243 Ida

Oppdagelse og observasjoner

Ida ble oppdaget 29. september 1884 av den østerrikske astronomen Johann Palisa, ved Universitätssternwarte Wien. Dette var hans 45. asteroideoppdagelse. Ida ble navngitt av Moriz von Kuffner, en brygger og amatørastronom fra Wien. I gresk mytologi var Ida en nymfe fra Kreta som oppdro guden Zevs. Ida ble gjenkjent som et medlem av Koronis-familien av Kiyotsugu Hirayama, som i 1918 foreslo at gruppen bestod av rester etter et ødelagt himmellegeme.
Astronomene David J. Tholen og Edward F. Tedesco målte Idas refleksjonsspektrum 16. september 1980, som en del av eight-color asteroid survey (ECAS). Spektrumet stemte med de asteroidene som var klassifisert som S-type-asteroider. Observasjoner av Ida tidlig i 1993 ved United States Naval Observatory Flagstaff Station og Oak Ridge Observatory forbedret målingene av banen rundt solen, og reduserte usikkerheten om posisjonen under Galileos nærpassering fra 78 til 60 km.

Galileos nærpassering

Asteroidene 951 Gaspra og 243 Ida ble besøkt i 1993 av romsonden Galileo på sin ferd mot Jupiter. De ble valgt ut etter nye retningslinjer som pålegger NASA at romsonder som krysser asteroidebeltet skal vurdere nærpasseringer av asteroider. Ingen tidligere sonder hadde foretatt en slik nærpassering. Galileo ble skutt opp i bane av romfergen Atlantis under romferden STS-34 den 18. oktober 1989. For å endre banen slik at Galileo kunne nå Ida, krevdes det 34 kg (75 lb) med drivstoff. Planleggerne utsatte avgjørelsen til de var sikre på at det var nok drivstoff til å fullføre primæroppdraget til Jupiter.
Galileo passerte asteroidebeltet to ganger. Under den andre kryssingen fløy sonden forbi Ida 28. august 1993 med en hastighet på 12 400 m/s (44 640 km/t) i forhold til asteroiden. Omtrent 95 % av overflaten ble observert i avstander på mellom 240 350 km og 2 390 km. Ida var da den andre asteroiden, etter Gaspra, som ble avbildet av en romsonde.
En skade på en av antennene forsinket overføringen av mange bilder. De første fem bildene ble mottatt i september 1993, og utgjorde en høytoppløst mosaikk på 31–38 m/piksel. De gjenværende bildene ble sendt i februar 1994, da romsondens nærhet til jorden gjorde det mulig å overføre data raskere.

Oppdagelser

Galileos nærpasseringer av 951 Gaspra og 243 Ida, og senere NEAR Shoemakers nærpassering av (433) Eros, muliggjorde de første studier av asteroiders geologi. Idas relativt store overflate fremviste også en rekke ulike geologiske egenskaper. Oppdagelsen av Idas måne Daktyl, den første bekreftede satellitten til en asteroide, ga ytterligere innsikt i Idas sammensetning.
Ida klassifiseres som en S-type-asteroide basert på bakkebaserte spektroskopiske målinger. Før Galileos nærpassering var det antatt at S-typene bestod enten av ordinær kondritt (OC, engelsk ordinary chondrite) eller stein-jern, to mineraler som er funnet i meteoritter på jorden. Den langvarige stabiliteten til Daktyls bane viser at Idas tetthet er mindre enn 3,2 g/cm³. Dette betyr at hvis Ida består av 5 g/cm³ jern- og nikkelholdig materialer, må den ha over 40 % tomrom.
Galileo avdekket romvær på Ida, som gjør at eldre regioner ble rødere i farge over tid. Den samme prosessen påvirker Daktyl, men endringene er mindre synlige. Romværet avslørte også en annen detalj: Refleksjonsspektrum av nylig blottlagte deler av overflaten lignet på OC-meteoritter, som er den vanligste typen meteoritter som er funnet på jordens overflate. Eldre områder passet spekteret til S-type-asteroider, som er de mest tallrike i den indre delen av asteroidebeltet.
Begge oppdagelsene – effekten av romværet og den lave tettheten – ga en ny forståelse av forholdet mellom S-type-asteroider og OC-meteoritter. Refleksjonsspekteret som ble målt ved fjernobservasjoner av S-type-asteroider, passet imidlertid ikke til spekteret til OC-meteoritter. Galileos nærpassering viste at noen S-typer, spesielt Koronis-familien, kan være kilden til disse meteorittene.

Fysiske egenskaper

Massen ligger i området 3,65–4,99 × 10¹⁶ kg. Gravitasjonsfeltet gir en akselerasjon på ca. 0,3–1,1 cm/s² over overflaten. Dette feltet er så svakt, at en astronaut på overflaten kan hoppe fra den ene enden til den andre, og et objekt som beveger seg over 20 m/s kan unnslippe asteroiden helt.
Ida er en utpreget langstrakt asteroide, med en irregulær overflate, og ligner litt på en croissant. Lengden er 2,35 ganger større enn bredden, og en «midje» deler den inn i to geologisk ulike halvdeler. Denne formen antyder at Ida består av to store, faste komponenter, med løse rester som fyller opp gapet mellom dem. Slike rester ble imidlertid ikke oppdaget på bildene tatt av Galileo.
Noen bratte bakker overstiger 50°, men generelt overstiger de ikke 35°. Den irregulære formen gir også et svært ujevnt gravitasjonsfelt. Akselerasjonen ved overflaten er lavest ved de høyeste punktene på grunn av den raske rotasjonshastigheten. Den er også lav nær «midjen» fordi massen er konsentrert i de to halvdelene.

Overflateformasjoner

Overflaten er svært kraterbelagt og stort sett grå, selv om mindre fargevariasjoner markerer nylig dannede eller avdekkede områder. Foruten kratre, er også andre formasjoner synlige, slik som riller, rygger og fremspring. Et tykt lag av regolitt og løse rester skjuler grunnfjellet under. De største fragmentene, på størrelse med kampestein, kalles utkastningsblokker, og flere av disse har blitt observert på overflaten.

Regolitt

Overflaten er dekket av et teppe av pulverisert stein, kalt regolitt, omtrent 50–100 m tykt. Materialet produseres ved kosmiske nedslag og fordeles over overflaten gjennom geologiske prosesser. Galileo observerte bevis for nylig bevegende regloitt.
Regolitten er sammensatt av de silikate mineralene olivin og pyroksen. Overflaten endrer utseende gjennom romvær, og derfor fremstår eldre regolitt rødere i fargen enn nyere avdekkede materialer.
Ca. 20 store blokker, 40–150 m i diameter, utgjør de største delene av regolitten. Slike blokker forventes å raskt brytes ned på grunn av nye nedslag, og må enten ha blitt dannet nylig eller ha blitt avdekket etter et nedslag. De fleste ligger innenfor kratrene Lascaux og Mammoth, men kan ikke ha blitt dannet der. Dette området tiltrekker seg rester på grunn av Idas irregulære gravitasjonsfelt. Noen blokker kan ha blitt slynget ut fra det yngre kratrene Azzurra på andre siden av asteroiden.

Strukturer

To halvdeler – region 1 og region 2 – som er to faste komponenter, er forbundet med en «midje». Det ble antatt at denne «midjen» er fylt av løse rester, men slike rester er ikke oppdaget. Det er også blitt foreslått at restene kan ha blitt blåst bort fra asteroiden av nedslag.
Region 1 inneholder to store strukturer. Den ene er en 40 km lang rygg, kalt Townsend Dorsum, som strekker seg 150 grader rundt overflaten. Den andre er en stor fordypning kalt Vienna Regio.
Region 2 inneholder flere sett med spor, de fleste av dem 100 m brede eller mindre, og opp mot 4 km lange. De ligger nær, men er ikke forbundet med kratrene Mammoth, Lascaux og Kartchner. Noen av sporene forbindes med større nedslag, for eksempel et sett på andre siden av Vienna Regio.

Kratre

Ida er et av de mest kraterbelagte legemene i solsystemet, i forhold til størrelsen, og nedslag har vært hovedprosessen bak formingen av overflaten. Dannelsen av krater har kommet til et metningspunkt; eventuelle nye nedslag vil slette noen av de gamle og bevare det totale antallet kratre. Overflaten er dekket av kratre i alle størrelser og faser av nedbrytning, og alderen varierer fra helt nye til gamle omtrent på samme alder som Ida selv. De eldste kan ha blitt dannet under oppdelingen av Koronis-familiens moderlegeme. Det største krateret, Lascaux, er nesten 12 km i diameter. Region 2 inneholder nesten alle kratrene som er større enn 6 km i diameter, mens region 1 ikke inneholder noen store kratre i det hele. Noen kratre ligger også som en kjede.
Idas store kratre er oppkalt etter grotter og lavatunneler på jorden. Krateret Azzurra, for eksempel, er oppkalt etter en neddykket hule på øya Capri, også kjent som Den blå grotte. Azzurra er tilsynelatende det nyeste større nedslaget på Ida. Det oppvirvlede materialet etter kollisjonen er ujevnt fordelt utover Ida og er ansvarlig for de store farge- og albedovariasjonene over overflaten. Et unntak i kratermorfologien er det nye, asymmetriske Fingal som har en skarp grense mellom gulvet og veggen på den ene siden. Et annet tydelig krater er Afon, som markerer Idas nullmeridian.
Kratrene er enkle i struktur, bolleformet uten flat bunn og noen sentrale topper. De er jevnt fordelt, med unntak av en utvekst nord for krateret Choukoutien som er glattere og mindre kraterbelagt. Materialet fra et nedslag avsettes forskjellig på Ida enn på planeter på grunn av den raske rotasjonen, den lave gravitasjonen og den irregulære formen. Tepper av oppvirvlet materiale avleires asymmetrisk rundt kratrene, men det materialet som beveger seg så raskt at det slipper unna asteroiden, forsvinner ut i rommet.

Sammensetning

Ida ble klassifisert som en S-type-asteroide basert på likheten mellom refleksjonspekteret med lignende asteroider. S-typene kan ha samme sammensetning som stein-jern-meteoritter eller ordinær kondritt-meteoritter (OC). Sammensetningen av det indre har ikke blitt analysert direkte, men basert på endringer i overflatefargen og tettheten på 2,27–3,10 g/cm³, antas den å være lignende OC-materiale. OC-meteoritter inneholder varierte mengder av silikatene olivin og pyroksen, jern og feltspat. Galileo oppdaget olivin og pyroksen, og mineralinnholdet synes å være homogent gjennom i hele sitt omfang. Galileo fant minimale variasjoner på overflaten, og asteroidens spinn indikerer en jevn tetthet. Antatt at sammensetningen er lik OC-meteoritter, som har en tetthet på 3,48–3,68 g/cm³, vil porøsiteten være på 11–42 %.
Det er sannsynlig at et lag av bruddstein etter nedslag, kalt megaregolitt, strekker seg mellom et par hundre meter og noen få kilometer under overflaten. Noe stein i kjernen kan også ha blitt oppsprukket under de store kratrene Mammoth, Lascaux og Undara.

Omløp og rotasjon

Ida tilhører Koronis-familien i asteroidebeltet. Ida går i bane rundt solen med en gjennomsnittlig avstand på 2,862 AE (428 100 000 km), mellom banene til Mars og Jupiter. På én runde rundt solen bruker Ida ca. 4,84 år.
Rotasjonsperioden er 4,63 timer, og Ida er en av de raskest roterende asteroidene som er blitt oppdaget. Det kalkulerte maksimale treghetsmomentet til et objekt med jevn tetthet med samme form som Ida sammenfaller med spinnaksen til asteroiden. Dette antyder små variasjoner i tettheten. Rotasjonsaksen preserer med perioder på 77 000 år fordi solens gravitasjon virker på den ikke-sfæriske formen.

Opphav

Ida stammer fra oppdelingen et større legeme i Koronis-familien som antas å ha vært omtrent 120 km i diameter. Det opprinnelige legemet hadde blitt delvis differensiert og tyngre metaller hadde forflyttet seg innover mot kjernen. En betydelig mengde av dette kjernematerialet forsvant sammen med Ida. Det er uvisst hvor lenge det er siden oppdelingen. En analyse av Idas prosess med kraterdannelser, tyder på at overflaten er over én milliard år gammel. Dette stemmer dog ikke overens med den estimerte alderen til Ida-Daktyl-systemet på mindre enn 100 millioner år; på grunn av den lille størrelsen, er det usannsynlig at Daktyl kan ha unnsluppet ved å bli ødelagt i en stor kollisjon for lengre tid siden. Forskjellen i de estimerte aldrene kan forklares med en økt forekomst av kratre på grunn av restene etter at det opprinnelige Kornis-legemet ble ødelagt.

Måne

Den lille satellitten Daktyl går i bane rundt Ida. Daktyl er full av kratre, liksom Ida, og består også av lignende materialer. Opphavet er uvisst, men resultater fra forbiflyvningen antyder at den opprinnelig var et fragment av det opprinnelige Koronis-legemet.

Oppdagelse

Daktyl ble oppdaget 17. februar 1994 av Ann Harch, et medlem av Galielo-teamet, mens hun undersøkte forsinkede bilder fra romsondens nærpassering. Galileo tok 47 bilder av Daktyl over en periode på 5,5 timer den 28. august 1993. Bildene ga den første direkte bekreftelsen på en asteroidemåne. På dette tidspunktet var Daktyl 90 km fra Ida, og beveget seg i en prograd bane. Romsonden var 10 760 km fra Ida og 10 870 km fra Daktyl da det første bildet av månen ble tatt, 14 minutter før Galileos nærmeste passering.
Daktyl ble opprinnelig betegnet 1993 (243) 1. Det offisielle navnet er (243) Ida I Dactyl. Den ble navngitt av Den internasjonale astronomiske union i september 1994, etter de mytologiske daktylene som holdt til i fjellet Ida på Kreta.

Fysiske egenskaper

Daktyl er et «eggformet», men «bemerkelsesverdig sfærisk» objekt som måler 1,6×1,4×1,2 km. Den lå med den lengste aksen pekende mot Ida. Akkurat som Ida, er også Daktyls overflate dekket av kratre. Over et dusin kratre med en diameter over 80 m vises på overflaten, og det indikerer at månen har blitt truffet av andre himmellegemer mange ganger opp gjennom historien. Minst seks av disse kratrene danner en lineær kjede, og det antyder at de ble forårsaket av lokale rester, muligens rester fra Ida. Daktyls kratre kan inneholde sentrale topper i motsetning til de som finnes på Ida. Disse formasjonene, og Daktyls sfæriske form, impliserer at månen er gravitasjonelt kontrollert til tross for den lille størrelsen. Gjennomsnittstemperaturen på satellitten er omtrent 200 K (−73 °C), det samme som på Ida.
Daktyl har mange fellestrekk med Ida. Albedoene og refleksjonsspektrene er svært like. De små forskjellene indikerer at romværet er mindre aktivt på Daktyl. Den lille størrelsen gjør at dannelsen av betydelige mengder regolitt er umulig. Dette i motsetning til Ida, som er dekket av et dypt lag med regolitt.

Bane

Banen rundt Ida er ikke nøyaktig kjent. Galileo var i baneplanet da de fleste av bildene av månen ble tatt, noe som gjorde fastslåing av den nøyaktige banen vanskelig. Banen antas å være prograd og er inklinert ca. 8° mot Idas ekvator. Basert på datasimuleringer må perisenteret være mer enn ca. 65 km fra Ida for at den skal kunne forbli i en stabil bane. Utvalget av baner generert ved simuleringer ble snevret ned ved nødvendigheten av at banen måtte passere gjennom det punktet hvor Galileo observerte Daktyl kl. 16:52:05 UT den 28. august 1993, ca. 90 km fra Ida ved lengdegrad 85. 26. april 1994 observerte Hubble-teleskopet Ida i åtte timer, men oppdaget ikke Daktyl. Det ville ha vært i stand til det hvis månen var mer enn 700 km fra Ida.
Omløpsperioden er ca. 20 timer, antatt at den er i en sirkulær bane rundt Ida. Omløpshastigheten er omtrent 10 m/s (36 km/t), «omtrent hastigheten til en sprintløper eller en løst kastet baseball».

Alder og opphav

Daktyl kan ha oppstått på samme tid som Ida, fra oppdelingen av et Koronis-legeme. Den kan også ha blitt dannet senere, fra utkastet materiale etter et nedslag på Ida. At satellitten har blitt innfanget av Ida, er svært usannsynlig. Daktyl kan ha opplevd et større nedslag for ca. 100 millioner år siden, hvor størrelsen ble redusert.