Die Ordnung in der Bahnbewegung der innersten Neptunmonde

In einem Artikel der am 13. November in der Zeitschrift Icarus veröffentlicht wurde, berichten Wissenschaftler über ihre Forschungen zu den inneren regulären Monden von Neptun. Mit Beobachtungen von erdgestützten Teleskopen, Voyager 2 und dem Hubble-Weltraumteleskop für 1981–2016, basiert die Arbeit auf den vollständigsten astrometrischen Daten, die bis heute vorliegen. Dabei zeigte sich eine ungewöhnliche Resonanz der innersten Neptunmonde Naiad und Thalassa.

Selbst nach den wilden Maßstäben des äußeren Sonnensystems, sind die seltsamen Umlaufbahnen der zwei innersten Neptunmonde beispiellos. Die Bahnen dieser beiden Monde liegen nur etwa 1.850 Kilometer voneinander entfernt (der Durchmesser der Bahnen beträgt nur rund 100 000 Kilometer, das entspricht nur dem doppelten des Durchmessers ihres Planeten Neptun). Aber sie kommen sich nie so nahe. Die Umlaufbahn von Naiad ist geneigt. Jedes Mal, wenn er am langsameren Thalassa vorbeifliegt, sind beide etwa 3.540 Kilometer voneinander entfernt.

Naiad umkreist den Gasriesen Neptun in sieben Stunden, während Thalassa auf der Außenbahn siebeneinhalb Stunden braucht. Ein potentieller Beobachter, der auf Thalassa sitzt, würde Naiad in einer Zick-Zack-Umlaufbahn sehen, die variiert und zweimal oberhalb und zweimal unterhalb von Thalassas Bahn vorbeifliegt.

Obwohl dieses Muster seltsam erscheint, sind die Umlaufbahnen der beiden Monde stabil, sagen die Forscher. „Dieses sich wiederholende Muster bezeichnen wir als Resonanz“, sagte Marina Brozović, eine Expertin für Sonnensystemdynamik am JPL der NASA in Pasadena, Kalifornien und Erstautorin des Artikels. „Es gibt viele verschiedene Arten von „Tänzen“, denen Planeten, Monde und Asteroiden folgen können, aber dieser ist noch nie zuvor gesehen worden.“

Fern von der Anziehungskraft der Sonne sind die Riesenplaneten des äußeren Sonnensystems die dominierenden Schwerkraftquellen und haben Dutzende von Monden in ihren Bann gezogen. Einige dieser Monde bildeten sich neben ihrem Planeten und blieben dort; andere wurden später eingefangen und auf Umlaufbahnen gezwungen, die ihnen vom Planeten vorgegeben wurden. Einige umkreisen ihren Planeten in entgegengesetzter Richtung zu des Planeten Rotation; andere tauschen Umlaufbahnen miteinander aus, als ob sie eine Kollision vermeiden würden.

Neptun hat 14 bestätigte Monde. Neso, der am weitesten entfernte von ihnen, umkreist den Planeten in einer wild elliptischen Schleife, die ihn fast 74 Millionen Kilometer vom Planeten entfernt und 27 Jahre dauert.

Naiad und Thalassa sind klein, etwa 100 Kilometer lang, haben eine Bohnenform und sind zwei von den sieben inneren Neptunmonden, die Teil eines eng beieinander liegenden Systems sind, das mit schwachen Ringen verwoben ist.

Wie kamen sie so eng aneinander? Es wird vermutet, dass das ursprüngliche Satellitensystem zerstört wurde, als Neptun seinen riesigen Mond Triton einfing, und dass sich diese inneren Monde und Ringe aus den übrig gebliebenen Trümmern bildeten.

„Wir vermuten, dass Naiad durch eine frühere Interaktion mit einem der anderen inneren Neptunmonde in seine geneigte Umlaufbahn gezwungen wurde“, sagte Brozović. „Erst später, nachdem sich die Neigung der Umlaufbahn stabilisiert hatte, konnte sich Naiad mit dieser ungewöhnlichen Resonanz an Thalassa einschwingen.“

Die Arbeit von Brozović und Kollegen lieferte auch den ersten Hinweis auf die innere Zusammensetzung von Neptuns inneren Monden. Die Forscher nutzten die Beobachtungen um ihre Masse und Dichte zu berechnen – die der von Wassereis nahe kommt.

19. November 2019/SP
Verein Kuffner-Sternwarte