Staubmodelle unseres Sonnensystems aus der Sicht Ausserirdischer
Mit Hilfe von Simulationen, die mit neuen Supercomputern erstellt worden sind, konnten die Interaktionen tausender Staubteilchen verfolgt werden und sichtbar gemacht werden, wie unser Sonnensystem für ausserirdische Astronomen aussehen könnte, falls sie nach fremden Planeten suchen würden. Die verschiedenen Modelle geben auch einen kleinen Überblick über die Veränderung unseres Planetensystems von seiner Frühphase bis zum heutigen Zeitpunkt.
Die Planeten sind möglicherweise zu leuchtschwach um direkt gesehen zu werden, aber Ausserirdische könnten dennoch leicht die Anwesenheit Neptuns feststellen, da die Gravitation eine kleine Lücke im Staub verursachen würde, sagte Marc Kuchner, ein Astrophysiker am Goddard Space Flight Center der NASA. Kuchner hofft, dass solche Modell dazu beitragen, Planeten mit Neptunmasse bei fremden Sternen zu entdecken.
Der Staub stammt aus dem Kuiper-Gürtel, einer Tiefkühl-Zone jenseits Neptuns, in der Millionen von eisigen Objekten - einschließlich Pluto - die Sonne umkreisen. Wissenschafter glauben nun, dass diese Region eine ältere, schlankere Version einer Scheibe aus Schutt ist, wie wir sie heute um Sterne wie Vega und Fomalhaut beobachten können.
Die neuen Simulationen erlauben es den Forschern zu erkennen, wie der Staub aus dem Kuiper-Gürtel ausgesehen haben mag als das Sonnensystem noch viel jünger war. Die Forscher können nun in der Zeit zurückreisen und sehen, wie sich das Sonnensystem - aus großer Entfernung betrachtet - verändert hat. Objekte des Kuiper-Gürtels stossen gelegentlich zusammen und diese immer wieder stattfindenden Kollisionen erzeugen eine Menge kleiner Partikel. Aber deren Spur bei ihrer Reise durch das Sonnensystem zu verfolgen ist nicht einfach, weil kleine Partikel - neben der Anziehungskraft durch Sonne und Planeten - einer Vielzahl von Kräften ausgesetzt sind. Die Bewegungen der kleinen Partikel werden durch den Sonnenwind beeinflusst. Sie wandern entweder Richtung Sonne oder weg von der Sonne; hängt vor allem von ihrer Größe ab. Manchmal stossen die Partikel auch zusammen und diese Kollisionen können die fragilen Körner zerstören. Ein Artikel über diese neuen Modelle, welche erstmals auch Kollisionen zwischen den Partikeln berücksichtigen, erschien im Astronomical Journal vom 7. September 2010.
Mit Hilfe des Supercomputers der NASA gelang es den Forschern, 75 000 Staubpartikel zu generieren die sie dann mit den äußeren Planeten, dem Sonnenlicht aber auch miteinander interagieren ließen. Die Größe des "Modell-Staubs" reichte von 1,2 Millimeter bis zu einem tausendstel dieser Größe, also etwa so groß wie ein Rauch-Partikelchen. Während der Simulation haben sich die Partikelchen relativ schnell auf eine der drei verschiedenen Umlaufbahnen, die es im heutigen Kuiper-Gürtel gibt, plaziert. Aus den Daten, welche die Forscher durch diese Simulationen erhielten konnten sie Bilder generieren, auf denen im Infrarotem ein Blick aus der Ferne auf unser Sonnensystem zu sehen ist. Durch Resosnanzen, hervorgerufen durch die Schwerkraft Neptuns, wurden nahe Partikel in des Planeten Umlaufbahn gezwungen und der Bereich in seiner Umlaufbahn leer geräumt. Ferner stellten die Forscher fest, dass selbst im heutigen Sonnensysem Kollisionen eine wichtige Rolle in der Struktur des Kuiper-Gürtels spielen. Dies liegt daran, dass große Partikel oft zerstört werden, bevor sie davondriften können. Dadurch entsteht ein relativ dichter Ring aus Staub, der die Bahn Neptuns umgibt. Um ein Gefühl dafür zu bekommen wie die jüngere, mächtigere Version des Kuiper-Gürtels ausgesehen haben mag, hat das Team die Produktionsrate des Staubs erhöht, weil der Kuiper-Gürtel in der Vergangenheit wesentlich mehr Objekte enthielt, so dass es häufiger zu Kollisionen kam und damit zu größerer Staubentwicklung.
Bei Verwendung anderer Modelle, bei der schrittweise die Kollisionsrate erhöht wurde, erzeugte das Team Bilder, die etwa die 10, 100 und 1000-fache Menge an Staub enthielten, als das ursprüngliche Modell. Die Forscher schätzten die Zunahme des reflektierenden Staubs bei einem Alter des Kuiper-Gürtels von jeweils 700 Mio, 100 Mio und 15 Mio. Jahren. Und die Forscher waren erstaunt, was sie sahen.
Als die Kollisionen in zunehmendem Masse an Bedeutung gewannen stieg die Wahrscheinlichkeit, dass große Staubpartikel überleben, wenn sie nur schnell aus dem Kuiper-Gürtel driften. Wenn man in der Zeit zurückgeht, kollabiert die heutige breite Staubscheibe zu einem dichten hellen Ring, der eine mehr als nur flüchtige Ähnlichkeit mit Ringen um andere Sterne hat; besonders um Fomalhaut.
Solch schmale helle Ringe wurden auch schon um andere Sterne gesehen. Einer der nächsten Schritte der Forscher wird sein, die Staub- und Trümmerscheiben um Fomalheut und um andere Sterne zu simulieren um herauszufinden, ob aus der Verteilung des Staubs etwas über die Anwesenheit von Planeten in Erfahrung gebracht werden kann.
Ferner planen die Forscher, ein vollständigeres Bild von der Staubscheibe unseres Sonnensystems zu modellieren, indem sie den Asteroidengürtel und die vielen Trojaner Jupiters mit einbeziehen.
8. Oktober 2010/SP
Verein Kuffner-Sternwarte
