Asteroidebeltet er en torusformet region som strekker seg omtrent gjennom rommet mellom banene til Jupiter og Mars, og inneholder mange uregelmessig formede legemer som i gjennomsnitt ligger rundt én million kilometer fra hverandre. Denne siste detaljen overrasker de fleste: til tross for hvor overfylt science fiction gjerne fremstiller det, er asteroidebeltet nesten utelukkende tomt rom, med steinete legemer spredt over enorme avstander fra hverandre.
Asteroidebeltet er den innerste og minste sirkumstellare skiven i solsystemet. Den totale massen anslås til 3 % av Månens masse, og rundt 60 % av dette er samlet i de fire største asteroidene: Ceres, Vesta, Pallas og Hygiea. Nesten alt i beltet er med andre ord enten ett av disse fire relativt store legemene, eller en enorm mengde spredte, langt mindre rester.
Selv det største legemet er ikke særlig stort. Ceres, det eneste objektet i asteroidebeltet som er stort nok til å klassifiseres som dvergplanet, har en diameter på rundt 950 km, mens Vesta, Pallas og Hygiea har gjennomsnittlige diametre på under 600 km. Ingen av dem kommer i nærheten av planetarisk størrelse.
Et forutsett gap, så en oppdagelse
Beltets plassering ble ikke funnet ved en tilfeldighet. Astronomer hadde mistenkt at noe befant seg mellom Mars og Jupiter i flere tiår før noen faktisk fant det, basert på mønstre i hvordan de kjente planetene var fordelt. Den 1. januar 1801 fant Giuseppe Piazzi et lite objekt i bevegelse med en bane som stemte nøyaktig med radiusen mønsteret hadde forutsagt. Omtrent 15 måneder senere oppdaget Heinrich Olbers et andre objekt i samme område, Pallas — og det ble raskt klart at dette ikke var én enkelt manglende planet, men noe helt annet.
Dette "noe annet" var fristende å forklare som restene av en planet. I 1802 foreslo Olbers overfor Herschel og Gauss at Ceres og Pallas var fragmenter av en langt større planet som var blitt ødelagt, men den enorme mengden energi som kreves for å ødelegge en planet, kombinert med beltets lave samlede masse, støtter ikke denne hypotesen. Beltet var aldri en planet som brøt sammen — det var en planet som aldri fikk sjansen til å dannes i utgangspunktet.
Dannet raskt, deretter for det meste feid bort
Beltets dannelseshistorie viser seg å ha gått bemerkelsesverdig fort. En studie fra 2007 av zirkonkrystaller i et antarktisk meteoritt som antas å stamme fra Vesta, tydet på at Vesta, og dermed resten av asteroidebeltet, ble dannet innen 10 millioner år etter solsystemets opprinnelse — et geologisk øyeblikk målt etter planetariske standarder.
Det som ikke overlevde, var beltets opprinnelige masse. Det meste av asteroidebeltets opprinnelige materiale ble slynget ut i løpet av om lag 1 million år etter dannelsen på grunn av gravitasjonsforstyrrelser, og etterlot mindre enn 0,1 % av det opprinnelige beltets masse; den opprinnelige populasjonen anslås å ha vært 200 ganger så stor som i dag. Jupiters tyngdekraft hindret i praksis en planet fra å dannes her, og kastet deretter bort nesten alt råmaterialet som kunne ha bygget en.
Hva som faktisk er igjen
Til tross for dette dramatiske tapet er det som er igjen, fortsatt betydelig i antall om ikke i masse. Over 200 asteroider i beltet er større enn 100 km, og infrarøde undersøkelser tyder på at beltet inneholder mellom 700 000 og 1,7 millioner asteroider med en diameter på 1 km eller mer. Det er en genuint enorm mengde objekter, bare spredt over et genuint enormt romvolum.
Sammensetningen varierer med avstanden fra Solen. S-type-asteroider (silikatrike) utgjør om lag 17 % av den totale asteroidepopulasjonen og er vanligere mot den indre delen av beltet, innenfor 2,5 AE fra Solen — en påminnelse om at beltet ikke er en ensartet ring av identisk grus, men en soneinndelt struktur formet av temperatur og dannelseshistorie.
Gapene Jupiter skapte
Ikke alle avstander fra Solen innenfor beltet er like tett befolket. I 1866 oppdaget Daniel Kirkwood gap i beltets baneavstander forårsaket av resonanser med Jupiter; ved 3:1-resonansen, 2,502 AE fra Solen, ville en asteroide gå tre runder rundt Solen for hver runde Jupiter fullfører. Objekter som ville ligget nøyaktig på disse resonansavstandene, blir over tid gravitasjonsmessig destabilisert og fjernet, og etterlater tydelige tomme bånd.
Disse resonansene definerer også beltets ytterkanter. 4:1-baneresonansen med Jupiter, ved en radius på 2,06 AE, kan anses som asteroidebeltets indre grense. Og trengselen er ikke jevnt fordelt over hele strukturen: per 2006 inneholdt hovedbeltets kompakte "kjerne"-område, som ligger mellom de sterke Kirkwood-gapene 4:1 og 2:1 ved 2,06 og 3,27 AE, 93 % av alle oppdagede og nummererte småplaneter i solsystemet. Nesten hele den kjente populasjonen er pakket inn i et ganske smalt bånd, med en langt sparsommere spredning utenfor det.
Et belte som fortsetter å bryte seg selv i stykker
Asteroidebeltet er ikke et statisk museum for restmateriale — det kolliderer fortsatt aktivt med seg selv. Nedslagshendelser mellom legemer i hovedbeltet med en gjennomsnittlig radius på 10 km forventes å skje omtrent én gang hvert 10. million år, en langsom, men jevn takt av ødeleggelse som fortsetter å forme om beltets populasjon over kosmiske tidsskalaer.
Disse kollisjonene etterlater et fingeravtrykk astronomer kan spore. I 1918 la den japanske astronomen Kiyotsugu Hirayama merke til at noen asteroiders baner hadde lignende parametre, og identifiserte dermed de første asteroidefamiliene; det finnes nå om lag 20 til 30 grupperinger som trolig er asteroidefamilier — klynger av fragmenter som fortsatt driver bort fra et felles opphavslegeme. Flora-familien, en av de største asteroidefamiliene med mer enn 13 000 kjente medlemmer, kan ha dannet seg fra en kollisjon for mindre enn 1 milliard år siden. Enkelte kollisjoner er langt nyere: Karin-familien ser ut til å ha blitt dannet for om lag 5,7 millioner år siden, fra en kollisjon med en opphavsasteroide med en radius på 33 km — nytt nok, målt i solsystemets tidsskala, til fortsatt å regnes som geologisk ferske rester.
Noe av dette materialet når til slutt Jorden. Av de 50 000 meteorittene som er funnet på Jorden så langt, antas 99,8 % å stamme fra asteroidebeltet — nesten hver eneste stein som overlever et fall gjennom jordatmosfæren, kan spores tilbake til denne samme spredte regionen mellom Mars og Jupiter.
Besøkt, kretset rundt og kartlagt
Romsonder krysset dette territoriet for første gang for mer enn et halvt århundre siden. Den første romsonden som krysset asteroidebeltet, var Pioneer 10, som gikk inn i området 16. juli 1972 og beviste at en sonde kunne passere gjennom uten å bli ødelagt av rester, til tross for tidlige bekymringer om kollisjonsrisiko.
Flere tiår senere stanset endelig et dedikert oppdrag for å se nærmere etter. Dawn, skutt opp av NASA i september 2007, gikk inn i bane rundt Vesta 16. juli 2011 og fullførte et 14 måneder langt kartleggingsoppdrag før den dro videre til Ceres, hvor den gikk inn i bane rundt Ceres 6. mars 2015 — og forvandlet to av beltets største legemer fra fjerne lyspunkter til kartlagte, fotograferte verdener.