Der Kuipergürtel
Der Kuipergürtel ist eine ringförmige, relativ flache Zone, die sich im Sonnensystem außerhalb der Neptunbahn in einer Entfernung von ungefähr 30 bis 50 Astronomische Einheiten (AE) von der Sonne entfernt erstreckt und schätzungsweise mehr als 70 000 Objekte mit mehr als 100 km Durchmesser, sowie viele kleinere Objekte enthält.
Ursprünglich postulierte der niederländisch-amerikanische Astronom Gerard Kuiper den nach ihm benannten Gürtel als Ursprungsort für die sogenannten kurzperiodischen Kometen, die relativ nahe an der großen Ebene des Sonnensystems bleiben. Im Nachhinein betrachtet kann man auch Pluto als das erste Kuiper-Gürtel Objekt bezeichnen. Die ersten Hinweise, dass es dort mehrere Objekte gibt, brachte die Entdeckung von 1992 QB1 durch Jane Luu und Dave Jewitt. Heute trägt das Objekt die Nummer 15760 und blieb ohne Namen.
Objekte die sich in dieser Zone bewegen, werden Kuipergürtel-Objekte genannt. Aufgrund ihrer Bahnelemente lassen sie sich in mehrere unterschiedliche Gruppen einteilen.
Klassifizierung
Die klassischen Kuipergürtel-Objekte bewegen sich mit kleinen Exzentrizitäten auf nahezu kreisförmigen Bahnen zwischen 42 und 50 AE und Bahnneigungen von bis zu 30 Grad um die Sonne.
Die resonanten Kuipergürtel-Objekte besitzen Umlaufzeiten, die in einem Resonanzverhältnis zur Umlaufzeit von Neptun stehen, z. B. die sogenannten Plutinos haben ein Resonanzverhältnis von 2:3. das heißt, zwei Plutinojahre entsprechen drei Neptunjahren.
Dann gibt es noch die "gestreuten" Objekte, die große Bahnexzentrizitäten haben, sowie Periheldistanzen von 30 AE und Apheldistanzen von bis zu 1000 AE. Bei den gestreuten Objekten ist die Bezeichnung transneptunische Objekte passender, da ihre Bahn weit über den Kuipergürtel hinausreicht.
Man kann sagen, alle Kuipergürtel-Objekte sind auch transneptunische Objekte, aber nicht alle transneptunischen Objekte sind Kuipergürtel-Objekte. Dies sind nur jene Objekte, die sich in der Zone zwischen 30 und 50 AE um die Sonne bewegen.
Die derzeit größten bekannten Objekt im Kuipergürtel sind die Zwergplaneten (136199) Eris und der Zwergplanet (134340) Pluto. Welcher von den beiden tatsächlich der größere ist, werden erst zukünftige Messungen zeigen.
Arrokoth
Am 1. Jänner 2019 flog die NASA Raumsonde New Horizons im Abstand von nur knapp 3500 Kilometer an 2014 MU69 vorbei und leitete damit die Ära der Erkundung des rätselhaften Kuipergürtels ein. Das Objekt welches vom New Horizons Team zunächst den Spitznamen "Ultima Thule" erhielt, wurde am 12. November 2019 offiziell "Arrokoth" benannt. Der Name stammt aus der indigenen Sprache der Powhatan/Algonquian und bedeutet „Himmel“. Arrokoth ist mit einer Entfernung von mehr als 6,4 Milliarden Kilometern von der Erde, das bisher fernste Ziel in der Geschichte der Erforschung des Sonnensystems. Erste Bilder die während des Anflugs am 31. Dezember 2018 aufgenommen wurden deuteten auf eine längliche Form hin. Auch die Möglichkeit, dass Arrokoth aus zwei Objekten besteht die einander umkreisen, konnte noch nicht ganz ausgeschlossen werden. Bei der Pressekonferenz am 2. Jänner wurden dann wie erwartet neue Bilder veröffentlicht die am 1. Jänner 2019, nur 30 Minuten vor der größten Annäherung aus einem Abstand von 28 000 Kilometer gemacht wurden. Die Form des 31 Kilometer langen Objekts erinnert an den Kometen Tschurjumow-Gerassimenko der ebenso wie Arrokoth als "contact binary" bezeichnet wird. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass sich die beiden Teile von Arrokoth separat voneinander bildeten, später kollidierten und zu einer Einheit verschmolzen. Arrokoth vermittelt den bisher besten Eindruck davon wie man sich Planetenbausteine vorstellen kann.
Die Erforschung des Kuipergürtels mit New Horizons soll bis mindestens 2021 fortgesetzt werden.
Arrokoth. 31. 12. 2018
Arrokoth. 1. 1. 2019
Kleinkörper
Alle Himmelskörper die unsere Sonne umkreisen, aber weder den Planeten noch den Zwergplaneten zuzuordnen sind, werden in der Gruppe der Kleinkörper zusammengefasst.
Diese Klassifizierung wurde erst 2006 von der IAU im Zuge der neuen Planetendefinition eingeführt.
Zu den Kleinkörpern gehören alle Kleinplaneten (Asteroiden), Kometen und Meteoriden.
Kleinplaneten
Im Jahr 1766 vermerkte Johann Daniel Titius zu seiner deutschen Übersetzung der "Comptemplation de la Nature" von Charles Bonnet, eine einfache Vorschrift zur Ermittlung der Planetenabstände von der Sonne. Sie lautet: Man nehme die Zahlen 0, 3, 6, 12, 24, 48, 96, 192 und 384. Nach der 3 ist jede Zahl das doppelte der vor ihr stehenden Zahl. Jetzt addiere man 4 zu jeder Zahl. Setzt man die Entfernung der Erde von der Sonne gleich 10, dann liefert diese Zahlenreihe die Entfernungen aller Planeten von der Sonne. In einer weiteren Übersetzung des gleichen Werkes aus dem Jahre 1772 vermerkte Titius diese Zahlenreihe nur noch in einer Fußnote.
Doch Johann Elert Bode, Direktor der Berliner Sternwarte, übernahm 1772 diese Reihe in seiner "Anleitung zur Kenntnis des gestirnten Himmels", allerdings ohne Titius zu erwähnen. Das hat er erst später nachgeholt.
Die sogenannte Titius-Bode-Reihe hat heute keine Bedeutung mehr. Nicht nur aufgrund der fehlerhaften Vorhersage (kein Planet zwischen Mars und Jupiter und ein beträchtlicher Unterschied bei Neptun) sondern weil wir heute wissen, dass sich dahinter kein unbekanntes Naturgesetz verbirgt und die Ordnung der Planetenbahnen heute anders verstanden wird. Dabei spielt die Masse der Planeten eine entscheidende Rolle, welche in der Titius-Bode-Reihe gar nicht vorkommt. Kurz: die Tuitius-Bode-Reihe besagt, Planeten brauchen Platz, mehr wenn sie weiter von der Sonne entfernt sind. Die moderne Version: Planeten brauchen je nach Masse Platz und bei den für Sonnensystemkörper möglichen Orten spielt das Wechselspiel der Planeten eine entscheidende Rolle. Das spiegelt sich in der modernen Planetendefinition wieder: ein Planet hat die Nachbarschaft seiner Bahn aufgeräumt.
In der Geschichte der Astronomie spielte die Titius-Bode-Reihe hingegen eine nicht unwesentliche Rolle.
Denn Bode wies in der oben erwähnten Schrift, ausdrücklich auf die Lücke zwischen Mars und Jupiter hin, in welcher der Regel entsprechend ein Planet zu erwarten sei.
Nachdem Herschel 1781 den Planeten Uranus entdeckt hatte, dessen Abstand weniger als 2% von der nach Titius und Bode erwarteten Position entfernt lag, trieben trotz wachsender Kritik an dem "Gesetz", die Anhänger der Reihe die Planetensuche weiter.
1800 schlug der Astronom Franz Xaver von Zach vor, eine geschlossene Gesellschaft von etlichen über ganz Europa verstreuten Astronomen zu gründen, die gemeinsam den fehlenden Planeten zwischen Mars und Jupiter suchen sollten.
Das war die Gründungsstunde der Astronomischen Gesellschaft.
Die erste Entdeckung
Obwohl die Erwartungen nicht sehr groß sein konnten - immerhin hatten Himmelsbeobachtungen eine Jahrtausend lange Tradition und ein Planet in dieser Lücke war niemandem aufgefallen - begann eine fieberhafte Suche.
Am 1. Jänner 1801 entdeckte Giuseppe Piazzi ein Objekt zwischen Mars und Jupiter im Sternbild Stier. Die Entfernung stimmte mit dem von der Titius-Bode-Reihe vorausgesagten Wert überein. Piazzi, hielt das Objekt zunächst für einen Kometen, nach weiteren Beobachtungen für einen Planeten. Er nannte den Planeten Ceres. Allerdings stellte sich schon bald heraus, dass Ceres nur einen Durchmesser von etwa 950 Kilometer hat. Das ist zu klein für einen Planeten.
Die Suche nach dem fehlenden Planeten wurde fortgesetzt. Am 28. März 1802 entdeckte Wilhelm Olbers, ein weiteres Objekt "Palles" genannt, mit einer ganz ähnlichen Bahn. Daraufhin schlug Herschel vor diese Gruppe "Asteroiden" (sternähnliche Körper) zu nennen. Asteroid (sternähnlich) ist eigentlich eine unzutreffende Bezeichnung, da diese Objekte keine Sterne sind. Dennoch hat sich dieser Begriff weit verbreitet. Herschel wählte ihn für diese Objekte, aufgrund ihres eher sternähnlichen Erscheinungsbildes im Fernrohr. Planeten hingegen lassen sich im Fernrohr eindeutig als Scheibchen erkennen.
Der Begriff Kleinplanet für diese Objekte passt wesentlich besser. Aber auch heute noch wird der Name Asteroid synonym verwendet.
1804 entdeckte Karl Harding den Kleinplaneten "Juno" und 1807 fand Olbers "Vesta".
Nach der Entdeckung der vier Kleinplaneten Ceres, Pallas, Juno und Vesta hatte man keine weiteren Asteroiden gefunden. Einige vermuteten, dass es nur diese vier gäbe. Bis dann Karl Ludwig Hencke 1845 den Kleinplaneten "Astraea" entdeckte. Danach ging es Schlag auf Schlag: Bis zur Jahrhundertwende waren schon 463 Kleinplaneten entdeckt.
Und alle bis auf einen, nämlich Eros (entdeckt 1898 von G. Witt), befinden sich im sogenannten Asteroidengürtel, einer Zone zwischen Mars und Jupiter, in der sich der größte Teil der Kleinplaneten bewegt. Ceres galt lange Zeit als größter Kleinplanet und ist seit 2006 ein Zwergplanet.
Entstehung der Kleinplaneten
Heute zeigt sich die Kleinplanetenpopulation, als Überrest von der Entstehung des Sonnensystems. Die Gesamtmasse der Kleinplaneten des Asteroidengürtels beträgt weniger als ein Fünfundzwanzigstel der Mondmasse. Die relativ hohen Bahnneigungen und oft stark von Kreisen abweichenden Bahnen sowie die immer wieder aufgetauchten Familien weisen auf ein durcheinander wirbeln dieser Himmelskörper durch die Planeten, allen voran Jupiter, hin. Kleinplaneten haben kreuzende Bahnen und hohe Geschwindigkeiten untereinander, sodass es bei Zusammenstößen immer wieder zu Zerstörungen kommt, die gut dokumentiert sind. Insgesamt sehen ihre Größen aus wie man es für das Ergebnis eines Zermahlungsprozesses durch Zusammenstöße im Laufe der letzten Milliarden Jahre erwarte würde. Diese Zusammenstöße versorgen uns auch mit Meteoriten und immer wieder neuen Erdbahnkreuzenden Objekten (NEOs). Fügt man alles zusammen ergibt sich folgendes Bild von der Entstehung:
Zwischen Erde und Jupiter wurde das Planetenwachstum abgebrochen sobald Jupiter in relativ kurzer Zeit seine heutige Masse erreicht hatte. Damals war das Wachstum der erdähnlichen Planeten noch nicht abgeschlossen und Jupiter begann diese sogenannten Planetenembryonen mit seiner Schwerkraft zu bearbeiten. Mars mit seiner recht Jupiter nahen Position am Innenrand des Kleinplaneten Hauptgürtels und am Außenrand des inneren Planetensystem, ist wahrscheinlich der letzte Überlebende der Planetenembryonen die alle rund ein Zehntel der Erdmasse hatten sowie Mars auch heute.
Während Planet Jupiter beginnt die Nachbarschaft seiner Bahn aufzuräumen fliegen die etwa 30 Embryonen die sich zwischen Mars und Jupiter befanden immer wieder durcheinander. Die Schwerkraft Jupiters beschleunigt sie, bis sie so schnell sind dass sie keine Planeten mehr bilden können. Sie fliegen stattdessen in die Sonne (der Großteil), treffen Venus oder Erde (letzteres könnte auch die Mondentstehung zur Folge haben) oder werden aus dem Sonnensystem geschleudert. Letzteres typischerweise nach einem engen Vorbeiflug an Jupiter.
Mit den Zusammenstößen dieser Embryonen untereinander wechselt der Planetenentstehungsprozess in dieser Region zu einem Zerstörungsprozess. Jupiter beschleunigt Embryonen und Bruchstücke zu Geschwindigkeiten, die immer mehr Trümmerstücke erzeugen. Mehr Trümmerstücke mit hohen Geschwindigkeiten bedeuten mehr Zerstörungen die zu einer Lawinenartigen Zerkleinerung führt die alles zermalmt was ihnen in den Weg kommt. Dabei räumt Jupiter weiter die immer kleiner werdenden Himmelskörper aus der Zone bis es so wenige sind, dass die Häufigkeit der Zusammenstöße nachlässt und sie so wie heute nur mehr recht selten stattfinden. Der Asteroidengürtel ist heute vergleichsweise praktisch leer (nur noch etwa ein tausendstel der ursprünglichen Masse) und die Asteroiden befinden sich nur mehr dort wo sie möglichst gut vor der Gravitationskraft Jupiters geschützt sind.
Die Asteroiden sind so ähnlich wie Sand in einem reißenden Gebirgsfluss. Der hinunter rauschende Fluss zertrümmert größere Brocken mit seinen Strömungskräften und reisst die meisten mit. An ruhigen Uferstellen oder hinter großen Steinen bleiben einige Sandkörner in dem reißenden Gewässer zurück.
Ähnlich wie der Fluss die Berge erodiert und die Brocken zu Sand zerkleinert, erodiert Jupiter die Reste von der Entstehung des Sonnensystems.
Die Asteroiden sind zermahlene Planetenbausteine. Die alte Vermutung dass sie Bruchstücke eines Planeten sind, gilt heute als widerlegt. Möglich wäre, das in der Frühzeit des Sonnensystems ein Planet etwa in einem Vesta ähnlichen Orbit existiert hat, der aber nach einigen hundert Millionen Jahren spurlos verloren gegangen ist.
Verteilung der Kleinplaneten im Sonnensystem
Kleinplaneten befinden sich nicht nur im Asteroidengürtel sondern an praktisch allen Orten im Sonnensystem an dem es die Planeten erlauben, also dort wo sich einigermaßen stabile Bahnen finden.
Trojaner beispielsweise sind Kleinplaneten, die sich in den stabilen Punkten 60° vor und hinter der Bahn (Lagrange-Punkten L4 und L5) des zweiten Körpers bewegen. Das erste Objekt dieser Klasse, der Jupiter-Trojaner "Achilles", wurde von Max Wolf im Jahr 1906 entdeckt. Mittlerweile fand man Trojaner bei allen Planeten außer bei Merkur und Saturn. Die mit Abstand meisten Trojaner fand man bei Jupiter. Man schätzt, dass diese dort so zahlreich vorhanden sind, wie Kleinplaneten im Asteroidengürtel.
NEOs (Near-Earth objects, erdnahe Objekte) sind Asteroiden oder auch Kometen die Umlaufbahnen haben, auf denen sie der Erde bedrohlich nahe kommen. Der erste erdnahe Asteroid der entdeckt wurde, war Eros.
Die erdnahen Kleinplaneten werden je nach ihrer Umlaufbahn in unterschiedliche Gruppen unterteilt: Amor, Apollo und Atens. Eros gehört zu den Amor-Asteroiden, welche die Marsbahn kreuzen. Apollo-Asteroiden sind Erdbahnkreuzer. Und Aten-Asteroiden haben Umlaufbahnen, die zum größten Teil innerhalb der Erdbahn liegen und deren Halbachse kleiner als 1 AE ist.
Daneben gibt es noch eine Reihe anderer Gruppen von Kleinplaneten wie etwa die Transneptun-Objekte im äußeren Sonnensystem, sowie Asteroiden-Familien. Das sind Kleinkörper die ähnliche Bahnen haben, wie etwa der Haufen von Asteroiden-Fragmenten der "Baptistina-Familie". Etwa 20 Prozent der erdnahen Objekte stammen aus der Baptistina-Familie.
Moderne Suchprogramme
Seit 1950 gibt es automatische Suchprogramme nach Asteroiden. Diese Suchprogramme dienen nicht nur zur Auffindung möglichst vieler Kleinplaneten im Sonnensystem sondern sind vor allem dazu ins Leben gerufen worden, um erdnahe, für uns in der Zukunft eventuell gefährliche werdende Asteroiden rechtzeitig zu entdecken und ihre Bahnen zu beobachten.
Als potentiell gefährlich werden Asteroiden eingestuft, die der Erde auf eine Entfernung von 0,05 AE (7,5 Mio. km) nahe kommen können und eine Helligkeit von mindestens 22 mag erreichen. Ein Asteroid mit dieser absoluten Helligkeit läßt auf einen Durchmesser von 110 bis 240 m schließen.
Bisher (Stand Juli 2014) wurden schon 645148 Kleinplaneten entdeckt. Mehr als 11000 davon sind erdnahe Objekte. Die unten abgebildeten Plots vom Minor Planet Center vermitteln einen guten Eindruck über die Verteilung der Kleinkörper in unserem Sonnensystem.
Diese Plots zeigen verschiedene Regionen unseres Sonnensystems. Links Merkur bis Mars, in der Mitte Merkur bis Jupiter und rechts die Region von Jupiter bis Neptun. Jedes Pünktchen entspricht einem Himmelskörper. Die roten, grünen und blauen Punkte entsprechen verschiedenen Typen von Kleinkörpern. Im Hauptgürtel liegen die zehntausenden Punkte der Asteroiden so dicht, dass sie verschwimmen.
Bildquelle: ➤ Minor Planet Center (Unter dieser Adresse finden Sie auch Animationen)
Das Sonnensystem von Merkur bis Mars
Das Sonnensystem von Merkur bis Jupiter
Das Sonnensystem von Jupiter bis Neptun
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![Koronale Loops, Quelle: M. Aschwanden et al. [LMSAL], TRACE, NASA](img/koronale_loops.jpg)
