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The threat of NEAs and the origin of terrestrial planets´ impactors

Galiazzo, Mattia (2013) The threat of NEAs and the origin of terrestrial planets´ impactors.
Dissertation, Universität Wien. Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
BetreuerIn: Dvorak, Rudolf

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URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-30380.67737.471863-6
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Abstract in Englisch

The Near-Earth Asteroids (NEAs) are relatively small celestial bodies with perihelion distances of less than 1.3 au. They can have impacts with the terrestrial planets and therefore they are a permanent danger for the Earth and some of them are also called Potential-Hazardous Asteroids, PHAs. In this work some of the possible sources of NEAs are analysed in detail. In particular we analyse two asteroid groups, the Hungarias and the Vestians from the Main Belt region (asteroids from between the orbits of Mars and Jupiter), and the inner region of the Centaurs, bodies between the orbits of Jupiter and Saturn. In addition a photometrical study of an important approaching comet, C/2012 S1 ISON, plus some hints on its orbits, close encounters and some physical constraints, i.e. the encounter velocity, are presented. Furthermore, another work on the origin of a paleo-impact event, namely the Bosumtwi crater one, is studied. One of the main parts of this thesis is devoted to the dynamical behaviour of the Hungaria Group, which consists of asteroids moving in an orbital region of the inner Main Belt, with semi-major axes between 1.78 au and 2.03 au and confined mainly by the nu_6 secular resonance, the mean motion resonances 4:1 with Jupiter and 3:4 with Mars. A dynamical study of a small group of 200 Hungarias has been performed. These asteroids have been integrated in a first step for 100 million years, using a simplified model of the planetary system (only the planets from Mars to Saturn are considered). Out of this sample, in a second step, 11 objects that suffered from large eccentricities and inclinations during the first integration have been chosen and then their orbits were followed with a dynamical model, including also Venus and the Earth. This is a statistical investigation, therefore 11 real asteroids, and 50 clones (with only slightly different initial conditions) for each asteroid, have been integrated. It turned out that 91% of these Hungaria clones become PCAs (Planet Crossing Asteroids) within the integration time (again 100 million years). A low rate of impacts with the terrestrial planets have been found. The number of close encounters with the terrestrial planets, their impact velocities and angles have been computed too (Galiazzo et al., 2013a). In addition, the diameter of the putative craters made by Hungaria collisions with the terrestrial planets were computed (Galiazzo et al., 2014a). The Moon seems not to be relevant for the statistics of close encounters and impacts (Bazso & Galiazzo 2013). Approximately 30 observed V-type asteroids (objects with a spectrum similar to the basaltic achondrite which are mostly remnants of the parent body, the asteroid 4 Vesta) from the NEA-region have been chosen. Similarly to the Hungaria study, computations of the physical and statistical aspects of the impacts with the terrestrial planets were performed. Concerning the (inner) Centaurs, it has been found that the asteroids and also comets between Jupiter and Saturn can become PCAs even in a short time scale of 1 Million years. Only a very small percentage of them escape, having close encounter with Saturn. For the first time, the origin of a relatively young paleo-impact event, the Bosumtwi crater (in the Republic of Ghana, Africa) has been investigated. This crater has been chosen for this study because of its relatively young age (1.07 Myr; Koeberl et al., 1997) and unusually good constraints on the direction of the impactor (Artemieva et al., 2004 and Galiazzo et al., 2013b). This helps to reconstruct the impactor's orbit and learn about its origin (or its most probable origin), using a "statistical-dynamical" analysis. The most probable origin of the impactor is an high-inclined asteroid family in the middle Main Belt and the impactor should have been an asteroid with an original orbital inclination greater than 35°. This thesis studies some of the most important sources of NEAs, especially in the Main Belt, the Hungaria and the Vesta Family, and it improves the study of the impacts with the planets in the Solar System and the origins of the impactors.

Schlagwörter in Englisch

Asteroids / NEAs / Impacts / Hungaria / V-Typ / Centaure / Resonances

Abstract in Deutsch

Asteroiden, deren Abstand zur Sonne im Perihel einen Wert von 1.3 au unterschreiten werden "Near-Earth Asteroids" (NEAs) genannt. Diese Himmelskörper können also mit den terrestrischen Planeten kollidieren und sind daher eine permanente Bedrohung für die Erde. Aus diesem Grund werden sie auch oft als "Potential-Hazardous Asteroids" (PHAs) bezeichnet. In dieser Arbeit wurden nun mögliche Quellen für NEAs im Detail analysiert. Im speziellen wurden zwei Asteroiden Gruppen untersucht, die Hungarias und Vestians aus dem Hauptgürtel der Asteroiden zwischen Mars und Jupiter und der innere Bereich der Centauren, welche sich zwischen Jupiter und Saturn befinden. Zusätzlich wird eine photometrische Studie des nahe vorbei gehenden Kometen C/2012 S1 ISON, inklusive der Abschätzung seines Orbits, möglicher naher Begegnungen und physikalischer Einschränkungen (z.B. mögliche Aufschlaggeschwindigkeiten) präsentiert. Außerdem wurde die mögliche Herkunft des Paleo-Impakts, welcher den Bosumtwi Krater gebildet hat untersucht. Ein wichtiger Teil dieser Arbeit ist dem dynamischen Verhalten der Hungaria Gruppe gewidmet, welche aus Asteroiden besteht, die sich im inneren Bereich des Hauptgürtels zwischen 1.78 und 2.03 AE befinden und hauptsächlich durch die nu_6 säkulare Resonanz, die 4:1 Resonanz mit Jupiter und die 3:4 Resonanz mit Mars begrenzt wird. Dazu wurde eine dynamische Studie einer kleinen Gruppe von 200 Hungarias durchgeführt, wobei hier ein vereinfachtes Modell des Sonnensystems (es wurden nur die Planeten von Mars bis Saturn berücksichtigt) für 100 Mill. Jahre integriert wurde. In einem nächsten Schritt wurden die 11 Objekte, welche hohe Exzentrizitäten und Inklinationen bekommen hatten in einem dynamischen Modell weiterintegriert welches auch die Venus und die Erde enthält. Um eine statistische Auswertung zu ermöglichen; wurden zusätzlich zu diesen 11 Objekten noch 50 Klone pro Objekt mit gering abweichenden Anfangsbedingungen berechnet. Dabei stellte sich heraus, dass 91% der Hungaria Klone innerhalb der Integrationszeit (100 Mill. Jahre) zu Erdbahnkreuzern (PCAs) werden. Weiters konnte auch eine geringe Anzahl von Einschlägen auf die terrestrischen Planeten gefunden werden. Die Anzahl der nahen Begegnungen mit den terrestrischen Planeten, sowie die Geschwindigkeit und der Winkel des Einschlages wurden bestimmt und in Galiazzo et al. (2013a) veröffentlicht. In einer weiterführenden Arbeit (Galiazzo et al., 2014a) wurden die Durchmesser der von den Einschlägen der Hungarias verursachten Krater berechnet. Es konnte auch gezeigt werden, dass der Mond für die Statistik von nahen Begegnungen und Einschlägen vermutlich keine Rolle spielt. In einer weiteren Studie wurden 30 bekannte V-Typ Asteroiden (Objekte mit einem zu basaltischem Achondrite ähnlichem Spektrum, welche hauptsächlich Überreste des Asteroiden 4 Vesta sind) aus der Region der NEAs gewählt. Ähnlich wie bei der Studie der Hungarias wurden auch hier physikalische und statistische Aspekte von Einschlägen auf terrestrische Planeten untersucht. Betre end der Centauren konnte gezeigt werden, dass auch diese Asteroiden und Kometen zwischen Jupiter und Saturn in einer relativ kurzen Zeit von 1 Mill. Jahren zu PCAs werden können. Weiters zeigte sich, dass nur ein sehr geringer Prozentsatz der Centauren Bahnen auerhalb des Saturns erreichen, bzw. nahe Begegnungen mit ihm haben können. Zum ersten Mal wurde auch der Ursprung des relativ jungen Paleo-Impakt Kraters Bosumtwi (Ghana, Afrika) untersucht. Dieser Krater wurde wegen seines jungen Alters von 1.07 Mill. Jahren und der ungewöhnlich guten Einschränkungen für die Richtung des Impaktors gewählt (Artemieva et al., 2004, Galiazzo et al., 2013b). So konnte der Orbit des Impaktors rekonstruiert und mit Hilfe einer statistisch-dynamischen Analyse sein wahrscheinlichster Ursprung bestimmt werden. Dabei stellte sich als wahrscheinlichster Ursprung eine Asteroiden Familie mit hohen Inklinationen im Hauptgürtel heraus, wobei der Impaktor eine Inklination von mehr als 35° gehabt haben muss. Zusammenfassend untersucht diese Studie die wichtigsten Quellen der NEAs, besonders im Hauptgürtel der Asteroiden die Hungaria und Vesta Familie und verbessert so das Wissen über Einschläge auf die terrestrischen Planeten unseres Sonnensystems, sowie den Ursprung der Impaktoren.

Schlagwörter in Deutsch

Asteroiden / NEAs / Einschläge / Hungaria / V-Typ / Centaure / Resonanzen

Dokumentenart: Hochschulschrift (Dissertation)
AutorIn: Galiazzo, Mattia
Titel: The threat of NEAs and the origin of terrestrial planets´ impactors
Umfangsangabe: VII, 138 S.
Institution: Universität Wien
Fakultät: Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Publikationsjahr: 2013
Sprache: eng ... Englisch
BetreuerIn: Dvorak, Rudolf
2. BetreuerIn: Koeberl, Christian
BeurteilerIn: Souchay, Jean
2. BeurteilerIn: Erdi, Balint
Klassifikation: 39 Astronomie > 39.23 Himmelsmechanik, Astrodynamik
39 Astronomie > 39.54 Interplanetare Materie
38 Geowissenschaften > 38.99 Geowissenschaften: Sonstiges
39 Astronomie > 39.50 Sonnensystem: Allgemeines
39 Astronomie > 39.11 Astronomische Beobachtung, Observatorien, Planetarien
39 Astronomie > 39.19 Praktische Astronomie: Sonstiges
AC-Nummer: AC11104743
Dokumenten-ID: 30085
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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