגת את זמן הסיבוב של האסטרואיד סביב צירו. בגלל הסיבוב, ובגלל צורתו האליפטית של האסטרואיד, גודלו של שטח הפנים שמופנה אל הצופה משתנה ומכאן השינוי המחזורי בבהירות. כאשר מדובר באסטרואיד כפול, "עקומת האור" תהיה מורכבת משני מחזורים – המייצגים את זמני הסיבוב של שני מרכיבי הגוף – במידה והם וזמן הסיבוב שלהם איננו שווה. במידה ומישור התנועה של רכיבי האסטרואיד הכפול מתלכדים עם קו הראייה מהארץ, הרי שיתקבלו הסתרות וליקויים של רכיב אחד ע"י השני. במקרה זה תתווסף מחזוריות שלישית לעקומת האור המייצגת את זמן ההקפה של רכיבי האסטרואיד סביב מרכז הכובד המשותף. מתוך העקומה ניתן להפריד את המחזורים השונים וללמוד על פרמטרים שונים של האסטרואיד הכפול – זמני סיבוב, גודל יחסי האחד לשני, צפיפות ועוד. תצפיות פוטומטריות הן קלות יחסית ואפשריות ללא ציוד מיוחד כמו טלסקופי חלל או אופטיקה מסתגלת ועל-כן שיטה זו היא מוצלחת במיוחד לזיהוי אסטרואידים כפולים. תרשים מס' 4 מדגים עקומת אור של אסטרואיד "רגיל" לעומת זו של אסטרואיד כפול.
4. זיהוי בעזרת חלליות – וכמובן, תמונות מקרוב ע"י חלליות, הן העדויות המשכנעות ביותר, דוגמת המקרה של האסטרואיד 243 Ida וירחו Dactyl (תרשים מס' 1).

תרשים מס' 2: יוג'יניה וירחו "הנסיך הקטן" (משמאל למעלה) בתמונה בעלת הפרדה גבוהה שצולמה בהוואי באמצעות מערכת של אופטיקה מסתגלת ע"י וויליאם מרלין וצוותו.

תרשים מס' 3: האסטרואיד הכפול 1999 KW₄ צולם ע"י ס. אוסטרו וצוותו ממצפה הרדיו אריסיבו.

תרשים מס' 4: עקומת אור של אסטרואיד בודד (433 Eros), ולצידו עקומת אור של אסטרואיד כפול (2000 PJ₅).

ובפרקים הבאים:

תכונות של אסטרואידים כפולים

מספרם של האסטרואידים הכפולים במערכת השמש

זמני סיבוב של אסטרואידים כפולים

כיצד נוצרים אסטרואידים כפולים