ניתוח נתונים ממשימת גאיה של סוכנות החלל האירופית מגלה פער חד בדפוסי הסיבוב של אסטרואידים – תוצאה של מאבק בין התנגשויות לחיכוך פנימי – ומספק כלי חדש לפענוח המבנה הפנימי של אסטרואידים ולפיתוח אסטרטגיות יעילות יותר להגנת כוכב הלכת מפני פגיעות עתידיות
הלוויין האירופי גאיה פתר אחת החידות המוזרות ביותר בחקר מערכת השמש: מדוע אסטרואידים אינם מסתובבים כולם באותה צורה, ואיך בדיוק התנגשויות קוסמיות מעצבות את הסיבוב שלהם לאורך מיליארדי שנים. אסטרואידים, אותם גופי סלע קטנים המקיפים את השמש בעיקר בחגורת האסטרואידים שבין מאדים לצדק, אינם "סיבוביים למופת". חלקם מסתובבים בצורה חלקה סביב ציר אחד, ואחרים מתנדנדים ומיטלטלים בסיבוב מסובך סביב כמה צירים, כמו אבן לא מאוזנת במכונת כביסה. שנים רבות אסטרונומים ראו בתופעה הזו עובדה משונה, אבל לא ידעו להסביר מדוע היא נפוצה כל כך, ובעיקר מדוע אסטרואידים קטנים נוטים יותר ל"גלגול" איטי ומבולגן.
הנתונים החדשים הגיעו ממשימת גאיה של סוכנות החלל האירופית, שעיקר תפקידה הוא למדוד בעקביות את מיקומם ותנועתם של יותר ממיליארד כוכבים. על הדרך, גאיה עוקבת גם אחרי אלפי אסטרואידים, ומודדת איך הבהירות שלהם משתנה בזמן כשהם מסתובבים. מהשינויים הללו נוצרת "עקומת אור" של כל אסטרואיד – גרף המתאר את הבהירות כפונקציה של הזמן. כאשר צוות חוקרים ניתח את עקומות האור ושרטט את זמן הסיבוב של האסטרואידים מול הקוטר שלהם, הופיעה על הגרף תופעה שחוזרת על עצמה: פער חד במרחב הנתונים, רצועה ריקה כמעט לחלוטין שמפרידה בין שתי אוכלוסיות שונות של אסטרואידים מסתובבים.
התוצאה הזאת נראתה מוזרה כל כך, עד שהפכה ל"תעלומת הסיבוב הגדולה" של האסטרואידים. כעת, מחקר חדש שהוצג בכנס המשותף EPSC DPS 2025 בהלסינקי, בהובלת ד"ר ון האן ג'ו מאוניברסיטת טוקיו, מציע פתרון אלגנטי: הסיבוב של אסטרואידים הוא תוצאה של מאבק מתמשך בין שני תהליכים פיזיקליים, האחד אכזרי ומידי, והשני איטי ומתמשך. בצד האלים עומדות ההתנגשויות בחגורת האסטרואידים. בכל פעם שאסטרואיד נפגע ממטען חללי אחר, אפילו קטן, הסיבוב שלו יכול "להיזרק מהמסילה" ולעבור מסיבוב חלק סביב ציר אחד לסיבוב מורכב סביב כמה צירים, מצב שבו הגוף ממש מתגלגל ומתנודד. בצד השני נמצא החיכוך הפנימי בתוך האסטרואיד: מאחר שרוב האסטרואידים אינם גושי סלע אחידים אלא אוספים של שברי סלעים ואבק הקשורים בכבידה, האנרגיה של התנועה הפנימית מתבזבזת כחום וחלקה "מתיישרת" עם הזמן, כך שהתנועה נוטה בהדרגה לחזור לסיבוב חלק יותר סביב ציר יחיד.
מודל התפתחות הסיבוב לטווח ארוך
המודל החדש מתאר את התפתחות הסיבוב של אסטרואידים לאורך זמן ארוך מאוד, תוך שהוא מגלם את שני התהליכים בו זמנית. כשמריצים את המודל לאורך מיליוני שנים, מתקבלת תוצאה מרתקת: האינטראקציה בין ההתנגשויות לבין החיכוך הפנימי יוצרת באופן טבעי "קו גבול" באוכלוסיית האסטרואידים, אזור שבו הסיכוי למצוא אסטרואיד כמעט אפסי. כאשר צוות המחקר השווה את תחזיות המודל לנתוני גאיה האמיתיים, התברר שמיקום הפער הזה – הרצועה הריקה שעל הגרף – תואם כמעט באופן מושלם. מתחת לקו הזה נמצאים אסטרואידים רבים המסתובבים לאט ומתגלגלים בתנועה מורכבת, ואילו מעליו נמצאים אסטרואידים המסתובבים מהר יותר ובצורה יציבה הרבה יותר סביב ציר אחד.
אחת השאלות שהעסיקו אסטרונומים היא מדוע אסטרואידים רבים בכלל נכנסים למצב הטלטול הזה, וכיצד הם "נתקעים" בו לזמן כה ארוך. ההסבר של ג'ו ועמיתיו משלב את הדינמיקה של ההתנגשויות עם השפעה מוכרת אחרת: אור השמש. פני השטח של אסטרואיד סופגים אור וחום מהשמש ופולטים אותו חזרה לחלל. כל פוטון שנפלט נושא עמו זעזוע זעיר, וכאשר האפקט הזה נשנה שוב ושוב באותו כיוון, הוא עלול להאיץ או להאט את הסיבוב של האסטרואיד לאורך מיליוני שנים. זה מה שקורה כאשר האסטרואיד מסתובב בצורה חלקה, כך שצד מסוים נחשף לשמש בצורה עקבית יותר. אבל כאשר האסטרואיד מתנדנד סביב כמה צירים, הדפוס נשבר: אזורים שונים על פני השטח נחשפים לשמש באופן אקראי יותר, החימום והקירור מתפזרים לכל הכיוונים, והדחיפות הזעירות של הפוטונים מתבטלות זו את זו. אז במקום להיווצר "דחיפה מצטברת" בכיוון מסוים, האפקט מתאפס כמעט לגמרי. התוצאה היא שאסטרואידים מתגלגלים כמעט לא משנים את סיבובם, הם פשוט נשארים תקועים באזור הסיבוב האיטי, בצד אחד של הפער שנראה בנתוני גאיה.
האסטרואידים אינם בלוקים מוצקים
לפי הפרשנות של החוקרים, העובדה שחיכוך פנימי משחק תפקיד מרכזי מצביעה על כך שרוב האסטרואידים אינם בלוקים מוצקים של סלע, אלא "ערימות רסיסים" רופפות. מדובר בגופים המורכבים משברי סלע, חללים פנימיים ושכבת אדמה ואבק עבה, שמוחזקים יחד בעיקר בכוח הכבידה. המבנה הפנימי הזה, שכבר התגלה בעקיפין בחלק מהמשימות החלליות לאסטרואידים, מקבל עכשיו חיזוק סטטיסטי רחב היקף מנתוני גאיה: דפוסי הסיבוב והטלטול תואמים בדיוק למה שהיינו מצפים אם רוב האסטרואידים אכן בנויים כך.
השלכות הממצאים מגיעות עד תחום ההגנה הפלנטרית. ניסיון להסיט אסטרואיד ממסלול פגיעה פוטנציאלי, למשל באמצעות פגיעה מכוונת כמו במשימת DART של נאס"א, יהיה שונה לגמרי אם מדובר בגוף מוצק או בערימה רופפת של שברים. גוף מוצק יכול להגיב כמו גוש אבן שנדחף הצידה, בעוד ש"ערימת הרסיסים" יכולה לספוג חלק גדול מהאנרגיה, להתפרק או לשנות כיוון באופן לא צפוי. אם ניתן להבין את המבנה הפנימי של אסטרואיד על סמך דפוס הסיבוב והנתונים הפוטומטריים שלו, אפשר יהיה לתכנן אסטרטגיות פגיעה והסטה מדויקות ובטוחות יותר.
היתרון הגדול של גאיה הוא לא רק באיכות הנתונים, אלא גם בכמותם. כבר עכשיו היא מספקת מידע עשיר על אלפי אסטרואידים, והחוקרים צופים שבעזרת סקרים עתידיים כמו הסקר LSST של מצפה ורה סי רובין, יהיה ניתן להחיל את הגישה החדשה על מיליוני גופים קטנים ברחבי מערכת השמש. כך ניתן יהיה לצייר תמונה מפורטת בהרבה של ההתפתחות הסיבובית של אסטרואידים, להבין טוב יותר את ההיסטוריה הדינמית של חגורת האסטרואידים, ולחדד את ההערכות לגבי האיומים – וההזדמנויות המדעיות – שהם מציבים בפנינו.
המחקר עצמו, הנושא את הכותרת "Understanding the Long-term Rotational Evolution of Asteroids with Gaia" וחתום בידי ון האן ג'ו ועמיתיו, פורסם ביולי 2025, אך משמעותו רחבה הרבה מעבר למאמר בודד. הוא מדגים כיצד משימת מיפוי כוכבים, שנועדה במקור להכין "מפת על" תלת־ממדית של שביל החלב, מסוגלת בין היתר לגלות את הדינמיקה הפנימית של אבני הבניין הקטנות של מערכת השמש, ולהפוך את תנועתם הרועדת לקוד שניתן לפענח.
עוד בנושא באתר הידען:
