Heimlicher Gefährte der Erde

Armagh Observatory, Nordirland. Seit mindestens 250000 Jahren wird die Erde auf ihrer Bahn um die Sonne von einem Kleinplaneten begleitet. Das schließen Apostolos Christou und David Asher aus Computersimulationen. Die beiden Astronomen am nordirischen Armagh Observatory spekulieren sogar darüber, dass der rund 300 Meter große Kleinplanet mit dem vorläufigen Namen 2010 S016 aus der irdischen Urzeit stammt.
2010 S016 wurde letztes Jahr mit dem Infrarot-Weltraumobservatorium WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer) entdeckt. Der NASA-Satellit kreist seit 14. Dezember 2009 um die Erde. Noch ist der Orbit des Planetoiden nicht genau bekannt. Fest steht aber, dass es sich um ein Mitglied der NEO-Klasse handelt. Im Gegensatz zu den meisten NEOS (Near Earth Objects) hat 2010 S016 jedoch keine stark elliptische Bahn, die ihn zum Erdbahnkreuzer macht, sondern eine fast kreisförmige. ?Seine Durchschnittsentfernung von der Sonne ist identisch mit der Sonnendistanzder Erde?, sagt Christou. ?Dass die Bahn so erdähnlich ist, hat mich sehr beeindruckt.?

Christou und Asher fütterten ihren Computer mit den bekannten Orbitaldaten und simulierten eine Vielzahl von möglichen Bahnen, die zu den bisherigen Positionsmessungen passen. Sie extrapolierten die Bahnen bis zu zwei Millionen Jahre in die Vergangenheit und Zukunft. Dabei berücksichtigten sie nicht nur den Schwerkrafteinfluss der Sonne und der Erde, sondern auch den anderer Planeten.

Alle berechneten Orbits hatten gemeinsam, dass sie mit der Erdbahn mehr oder weniger identisch sind. 2010 S016 folgt der Erde also gleichsam auf ihrem Weg um die Sonne. Er kommt unserem Heimatplaneten dabei aber niemals näher als etwa 20 Millionen Kilometer ? das 50-Fache der Distanz zwischen Erde und Mond. ?2010 S016 hält sich von der Erde fern?, sagt Christou. ?Und zwar so gut, dass er sich wohl schon seit vielen Hunderttausend Jahren lang auf seiner Bahn aufhält.?

Der Planetoid 2010 S016 besitzt aber keinen festen Erdabstand, sondern beschreibt auf seiner Sonnenumlaufbahn einen hufeisenförmigen Weg. Er nähert und entfernt sich von der Erde auf dieser Hufeisenbahn periodisch (Animation hier). Dabei befindet sich die Erde in der Lücke des Hufeisens, es besteht also keine Kollisionsgefahr. Solche Bahnen können sehr stabil sein, und sie sind nichts Ungewöhnliches im Sonnensystem. Nicht nur andere Planeten haben Gefährten auf solchen Orbits, sondern von der Erde selbst kennt man drei weitere Begleiter. Diese sind allerdings viel kleiner als 2010 S016; außerdem haben sie eine Aufenthaltsdauer von nur wenigen Tausend Jahren.

Der Ursprung von 2010 S016 ist noch unbekannt. Drei Möglichkeiten stehen zur Diskussion: Zum einen könnte 2010 S016 aus dem Planetoidengürtel zwischen Mars und Jupiter stammen und vom Gravitationseinfluss der Planeten in Erdnähe bugsiert worden sein. Das ist jedoch sehr unwahrscheinlich. Zum anderen könnte 2010 S016 vor langer Zeit bei einem Meteoriteneinschlag aus dem Mond herausgeschlagen worden sein; dabei hätte er der Schwerkraft von Erde und Mond entkommen müssen und wäre auf seine heutige Bahn gelangt. Dagegen sprechen allerdings die heutigen Bahnparameter. Bleibt, drittens, die Möglichkeit, dass 2010 S016 sich zusammen mit weiteren Objekten bereits vor 4,5 Milliarden Jahren gebildet hatte, als auch die Erde im frühen Sonnensystem entstand.

Diese urtümlichen Objekte könnten sich noch immer 60 Grad vor oder hinter der Erde auf ihrem Sonnenorbit befinden. Diese Punkte, die sogenannten Librations- oder Lagrange-Punkte, sind himmelsmechanisch nämlich äußerst stabil. Sie bilden mit der Erde zusammen ein gleichseitiges Dreieck um die Sonne. An diesen nach Joseph-Louis Lagrange benannten Gleichgewichtspunkten des sogenannten eingeschränkten Dreikörperproblems heben sich die Gravitationskräfte benachbarter Himmelskörper und die Zentrifugalkraft der Bewegung gegenseitig auf. Daher ist jeder der drei Körper in seinem Bezugssystem kräftefrei und besitzt relativ zu den anderen beiden Körper immer denselben Ort. Dass die Erde Gefährten auf den Lagrange-Punkten hat, wird schon lange vermutet; doch sie befinden sich von ihr aus gesehen immer sehr nahe bei der Sonne und sind daher nicht zu beobachten.

2010 S016 entfernt sich aufgrund seiner Hufeisenbahn jedoch weit von den Lagrange-Punkten. ?Mit einem professionellen Teleskop mittlerer Größe ist er nicht schwer am Himmel auszumachen?, sagt David Asher. ?Er wird noch lange am Abendhimmel zu beobachten sein.? Denn gegenwärtig befindet er sich in der Nähe eines Endes des Hufeisens.

Als nächstes geht es darum, die Bahnparameter von 2010 S016 genauer zu bestimmen und somit seinen Orbit exakt zu berechnen. Außerdem wollen die Astronomen die Spektraleigenschaften des Kleinplaneten messen. Das wird Rückschlüsse auf seine Entstehung erlauben. ?Vielleicht wird man eines Tages eine Raumsonde zu ihm schicken, um ihn aus der Nähe zu erforschen?, wünschen sich Christou und Asher. ?Möglicherweise kann sie sogar eine Bodenprobe entnehmen und zur genauen Analyse zur Erde bringen.?
Christou, A., Asher, D. (2011): A long-lived horseshoe companion to the Earth. Mon. Not. R. Astron. Soc. (im Druck).

wissenschaft.de - Rüdiger Vaas


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