Ist der Kuipergürtel ein gescheiterter Planet?

Nachdem wir uns im September etwas eingehender mit dem interessanten Planeten Neptun beschäftigt haben, nutzen wir doch seine enorme Schwerkraft sogleich mal aus, lassen uns von ihm ordentlich beschleunigen, um aber nicht in seiner Atmosphäre zu verglühen, sondern in eine ganz besondere Bahn einzuschwingen, die uns sodann mit deutlich erhöhter Geschwindigkeit aus unserem Sonnensystem herauskatapultiert. Das, was wir noch weit jenseits der Neptunbahn erkunden möchten, sind die vielen kleinen und zum Teil auch größeren Objekte des sogenannten Kuipergürtels.

Was ist der Kuipergürtel?

Der Name geht auf Gerard (oder Gerrit) Peter Kuiper (1905 – 1973) zurück. Er wirkte als Astronom in den USA, hatte aber niederländische Wurzeln. Da er sich auch viel mit theoretischen Arbeiten auseinandersetzte, war er es, der die Existenz des nach ihm benannten Kuipergürtels bereits vor den ersten Objektsichtungen voraussagte.

Es handelt sich dabei um eine ausgedehnte, ringförmige, recht flache Region in der Ekliptik-Ebene, die mit Materie angefüllt ist und sich außerhalb der Neptunbahn ungefähr im Entfernungsbereich zwischen 30 und 50 Astronomischen Einheiten (AE) befindet (mehr zu den Begrifflichkeiten im Astronomie-Lexikon). Nach heutiger Kenntnis enthält der Kuipergürtel über 70.000 kleine Einzelobjekte, deren Durchmesser in manchen Fällen aber durchaus 100 Kilometer überschreiten.  

Es ist natürlich naheliegend, all diese Objekte als Kuipergürtelobjekte (KBO) zu bezeichnen. Oft sprechen die Astronomen in diesem Zusammenhang auch von TNO, was transneptunische Objekte bedeutet.

Welchen Bezug haben Kometen zum Kuipergürtel?

Es wird vermutet, dass viele Kometen, insbesondere jene mit mittleren Perioden, ursprünglich aus dem Kuipergürtel stammen. Dabei tendieren die Astronomen heute zu der Annahme, dass es innerhalb des Kuipergürtels immer mal wieder zu heftigen Zusammenstößen der KBOs kommt und erst die dabei entstehenden Bruchstücke aus der Bahn geworfen als Kometenkerne in Richtung Sonne „fallen“. 

Welchen Bezug haben Kometen zum Kuipergürtel? | Bild von Oleg Gamulinskiy auf Pixabay

Strukturen des Kuipergürtels

Für die heute über 2.000 bekannten Objekte wurde anhand ihrer Bahnelemente die folgende Einteilung vorgenommen:

  • Die „Classical Kuiper Belt Objects“ (CKBOs), auch als Cubewanos bezeichnet, bewegen sich nahezu auf Kreisbahnen im Entfernungsbereich 41 bis 50 AE, deren Bahnneigung gegen die Ekliptik aber bis zu 30 Grad betragen kann. Als erstes Objekt dieser Art wurde 1992 der Asteroid „(15760) Albion“ entdeckt und erhielt zunächst die provisorische Bezeichnung „1992 QB1“, woraus die Astronomen dann das Wort „Cubewano“ kreierten. Von den zurzeit bekannten KBOs bewegen sich ungefähr zwei Drittel auf derartigen Bahnen, circa ein Drittel sind RKBOs.
  • Alle „Resonant Kuiper Belt Object“ (RKBOs) sind durch eine Resonanz mit der Neptunbahn gekennzeichnet, was ihre Bahnen sehr gut stabilisiert. Da sind zum Beispiel die Plutinos mit ihrer exakten 3:2-Resonanz zu nennen, die ungefähr in 40 AE die Sonne umkreisen. Noch weiter draußen in 48 AE bewegen sich die Twotinos mit einer 2:1-Resonanz. Den Begriff Resonanz im Astronomie-Lexikon nachschlagen.
  • Eine ganz besondere Sorte sind die „Scattered Kuiper Belt Objects“ (SKBO), die oft auch als SDO für „scattered disk objects“ bezeichnet werden. Ihre Bahnen sind extrem exzentrisch, kommen der Sonne im Perihel bis auf 35 AE nahe, um danach wieder gen Aphel über 2.000 AE weit hinaus zu fliegen. Als Beispiel dafür sei hier „(15874) 1966 TL66“ genannt. Daher gibt es etliche Autoren, die die SKBOs gar nicht dem Kuipergürtel zuordnen mögen.

Seit 1978 wissen wir, dass Pluto einen relativ großen Begleiter hat, er heißt Charon. Heute wissen wir, dass dies nicht unbedingt eine Besonderheit ist, denn unter 500 KBOs, die man 2001 kannte, befanden sich immerhin acht solcher Doppelsysteme, die sich übrigens nicht nur auf die oben genannten KBO-Gruppen beschränkten.

Theorie zur Entstehung des Kuipergürtels

Die KBOs sind sehr wahrscheinlich zur gleichen Zeit entstanden, als sich auch die Planeten bildeten, und zwar in der Region, wo sie sich jetzt noch befinden. Im inneren Bereich des Planetensystems war aber die Materiedichte deutlich größer, sodass sich relativ schnell eine ganze Reihe von Planetesimalen bilden konnten, die immer weiter zu richtigen Planeten anwuchsen. Dieser Prozess konnte sich so in den ausgedünnten, äußeren Bereichen nicht vollziehen, jedenfalls nicht in dieser Geschwindigkeit. Was dabei übrigblieb, sind jene KBOs, die wir noch heute so beobachten können. Was wir da draußen sehen, ist also quasi eine steckengebliebene Planetenbildung.

Theorie zur Entstehung des Kuipergürtels | Bild von Oleg Gamulinskiy auf Pixabay

Die sogenannten CKBOs bewegen sich nahezu auf Kreisbahnen, was ja auch der Erwartung entspricht. Doch ihre Bahnneigungen weichen zum Teil sehr stark von der Ekliptik-Ebene ab. Die Ursachen für jene ablenkenden Kräfte sind den Wissenschaftlern heute noch nicht bekannt. Folgende Theorien ranken sich darum:

  • Neptun könnte während einer früheren Phase seiner Entwicklung mit seiner enormen Gravitationskraft relativ große Planetesimale in den Kuipergürtel befördert und ihnen dabei eine quasi beliebige Bahnneigung mit auf den Weg gegeben haben.
  • Es kommt zuweilen zu Annäherungen anderer Sterne, die zu einer solchen Auslenkung einzelner Objekte aus der Ekliptik herausführen können. Dies setzt aber eine eher unwahrscheinliche Sternbegegnung mit einem Abstand von nur wenigen Hundert AE voraus.

Die SKBOs sind wahrscheinlich im Zuge der Entstehung des Planetensystems vor allem durch die großen Planeten so weit nach außen befördert worden. Dabei ist es gewiss auch passiert, dass einige Brocken das Sonnensystem für immer verlassen haben. Andere wiederum wurden von Neptun eingefangen, insbesondere jene, die eine Periheldistanz von circa 35 AE aufweisen. Warum sich bei diesen Prozessen so relativ viele und große Zweifachsysteme gebildet haben, ist und bleibt Gegenstand der Forschung.

Neue Horizonte entdecken

Die NASA-Raumsonde New Horizons startete im Januar 2006 im Rahmen des New-Frontiers-Programms mit dem Ziel, das Pluto-Charon-System und auch den Kuipergürtel zu erforschen. Mitte Juli 2015 erreichte die Raumsonde Pluto und am 1. Januar 2019 „Ultima Thule“. Letzteres ist das Kuipergürtelobjekt „(486958) Arrokoth“. An Bord sind gleich sieben verschiedene Messsysteme:

  • Sechs-Zentimeter-Teleskop
  • Ultraviolett-Spektrometer
  • CCD-Kamera mit sehr hoher Auflösung
  • Radiowellen-Experiment
  • Sonnenwind-Teilchendetektor
  • Ionen- und Elektronen-Spektrometer
  • Messgerät für Staubpartikel

Mit Datum 1. Oktober 2020 ist New Horizons fast 48,5 AE (7,24 Milliarden Kilometer) von der Sonne entfernt.

Die verantwortliche Leitung dieses Projekts erfolgt durch „Applied Physics Laboratory“, das an der Johns Hopkins Universität angesiedelt ist. Die Kosten für die Entwicklung und den Bau der Raumsonde einschließlich aller Instrumente und der Trägerrakete beliefen sich auf rund 700 Millionen Dollar.

Und wie soll unsere Reise denn nun weitergehen?

Bild von WikiImages auf Pixabay | Die Reise führt zu Merkur

In Anbetracht der extremen Kälte im Kuipergürtel müssen wir aber nun schleunigst unsere Batterien wieder aufladen, was nur in der Nähe der Sonne gut funktioniert. Daher werden wir im November dem Merkur einen kleinen Besuch abstatten. Der innerste Planet Merkur ist wirklich schwierig zu beobachten. Wegen des geringen Winkelabstands zur Sonne zeigt er sich meistens nur am Taghimmel. Doch im November haben wir gute Chancen, ihn mit unserem Teleskop zu erwischen.

Das tolle Beitragsbild ist von MasterTux auf Pixabay