A (216) Kleopatra kisbolygóról már akkor sejtették, hogy érdekes objektum, amikor először felvették a fénygörbéjét. A kisbolygók látszó fényessége rövid távú, néhány órás periódusú változást mutat. Ezt szabálytalan alakjuk és forgásuk okozza – hol nagyobb, hol kisebb felületet látunk, ezért egyszer fényesebb, másszor halványabb az égitest. A fényváltozás periódusa megegyezik a kisbolygó forgási periódusával, átlagosan nagyjából 8 óra, míg a fényváltozás amplitúdója jellemzően néhány tized magnitúdó. Ezzel szemben a Kleopatra 1 magnitúdót meghaladó változást mutatott, ami szokatlanul elnyúlt alakra utal. Szintén különlegesnek bizonyult a kisbolygó színképe, amely fémekben gazdag felszínt jelzett.
A Kleopatra furcsa alakja és forgása is jól látható az adaptív optikás felvételeken.
A feltételezéseket 1999-ben igazolták az ESO 3,6 m-es reflektorával, amikor adaptív optika alkalmazása mellett nem csak az 1:2,5 arányú elnyúltságot tudták közvetlenül észlelni, hanem azt is, hogy a kisbolygó valójában két összetapadt, 80-100 km átmérőjű tömbből áll. Még az is felmerült, hogy a két test nincs is közvetlen kapcsolatban egymással, hanem kettős kisbolygóként léteznek. Egy évvel később az arecibói rádiótávcsővel igazolták a kettős szerkezetet, de bebizonyosodott, hogy a két tömböt anyaghíd köti össze. A radarképek alapján előállított alakmodell pont úgy fest, mint egy kutyacsont, bár mértéktartóbb források inkább súlyzó alakot említenek. Szintén sikerült igazolni a fémek jelenlétét a felszínen, ugyanis a Kleopatra szokatlan erősséggel verte vissza a radarhullámokat. De vajon miért ez a sok furcsaság?
A radarvisszhangok alapján szerkesztett modell egyértelműen mutatja a fő tömegek közti anyaghidat.
Elméleti megfontolások alapján feltételezik, hogy a súlyzó két végén lévő tömeget összekötő "markolat" nem összefüggő, hanem egy törmelékekből álló, laza anyaghíd. A nagy fémtartalom pedig arra utal, hogy a Kleopatra egy 1000-2000 km-es ősi kisbolygó fémes magjának maradványa. A keletkezése után megolvadt szülőégitest anyaga differenciálódott, a fémek a középpontba süllyedtek, majd egy ütközés hatására az egész égitest darabokra törött. A Kleopatra a központi régiók maradványaiból állt össze. Ezt a tetszetős elméletet azonban igazolni kéne. Erre jó módszer lehet a kisbolygó sűrűségének meghatározása, amihez azonban ismerni kéne a tömegét. Ennek megmérése szinte lehetetlen, hacsak nem találunk egy holdat a Kleopatra körül, melynek távolságából és keringési idejéből kiszámolható a kisbolygó tömege. A hold jelenléte pedig önmagában is igazolná, hogy a Kleopatra törmelékekből áll, hiszen befogásról szó sem lehet, inkább az összeállásból kimaradt anyagok alkotják a kisbolygók holdjait.
Franck Marchis (Carl Sagan Center at the SETI Institute és University of California, Berkeley) és kollégái szeptember 19-én öt és fél órán keresztül észlelték a Kleopatrát a 10 m-es Keck II-reflektor adaptív optikai rendszerével. A világ leghatékonyabb, ilyen technikával dolgozó távcsöve a közeli infravörös tartományban 0,032 ívmásodperces felbontást tett lehetővé, ami a kisbolygó 1,237 CSE-s távolságában 29 km-t jelent. A kutatók legnagyobb örömére a minden korábbinál jobb határfényességű képeken két halvány égitest is feltűnt, melyek együtt mozogtak a kisbolygóval: holdak! Az egyik 5 km átmérőjű lehet, és legalább 650 km-re kering anyakisbolygójától, a kisebbik csak 3 km-es, és minimum 380 km-re (0,42 ívmásodperc) található. További megfigyelésükkel pontosan meghatározható lesz a Kleopatra tömege, ezáltal sűrűsége, de már puszta jelenlétük is tovább erősíti azt a feltételezést, hogy a Kleopatra egy darabjaira tört kisbolygó újra összeállt maradványa.
Egy másik hármas rendszer, a (87) Sylvia kisbolygó és két holdja, a Romulus és a Remus.
