Ist der Asteroidengürtel ein zerplatzter Planet?

Johann Daniel Titius (1729–1796) und Johann Elert Bode (1747–1826) haben sich die Positionen unserer Planeten sehr genau angesehen, gerade auch mit Blick auf den Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter. Irgendwie wurden sie wohl das Gefühl nicht los, dass in dieser Sonnenentfernung ein richtiger Planet umlaufen sollte und nicht so eine Anhäufung von Millionen mehr oder weniger großer Gesteinsbrocken.

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Ein bisschen Mathematik muss manchmal sein

Lange grübelten sie darüber nach, bis sie schließlich eine empirische Formel fanden, die die Planetenabstände und auch den Asteroidengürtel zu erklären scheint. Die Titius-Bode-Reihe sieht so aus:

an = 0,4 + 0,3 • 2n [falls nicht lesbar: A(n) = 0,4 + 0,3 mal 2(hoch n)]

Der Abstand A wird hierbei mit einer Abhängigkeit von n verknüpft und in Astronomischen Einheiten (AE = Abstand Erde-Sonne) gemessen. Das mag erst mal kompliziert erscheinen, ist es aber nicht. Allein, man darf hierbei den Fehler nicht machen und Merkur mit n=1, Venus mit n=2 und Neptun mit n=8 verbinden, wozu jeder gewiss erst einmal neigen würde. Wir wissen, dass die Erde per Definition eine AE von der Sonne entfernt ist, das heißt, die Erde braucht die Indexzahl n=1, damit in der obigen Formel eingesetzt für A(n) eine Eins herauskommt.

Die beiden Gelehrten haben das kleine Dilemma ganz einfach gelöst:
  1. Merkur – n = -unendlich
  2. Venus – n = 0
  3. Erde – n = 1
  4. Mars – n = 2
  5. Ceres als größter Vertreter des Asteroidengürtels – n = 3
  6. Jupiter – n = 4

… und so weiter. Mit n = –unendlich verschwindet der zweite Term in der obigen Gleichung zu null und für Merkur bleibt der Abstand 0,4 AE stehen, was ja in etwa stimmt. Interessant ist nun die Stelle für n = 3, die den Abstand des Asteroidengürtels repräsentieren soll. Eingesetzt in die obige Formel ergibt sich A(3) = 2,8. Tatsächlich bewegt sich der Zwergplanet Ceres in Abständen zwischen 2,56 und 2,98 AE um die Sonne.

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Wir finden, das war eine tolle Leistung von Titius und Bode, denn ihre Erkenntnis legt tatsächlich die Überlegung nahe, dass sich entweder der Materiering im Zuge der Planetenentstehung nicht auf einen Punkt zusammenziehen konnte oder dass es vielleicht zu einer kosmischen Katastrophe gekommen war, die den sich bildenden Planeten an dieser Stelle zerplatzen ließ.

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Was sagt die moderne Wissenschaft dazu?

Gemäß einem neuen Modell von André Izidoro und Sean Raymond von der Universität Bordeaux ist der Asteroidengürtel vielleicht so entstanden. Die Region zwischen Mars und Jupiter war in der Frühzeit des Sonnensystems möglicherweise ziemlich leer. Erst durch Begegnungen mit den gerade neu entstandenen Planeten wurden kleinere Teile in diese Region getrieben, so jedenfalls bestätigen es die Computersimulationen zweier Astronomen. Ihre Ergebnisse, die im Fachjournal „Science Advances“ nachzulesen sind, erklären auch die geringe Gesamtmasse des Asteroidengürtels und sie machen zugleich die Unterschiede zwischen dem inneren und dem äußeren Bereich des Gürtels plausibel.

Der Asteroidengürtel enthält in seiner heutigen Gesamtheit nicht einmal ein Promille der Erdmasse. Im inneren Gürtel haben die meisten Asteroiden eine eher helle Oberfläche, im äußeren eine dunkle. Diese Tatsachen kann das klassische Modell zur Entstehung des Asteroidengürtels kaum erklären. Dieses geht davon aus, dass sich das Material, das in diesem Abstandsbereich zur Sonne einst einen Planeten bilden sollte, wegen starken Gravitations- beziehungsweise Gezeitenkräften durch den riesigen Jupiter nicht in der „vorgesehenen“ Weise zu einem Planeten verdichten konnten.

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Was zeigen Computersimulationen?

Entsprechende Computersimulationen zu dem klassischen Szenario treffen die Aussage, dass die Gesamtmasse des Asteroidengürtels eigentlich 2000 Mal größer sein müsste, als sie es in der Realität ist, das heißt, hier wollte sich möglicherweise ein unübersehbarer Planet von doppelter Erdgröße bilden. Die heutige eher geringe Besetzung des Asteroidengürtels erklärt das klassische Modell mit den vielen engen Begegnungen einzelner Asteroiden, die sich sozusagen gegenseitig aus der Bahn geworfen haben. Wenn es tatsächlich so turbulent zugegangen wäre, würden wir jetzt nicht eine so ordentliche Trennung nach hellen und dunklen Oberflächen vorfinden.

Raymond und Izidoro rechneten daher Simulationen mit anderen Randbedingungen. Sie malten ein Bild von dem sich bildenden Sonnensystem, das im inneren Bereich aus einem staubhaltigen Materiering bestand, während weiter draußen vornehmlich Gase anzutreffen waren. Zwischen beiden Ringen ließen sie eine Lücke klaffen. Ihre Computersimulationen zeigen sehr deutlich, dass die sich bildenden Planeten kleinere Brocken exakt in den Raumbereich des Asteroidengürtels schleuderten und dies mit der bekannten Ordnung: Die helleren Asteroiden kamen aus dem inneren Ring, die dunkleren aus der fernen Welt der Gasplaneten.

Was sich durch die neueren Berechnungen aber nicht ändert, ist die Überzeugung, dass es sich beim Asteroidengürtel um übrig gebliebene Bausteine der Planetenentstehung handelt, wobei sich diese aber aus allen Regionen des Sonnensystems dort getroffen haben.

Aber wie wird unsere Reise weitergehen?

Viel weiter draußen, weit jenseits der Neptunbahn gibt es noch einen sehr ausgedehnten Asteroidengürtel, der als Kuipergürtel bezeichnet wird. Es lohnt sich auf jeden Fall, sich mal die wesentlichen Unterschiede zwischen diesen beiden Quellen großer Gesteinsbrocken genauer anzusehen. Doch um dorthin zu gelangen, müssen wir Neptun passieren, wo wir eine kurze Pause einlegen wollen. Wir können jetzt schon verraten, dass der achte Planet mindestens so viele Geheimnisse birgt wie die Tiefen unserer Ozeane.

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