(617) Patroclus

Mit Daten radiometrischer Beobachtungen im Infraroten am Mauna-Kea-Observatorium auf Hawaiʻi im September 1975 wurden für (617) Patroclus erstmals Werte für den Durchmesser und die Albedo von 147 km und 0,04 bestimmt.^[2][3] Aus Ergebnissen der IRAS Minor Planet Survey (IMPS) wurden 1992 Angaben zu Durchmesser und Albedo für zahlreiche Asteroiden abgeleitet, darunter auch (617) Patroclus, für den damals Werte von 140,9 km bzw. 0,05 erhalten wurden.^[4] Beobachtungen am 8. November 2000 mit dem Teleskop II des Keck-Observatoriums auf Hawaiʻi im sichtbaren und mittleren Infrarotbereich ergaben eine Albedo von 0,04–0,05 und einen Durchmesser von 140,6–166,0 km, abhängig von den angenommenen thermischen Modellparametern.^[5]

Photometrische Messungen des Asteroiden fanden statt vom 25. bis 27. April 1995 am Observatoire de Haute-Provence (OHP) in Frankreich. Diese konnten aber ebenso wie weitere Beobachtungen im Juni 1995, April 1996 und Mai 1997 am Observatório do Pico dos Dias in Brasilien wegen zu geringer Veränderungen in den aufgezeichneten Lichtkurven nicht weiter zu einer Rotationsperiode ausgewertet werden.^[6] Bei Messungen vom 9. bis 20. April 1996 am La-Silla-Observatorium in Chile wurde dann aus der registrierten Lichtkurve eine Rotationsperiode von 103,0 h bestimmt.^[7]

Durch Beobachtungen mit einem Adaptive Optics (AO)-System am 8-m-Teleskop Gemini-North auf Hawaiʻi konnte am 22. September 2001 ein Begleiter von (617) Patroclus entdeckt werden. Die beiden Komponenten waren ähnlich groß und unterschieden sich nur gering in der Helligkeit. Weitere Beobachtungen am 13. Oktober konnten die Entdeckung bestätigen. Dies war der erste bekannte Fall eines binären Asteroiden unter den Trojanern.^[8]

Mit der Verfügbarkeit eines Laser Guide Star (LGS)-Systems am 10-m-Teleskop II des Keck-Observatoriums konnten im Rahmen einer Beobachtungskampagne zwischen November 2004 und Mai 2005 mehrfach direkte Aufnahmen des binären Systems im nahen Infrarot erfolgen. Diese ermöglichten, auch unter Einbeziehung von Gemini-North-Aufnahmen aus 2001 und 2002, die Bahnelemente des Systems zu bestimmen. Demnach umkreisen sich die beiden Komponenten auf einer nahezu kreisförmigen Bahn retrograd in 102,8 h bzw. 4,283 Tagen und in einem mittleren Abstand von 680 ± 20 km. Aus radiometrischen Daten wurden die Durchmesser der beiden Komponenten zunächst zu etwa 121,8 und 112,6 km (Unsicherheit ±3,2 km) und die Albedo zu 0,04 abgeschätzt. Aus den Bahnelementen und der Größe ergab sich eine Gesamtmasse von 1,36·10¹⁸ kg ± 8 % und eine Dichte von etwa 0,8 g/cm³. Dies wies auf eine sehr hohe Porosität und wahrscheinlich einen hohen Gehalt an Wassereis hin. Über die Positionen der Rotationsachsen der Einzelkomponenten und eine mögliche gebundene Rotation konnte noch keine Aussage getroffen werden.^[9] Die etwas kleinere Komponente erhielt später den Namen Menoetius (siehe unten). Eine Untersuchung lieferte ein revidiertes Orbitmodell, das auf zusätzlichen Photometriemessungen während wechselseitiger Ereignisse im ersten Halbjahr 2007 basierte. Es beschrieb eine Umlaufbahn mit einem gegenseitigen Abstand von 654 ± 36 km und einer Umlaufzeit von 102,94 ± 0,11 h, einem Durchmesser der Komponenten von 112 ± 16 und 103 ± 15 km und einer Dichte von 0,9 g/cm³.^[10]

Bei spektrografischen Beobachtungen in mittleren Infrarot mit dem Infrared Spectrograph (IRS) an Bord des Spitzer-Weltraumteleskops vom 24. bis 27. Juni 2006 konnten während zwei gegenseitigen Verfinsterungen des Patroklus-Systems zum ersten Mal Änderungen der Oberflächentemperatur eines Asteroiden effektiv in Echtzeit beobachtet werden, wodurch die thermische Trägheit sehr direkt bestimmt werden konnte. Die Messergebnisse deuteten auf eine Oberfläche hin, die mit feinem Regolith bedeckt ist. Des Weiteren konnte das Vorhandensein feinkörniger Silicate auf der Oberfläche festgestellt werden. Eine Auswertung der photometrischen Messungen von 1996 (siehe oben) und weiterer Beobachtungen im Visuellen deutete auf eine annähernd kugelförmige Gestalt beider Komponenten hin. Die Periodizität der Lichtkurve entspricht der Periode der gemeinsamen Umlaufbahn, was auf eine vollständige Synchronisation des Systems hindeutet. Zwei unterschiedliche thermophysikalische Modellierungen lieferten gleichermaßen einen äquivalenten Gesamtdurchmesser von 145 ± 15 km und eine Albedo von 0,05. Für die Durchmesser von (617) Patroclus und Menoetius ergaben sich daraus 106 ± 11 bzw. 98 ± 10 km. Zusammen mit der bekannten Gesamtmasse des Systems ergab sich daraus eine Massendichte von 1,1 ± 0,3 g/cm³, was auf eine von Wassereis dominierte Zusammensetzung hindeutet. Damit stimmen alle bekannten physikalischen Eigenschaften des Asteroiden mit den erwarteten Eigenschaften von eisigen Objekten mit entgaster Oberfläche (wie z. B. erloschene Kometen) überein.^[7]

Photometrische Messungen des Asteroiden erfolgten wieder vom 10. August bis 15. September 2011 am Kingsgrove Observatory und am Leura Observatory, beide in Australien. Obwohl nach der aufgezeichneten Lichtkurve auch eine Periode im Bereich von 160 h möglich erschien, wurde aufgrund der bereits bekannten Umlaufperiode des binären Systems dennoch ein Wert von 103,5 h angenommen.^[11] Eine Auswertung von Beobachtungen durch das Projekt NEOWISE im nahen Infrarot speziell für Trojaner ergab 2012 vorläufige Werte für den (flächenäquivalenten integralen) Durchmesser und die Albedo im sichtbaren Bereich von 140,4 km bzw. 0,05.^[12] Abschätzungen von Masse und Dichte für den Asteroiden (617) Patroclus aufgrund von gravitativen Beeinflussungen auf Testkörper führten in einer Untersuchung von 2012 zu einer Masse von etwa 1,36·10¹⁸ kg und mit einem angenommenen Durchmesser von etwa 143 km zu einer Dichte von 0,88 g/cm³ bei einer Porosität von 68 %. Die Werte besitzen eine Unsicherheit im Bereich von ±19 %.^[13]

Am 21. Oktober 2013 ereignete sich eine Bedeckung des Sterns 10. Größe TYC 646-730-1 durch (617) Patroklus und seinen Begleiter Menoetius, die von mehreren Beobachtern in den Vereinigten Staaten verfolgt wurde. Die Beobachtungsdaten ergaben für (617) Patroklus einen elliptischen Querschnitt von (125 × 98) km und für Menoetius einen solchen von (117 × 93) km. Zum Zeitpunkt der Bedeckung hatten sie einen projizierten Abstand von 664,6 km. Die Kombination dieser Bedeckungsdaten mit früheren Lichtkurvendaten ergab Achsenverhältnisse beider Objekte von 1,3:1,21:1, was auf größtenteils abgeflachte Ellipsoide mit einer leichten äquatorialen Asymmetrie und Achsen von (127 × 117 × 98) km für (617) Patroclus und (117 × 108 × 90) km für Menoetius hindeutet. Diese abgeflachte Form ist aber keine Gleichgewichtsform für die aktuelle Rotationsperiode, sie wäre es aber bei einer Rotationsperiode von etwa 8 Stunden. Diese schnellere Periode könnte einem früheren Zustand des Systems mit einem um 50 % geringeren Bahnabstand entsprechen.^[14]

Im Jahr 2011 wurde durch die US-amerikanische Raumfahrtagentur NASA in ihrem Konzeptpapier „Vision and Voyages for Planetary Science in the Decade 2013–2022“ die Erkundung der Trojaner als eine der Planetenmissionen mit der höchsten Priorität bezeichnet. In der Folge wurde im Januar 2017 die Raumsonde Lucy neben der Raumsonde Psyche als Mission für das Discovery-Programm der NASA ausgewählt, um neue Erkenntnisse über die Entstehungsgeschichte des äußeren Sonnensystems zu liefern. Dazu soll Lucy in einer umfassenden Untersuchung acht Trojaner besuchen mit unterschiedlichen taxonomischen Klassen und Durchmessern von etwa 1 bis 100 km. Nach Vorbeiflügen an zwei kleinen Hauptgürtelasteroiden soll Lucy zunächst die L4-Trojaner (3548) Eurybates mit seinem Mond Queta, (15094) Polymele mit seinem noch unbenannten Satelliten, (11351) Leucus und (21900) Orus besuchen und anschließend noch den Doppelasteroiden (617) Patroclus-Menoetius in Lager der L5-Trojaner erreichen.

Nach dem Start am 16. Oktober 2021 erreichte Lucy nach mehreren Vorbeiflugmanövern an der Erde bereits im November 2023 (152830) Dinkinesh und im April 2025 (52246) Donaldjohanson, um solche Begegnungen zu proben. Die nächsten Ziele im Lager der L4-Trojaner sollen zwischen August 2027 und November 2028 erreicht werden. Nach einem weiteren Swing-By-Manöver an der Erde im Dezember 2030 soll der Vorbeiflug am Patroclus-Menoetius-System am 3. März 2033 in einem Abstand von 1620 km und mit einer Relativgeschwindigkeit von 8,8 km/s stattfinden. Bei allen Vorbeiflugzielen sollen mit den Instrumenten an Bord u. a. Informationen über die innere Struktur, die Masse und Dichte der Objekte, ihre Geologie, ihre Oberflächenzusammensetzung und thermischen Eigenschaften sowie mögliche Ringe oder Satelliten gewonnen werden.^[15]

Nach der Initiierung der Lucy-Mission wurden in den folgenden Jahren mehrere Beobachtungskampagnen gestartet, bei denen insbesondere Wert auf die Registrierung von gegenseitigen Bedeckungen oder Verfinsterungen der beiden Komponenten des Patroclus-Menoetius-Systems gelegt wurde, um daraus eine möglichst genaue Kenntnis von dessen physikalischen Parametern zu gewinnen, was zur Planung des Vorbeiflugs der Raumsonde von größter Bedeutung ist. Die gegenseitigen Erscheinungen treten nur etwa alle sechs Jahre während einiger Monate auf, wenn die Sonne in einem geringen Winkelabstand ober- oder unterhalb der Bahnebene des Doppelasteroiden steht. Die Auswertung von zwei jeweils sechsmonatigen Beobachtungen zwischen Januar und Juni 2007 sowie Juli und Dezember 2012 an verschiedenen Observatorien in Frankreich, Brasilien, Chile, Belgien, den Vereinigten Staaten, Mexico und Japan ergab verbesserte Werte für die Position der Rotationsachse des Systems, die Umlaufperiode und das Volumenverhältnis der Komponenten. Eine Modellierung des Systems konnte die Beobachtungen perfekt erklären, nachdem der gegenseitigen Abstand der Komponenten auf einen Wert von 695 ± 10 km angepasst wurde. Damit ergab ergibt sich auch ein flächenäquivalenter integraler Durchmesser von 168,8 ± 2,6 km.^[16]

Im Zeitraum Mai bis Dezember 2017 erfolgten mehrere astrometrische Messungen des Systems mit der Wide Field Camera 3 (WFC3) des Hubble-Weltraumteleskops (HST) und mit dem Keck-II-Teleskop, aus denen verbesserte Werte für eine nahezu kreisförmige Umlaufbahn mit einer Großen Halbachse von 688 ± 5 km und einer Periode von 102,78470 h bestimmt wurden. Die Masse des Gesamtsystems entsprach demnach 1,41·10¹⁸ kg.^[17] Weitere photometrische Messungen vom 28. Januar bis 11. Mai 2018 am Center for Solar System Studies (CS3) in Kalifornien und Colorado wurden zu einer Periode von 102,8 h ausgewertet.^[18] Spektrografische Messungen im nahen Infrarot vom 18. Juni 2019 mit der Infrared Telescope Facility (IRTF) am Mauna-Kea-Observatorium auf Hawaiʻi ergaben einen maximalen Gewichtsanteil von Wassereis in der Oberflächenschicht des Asteroiden von 4 % bei einer angenommenen Korngröße von >500 µm.^[19]

Eine Untersuchung von 2024 wertete astrometrische Daten des Keck-Observatoriums und des Hubble-Weltraumteleskops aus den Zeitraum 2001 bis 2017 aus. In Verbindung mit 42 Lichtkurven aus den Perioden gegenseitiger Erscheinungen 2007, 2012 und 2017/2018 wurde ein dynamisches Modell des Patroclus-Menoetius-Systems entwickelt, was eine nahezu kreisförmige Umlaufbahn mit einer Großen Halbachse von 692,5 ± 4,0 km sowie einer Umlaufzeit von 102,7861 h und einer mittleren Dichte von 1,1 g/cm³ ergab.^[20] Die nächste Saison gegenseitiger Erscheinungen des Patroclus-Menoetius-Systems erfolgte zwischen Februar 2024 und Januar 2025. Auch diese wurden wieder durch zahlreiche Observatorien weltweit beobachtet und ausgewertet.^[21]

Ein natürlicher Satellit von (617) Patroclus wurde am 22. September 2001 durch das Gemini-Observatorium auf Hawaiʻi entdeckt (siehe oben). Er erhielt zunächst die provisorische Bezeichnung S/2001 (617) 1. Weitere Beobachtungen zeigten, dass der Begleiter mit einem mittleren Durchmesser von etwa 112 km nahezu gleich groß und ebenso ellipsoidisch geformt ist wie (617) Patroclus. Die beiden Objekte haben einen Abstand von etwa 690 km voneinander und umkreisen ihren gemeinsamen Schwerpunkt einmal in etwa 4,28 Tagen. Am 2. Februar 2006 wurde dem Begleiter nach Menoitios, dem Vater von Patroklos, der offizielle Name (617) I Menoetius verliehen.^[22]

• Liste der Asteroiden
• Liste der Monde von Asteroiden

Commons: (617) Patroclus – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• (617) Patroclus beim IAU Minor Planet Center (englisch)
• (617) Patroclus in der Small-Body Database des Jet Propulsion Laboratory (englisch).
• (617) Patroclus in der Datenbank der „Asteroids – Dynamic Site“ (AstDyS-2, englisch).