Kleine, sich schnell drehende Asteroiden sind aufgrund der Schwerkraft nicht in der Lage, ihre Integrität zu bewahren: Sie sind zu klein dafür, und Zentrifugalkräfte werden sie leicht auseinanderreißen. Was hält sie ganz?
Im Jahr 2005 machte die japanische Sonde Hayabusa einen eleganten Bogen und landete auf der Oberfläche des Asteroiden Itokawa, der einer mehrere hundert Meter großen Kartoffel ähnelt. Nachdem er Proben von Asteroidenmaterial gesammelt hat, macht er sich nun auf den Weg zur Erde und sollte dieses Jahr eintreffen. Leider ist seine erfolgreiche Rückkehr immer noch zweifelhaft - über die Probleme des Geräts haben wir im Artikel "Der Weg nach Hause" geschrieben.
Die bereits heute verfügbaren Rotationsdaten zeigen jedoch, dass Itokawa und andere ähnliche Gesteins-Asteroiden erst bei Größen in der Größenordnung von 150 m und größer durch die Schwerkraft vor dem Auseinanderbrechen bewahrt werden können. Aber kleinere Körper, von denen es viele gibt, würden durch Zentrifugalkräfte in Stücke gerissen. Darüber hinaus zeigen Bilder von Itokawa, dass es aus Stein- und Staubfragmenten besteht, die bereit sind, auseinanderzufallen. Eine mögliche Lösung für dieses Rätsel wurde von Physikern unter der Leitung von Daniel Scheeres vorgeschlagen.
In der Tat zeigen die Berechnungen, dass die Kräfte, die der Zentrifugalwirkung standh alten können, nicht zu groß sein sollten. Astronomen haben eine Reihe von Kandidaten für diese Rolle ausprobiert: sowohl den Druck der Sonnenstrahlung als auch die elektrostatische Anziehung ionisierter Staubkörner. Die Gruppe von Daniel Shears führte außerdem eine vergleichende und möglichst genaue Bewertung aller Kandidaten durch.
Sie zeigten, dass keiner der beliebten Kandidaten dafür geeignet ist, einen Asteroiden ganz zu h alten. Aber ein Neuling trat in den Vordergrund - die Streitkräfte von Van der Waals. Die Theorie dieser Kräfte ist ziemlich kompliziert, sie erfordert einen quantenmechanischen Ansatz. Es genügt zu sagen, dass Van-der-Waals-Kräfte auf molekularer Ebene wirken und hauptsächlich auf die ungleichmäßige Ladungsverteilung auf der Oberfläche von Molekülen zurückzuführen sind.
Diese Ableitung der Shears-Gruppe hat mehrere interessante Konsequenzen. Zunächst stellt sich heraus, dass ein großer Asteroid im Laufe seiner Entwicklung bei seiner Rotation nach und nach große Fragmente verliert, bis seine Größe so klein wird, dass eher schwache Van-der-Waals-Kräfte ihn intakt h alten können. Zweitens kann dieses Modell zumindest teilweise auch die Existenz von Ringen auf einigen Planeten erklären (das bekannteste Beispiel ist Saturn), Ringe, die nur aus sehr kleinen Körpern bestehen.
