Asteroidbältet är en torusformad region som ungefär sträcker sig genom rymden mellan Jupiters och Mars omloppsbanor och innehåller många oregelbundet formade kroppar som i genomsnitt befinner sig omkring en miljon kilometer från varandra. Den sista detaljen förvånar de flesta: trots hur trångt science fiction får det att se ut är asteroidbältet nästan helt tomt utrymme, med klippformationer utspridda över enorma avstånd från varandra.
Asteroidbältet är den innersta och minsta cirkumstellära skivan i solsystemet. Dess totala massa uppskattas till 3 % av månens, varav omkring 60 % finns i de fyra största asteroiderna: Ceres, Vesta, Pallas och Hygiea. Nästan allt i bältet är med andra ord antingen en av dessa fyra relativt stora kroppar eller ett enormt utspritt fält av mycket mindre skräp.
Även den största invånaren är inte särskilt stor. Ceres, det enda objektet i asteroidbältet som är stort nog att klassas som dvärgplanet, har en diameter på omkring 950 km, medan Vesta, Pallas och Hygiea har medeldiametrar under 600 km. Ingen av dem kommer i närheten av planetär storlek.
En förutsagd lucka, sedan en upptäckt
Bältets läge upptäcktes inte av en slump. Astronomer hade i decennier misstänkt att något fanns mellan Mars och Jupiter innan någon faktiskt hittade det, utifrån mönster i hur de kända planeterna var placerade i förhållande till varandra. Den 1 januari 1801 upptäckte Giuseppe Piazzi ett litet rörligt objekt med en bana vars radie exakt motsvarade det som mönstret förutspått. Omkring 15 månader senare upptäckte Heinrich Olbers ett andra objekt i samma region, Pallas — och det blev snart tydligt att detta inte var en enda saknad planet, utan något helt annat.
Det där "något annat" var frestande att förklara som resterna av en planet. År 1802 föreslog Olbers för Herschel och Gauss att Ceres och Pallas var fragment av en mycket större, förstörd planet, men den enorma mängd energi som skulle krävas för att förstöra en planet, tillsammans med bältets låga sammanlagda massa, stöder inte den hypotesen. Bältet var aldrig en planet som föll sönder — det var en planet som aldrig fick chansen att bildas över huvud taget.
Snabbt sammansatt, sedan mestadels bortsopat
Det visar sig att bältets bildningsförlopp gick anmärkningsvärt snabbt. En studie från 2007 av zirkonkristaller i en antarktisk meteorit som tros härröra från Vesta antydde att Vesta, och därmed resten av asteroidbältet, bildades inom 10 miljoner år efter solsystemets uppkomst — ett geologiskt ögonblick sett med planetära mått.
Det som inte överlevde var bältets ursprungliga massa. Det mesta av asteroidbältets ursprungliga material slungades ut inom cirka 1 miljon år efter bildandet på grund av gravitationsstörningar, vilket lämnade kvar mindre än 0,1 % av det ursprungliga bältets massa; den ursprungliga populationen uppskattas ha varit 200 gånger så stor som dagens. Jupiters gravitation förhindrade i praktiken en planet från att bildas här och slungade sedan bort nästan allt råmaterial som kunde ha byggt en.
Vad som faktiskt finns kvar
Trots denna dramatiska förlust är det som återstår fortfarande betydande till antalet, om än inte till massan. Över 200 asteroider i bältet är större än 100 km, och infraröda kartläggningar tyder på att bältet innehåller mellan 700 000 och 1,7 miljoner asteroider med en diameter på 1 km eller mer. Det är en genuint enorm population av objekt, bara utspridd över en genuint enorm volym av rymd.
Sammansättningen varierar med avståndet från solen. S-typ (silikatrika) asteroider utgör omkring 17 % av den totala asteroidpopulationen och är vanligare i bältets inre region, inom 2,5 AE från solen — en påminnelse om att bältet inte är en enhetlig ring av identisk grus, utan en zonindelad struktur formad av temperatur och bildningshistoria.
Luckorna som Jupiter skapade
Inte alla avstånd från solen inom bältet är lika befolkade. År 1866 upptäckte Daniel Kirkwood luckor i bältets omloppsavstånd, orsakade av resonanser med Jupiter; vid 3:1-resonansen, 2,502 AE från solen, skulle en asteroid kretsa runt solen tre gånger för varje varv Jupiter fullbordar. Objekt som skulle befinna sig på just dessa resonansavstånd destabiliseras gravitationellt över tid och rensas bort, vilket lämnar tydliga tomma band.
Dessa resonanser definierar också bältets gränser. 4:1-omloppsresonansen med Jupiter, vid en radie på 2,06 AE, kan betraktas som asteroidbältets inre gräns. Och trängseln är inte jämn över hela strukturen: från och med 2006 innehöll huvudbältets kompakta "kärnregion", belägen mellan de starka Kirkwood-luckorna 4:1 och 2:1 vid 2,06 respektive 3,27 AE, 93 % av alla upptäckta och numrerade småplaneter i solsystemet. Nästan hela den kända populationen är packad i ett ganska smalt band, med en betydligt glesare spridning utanför det.
Ett bälte som fortsätter att slå sönder sig självt
Asteroidbältet är inget statiskt museum av kvarvarande material — det kolliderar fortfarande aktivt med sig självt. Sammanstötningar mellan kroppar i huvudbältet med en medelradie på 10 km förväntas inträffa ungefär en gång var 10 miljoner år, en långsam men jämn trumvirvel av förstörelse som fortsätter att omforma bältets population över kosmiska tidsskalor.
Dessa kollisioner lämnar efter sig ett fingeravtryck som astronomer kan spåra. År 1918 upptäckte den japanske astronomen Kiyotsugu Hirayama att vissa asteroiders banor delade liknande parametrar, vilket ledde till identifieringen av de första asteroidfamiljerna; det finns nu omkring 20 till 30 grupperingar som sannolikt utgör asteroidfamiljer — kluster av fragment som fortfarande driver isär från en gemensam moderkropp. Flora-familjen, en av de största asteroidfamiljerna med fler än 13 000 kända medlemmar, kan ha bildats vid en kollision för mindre än 1 miljard år sedan. Vissa kollisioner är betydligt mer nyliga: Karin-familjen bildades tydligen för omkring 5,7 miljoner år sedan vid en kollision med en ursprungsasteroid med en radie på 33 km — tillräckligt nyligen, på solsystemets tidsskala, för att fortfarande betraktas som geologiskt färskt skräp.
En del av detta skräp når så småningom jorden. Av de 50 000 meteoriter som hittills har hittats på jorden tros 99,8 % härröra från asteroidbältet — nästan varje sten som överlever ett fall genom jordens atmosfär har sitt ursprung i samma utspridda region mellan Mars och Jupiter.
Besökt, kretsat runt och kartlagt
Rymdsonder korsade det här territoriet för första gången för mer än ett halvt sekel sedan. Den första rymdsonden att korsa asteroidbältet var Pioneer 10, som gick in i regionen den 16 juli 1972 och bevisade att en sond kunde passera igenom utan att förstöras av skräp, trots tidiga farhågor om kollisionsrisk.
Decennier senare stannade slutligen ett dedikerat uppdrag för att titta närmare. Dawn, som sköts upp av NASA i september 2007, gick in i omloppsbana runt Vesta den 16 juli 2011 och fullbordade ett 14 månader långt kartläggningsuppdrag innan sonden fortsatte till Ceres och gick in i omloppsbana runt Ceres den 6 mars 2015 — vilket förvandlade två av bältets största invånare från avlägsna ljuspunkter till kartlagda, fotograferade världar.