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Astronomie+Physik

Die Außenseiter

Der Kometenwiege auf der Spur. Jenseits der Planeten Neptun und Pluto gibt es eine Vorratskammer von Milliarden eisiger Körper, die zuweilen als Kometen ins innere Sonnensystem gelangen. Dank neuer Beobachtungen haben die Astronomen nun eine genauere Vorstellung von dem Aufbau dieses Reservoirs gewonnen.

Es war in der Nacht des 30. August 1992, als ein rötliches Lichtfleckchen am Himmel plötzlich Leben in die eintönigen Beobachtungsnächte in der Kuppel des 2,2-Meter-Spiegels auf dem Berg Mauna Kea auf Hawaii brachte. Das Entdeckerfieber hatte Jane X. Luu (damals an der Universität von Kalifornien in Berkeley) und David Jewitt (Universität von Hawaii) gepackt. Sie beobachteten das eigenartige Fleckchen auch in den nächsten Nächten: Es veränderte seine Position, und Bahnberechnungen ergaben bald, daß sich 1992 QB1, so die vorläufige Bezeichnung für das Objekt, jenseits von Pluto befindet und etwa 200 Kilometer groß ist.

Jenseits von Pluto, dem bisherigen Außenseiter im Sonnensystem – das rötliche Fleckchen hatte die Tür zu einer neuen Klasse von Mitgliedern unseres Sonnensystems aufgestoßen. „Georgesmiley“ nannten es die beiden Entdecker – so heißt auch der Agent in John Le Carrés Romanen, mit denen sich die Wissenschaftler die Zeit in den Beobachtungsnächten vertrieben hatten.

Für die Theoretiker unter den Astronomen war diese Entdeckung eine willkommene Bestätigung, zerbrachen sie sich doch schon lange den Kopf über den Ursprung der Kometen. Mehr als 750 Schweifsterne, die nur ein einmaliges Gastspiel bei der Erde gaben, sind bereits verzeichnet, doch nur von einem Drittel liegen ausreichend Bahndaten vor. Man unterscheidet kurzperiodische und langperiodische Kometen.

Erstere machen etwa 20 Prozent aus und brauchen für einen Sonnenumlauf per Definition weniger als 200 Jahre. Der Komet Encke ist mit 3,31 Jahren der schnellste. Schätzungsweise 1000 kurzperiodische Kometen sind bisher bekannt. Man nimmt an, daß sie infolge von Bahnablenkungen durch den Schwereeinfluß der Planeten, hauptsächlich von Jupiter, aus langperiodischen hervorgegangen sind. Diese haben eine typische Umlaufszeit von 1000 bis 100000 Jahren und gelangen häufig zum ersten Mal ins innere Sonnensystem. Woher stammen sie?

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Der niederländische Astronom Jan Hendrik Oort (1900-1992) hat 1950 eine Hypothese vorgeschlagen, die auf große Resonanz in der Fachwelt gestoßen ist. Nach der Auswertung der ihm zugänglichen Bahndaten hatte er festgestellt, daß die langperiodischen Kometen über alle Richtungen verteilt ins innere Sonnensystem vorstoßen, nicht nur in der Ebene der Planetenbahnen, und daß sich ungefähr gleich viele im Uhrzeiger- wie im Gegenuhrzeigersinn bewegen.

Schätzungen der großen Halbachse ihrer stark elliptischen Bahnen ergaben überdies, daß der äußerste Punkt ihres Orbits 50000 bis 150000 AE von der Sonne entfernt liegt (ein AE, eine Astronomische Einheit, ist der mittlere Abstand zwischen Sonne und Erde, 149,6 Millionen Kilometer). Das sind mehr als 7 bis 22 Billionen Kilometer oder 0,7 bis 2,2 Lichtjahre.

Oort vermutete, daß das Sonnensystem in dieser Distanz von einem gewaltigen Reservoir an Kometenkernen kugelschalenförmig umschwärmt wird, das sich freilich auch mit den leistungsfähigsten Teleskopen nicht erspähen läßt. Oort zu Ehren wird es seither als Oortsche Wolke bezeichnet. Er hat die Anzahl der Körper mit 100 Milliarden beziffert. Heute geht man von mindestens dem Zehnfachen aus. Das bedeutet, daß in diesen äußersten Bezirken des Sonnensystems immerhin eine Gesamtmasse von der Größenordnung derjenigen unserer Erde verteilt sein dürfte.

Einem Vorschlag der Münchner Astronomen Ludwig Biermann und Reimar Lüst von 1978 zufolge könnten alle paar hundert Millionen Jahre mächtige Gaswolken, die sich zwischen den Sternen bewegen, so dicht an den Kometen vorüberziehen, daß einige der eisigen Körper in Richtung Sonne getrieben werden (viele andere dagegen verabschieden sich dann für immer vom Sonnensystem). Auch durch den Einfluß benachbarter Sterne werden immer wieder Eisbrocken ins innere Sonnensystem geschubst.

Die kurzperiodischen Kometen müssen, das läßt sich aus ihren Bahnen schließen, allerdings eine andere Herkunft haben. Gerard Peter Kuiper (1905-1973) von der Universität von Chicago hat deshalb 1951 die Existenz einer zweiten kosmischen Vorratskammer für Kometen vorgeschlagen. Dieses Reservoir soll in der Ebene der Planetenbahnen liegen und schon jenseits des Neptun ab einer Entfernung von etwa 35 AE beginnen. Die Entdeckung des Objektes Georgesmiley war die erste Bestätigung für die Existenz dieses sogenannten Kuipergürtels. Weitere Bestätigungen ließen nicht lange auf sich warten.

Luu, Jewitt und einige andere Astronomen haben inzwischen viele von diesen neuen Außenseiter entdeckt. Ende 1997 waren es bereits knapp 60 Objekte, zwischen 100 und 400 Kilometer dick, deren Bahnen man bestimmen konnte. Doch auch diese sind nur die Spitze des Eisbergs. Nach Computersimulationen wurde die Anzahl der Kometenkerne im Kuipergürtel schon in den achtziger Jahre auf 100 Millionen bis 10 Milliarden geschätzt, und erste Beobachtungen des Hubble-Weltraumteleskops bestätigten diese Größenordnung. Etwa 10000 bis 40000 Mitglieder des Kuipergürtels dürften über 100 Kilometer Durchmesser haben.

Immer wieder kommt es zu Kollisionen im Kuipergürtel. Danach gelangen manche der Trümmerstücke auf chaotische Bahnen, die sie zum Teil ins innere Sonnensystem führen – ein neuer kurzperiodischer Komet erscheint.

Die Entdeckung zweier ungewöhnlicher Kleinkörper jenseits von Neptun weist nun darauf hin, daß das äußere Sonnensystem noch komplizierter aufgebaut ist, als man bislang dachte. Der eine hat die Katalogbezeichnung 1996RQ20 und wurde im September 1996 von Eleanor Helin vom kalifornischen Jet Propulsion Laboratory der NASA und ihrem Team aufgespürt. Das Objekt ist etwa 300 Kilometer groß, 47 AE von der Sonne entfernt und besitzt eine ziemlich exzentrische Bahn, die um 32 Grad zur Erdbahnebene geneigt ist. Den anderen Kleinkörper hat eine Gruppe amerikanischer Astronomen unter der Leitung von Jane Luu (die inzwischen zum Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Massachusetts, wechselte) mit dem 2,2-Meter-Teleskop der University of Hawaii auf dem Mauna Kea in einer Sonnenentfernung von 84 AE gefunden. Er heißt 1996TL66, ist etwa 490 Kilometer groß und das äußerste bekannte Objekt im Sonnensystem.

Aufgrund der großen Exzentrizitäten und Bahnneigungen liegen diese beiden Objekte eindeutig außerhalb des Kuipergürtels. Sie liefern den ersten direkten Hinweis auf eine diffuse Gruppe von Kleinkörpern zwischen dem Kuipergürtel und der Oortwolke. Bislang hat man ungefähr 160 Mitglieder dieser Familie aufgespürt; Hochrechnungen zufolge soll es insgesamt rund 500 davon geben. Ihre Bahnen sind allerdings instabil. Im Lauf der Zeit werden diese Objekte von Jupiters Schwerefeld entweder aus dem Sonnensystem hinauskatapultiert oder so umgelenkt, daß sie als kurzperiodische Kometen in sonnennähere Bezirke gelangen.

Über die Entstehungsgeschichte des äußeren Sonnensystems zerbrechen sich die Forscher noch den Kopf. Fest steht, daß sich Jupiter und Saturn schon relativ früh aus dem solaren Urnebel formten. Aus dem Gas und Staub kondensierten außerdem – bis in eine Entfernung von ein paar hundert AE – auch unzählige eisige Kleinkörper. Der Kuipergürtel gilt als Relikt dieser Ereignisse. Weiter innen bildeten sich dann die beiden anderen großen Gasplaneten des Sonnensystems: Uranus und Neptun. Ihr Schwerefeld schleuderte die schon vorhandenen Kleinkörper in ihrer Umgebung sowohl in sonnennähere Regionen als auch nach außen, wo sie im Lauf der Zeit die Oortsche Kometenwolke bildeten.

Weil Energie und Drehimpuls nach einem physikalischen Grundsatz immer erhalten bleiben, gelangten die beiden Planeten dadurch selber auf sonnenfernere Bahnen. Neptuns Anziehungskraft verhinderte wahrscheinlich auch die Bildung weiterer großer Planeten im Kuipergürtel. Wenn es dort noch planetengroße Körper gäbe, hätte man sie mit den modernen Teleskopen längst aufgespürt.

===Rüdiger Vaas
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