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Asteroidengürtel – Was und wo sind diese?

Johann Elert Bode (1747–1826) und Johann Daniel Titius (1729–1796) wunderten sich über die große Lücke zwischen Mars und Jupiter. Aber dieser Orbitbereich ist mitnichten leer. Dort taumeln Millionen Gesteinsbrocken ganz unterschiedlicher Größe herum. Korrekte Bezeichnung: Asteroidengürtel. Und das ist auch schon die Antwort auf die Eingangsfrage.

Aber es wird noch spannender!

Mathematik kann manchmal ganz hilfreich sein

Nach langen gemeinsamen Überlegungen fanden die beiden Forscher eine empirische Formel heraus, die die Planetenabstände einschließlich des Asteroidengürtels erklären könnte. Es ist die Titus-Bode-Reihe:

A(n) = 0,4 + 0,3 . 2n

Der Sonnenabstand A, der in Astronomischen Einheiten AE gemessen wird, wächst hier in bestimmter Weise mit der Zahl n. Wer ein bisschen rechnen kann, dem mögen jetzt Zweifel aufkommen. Diese lösen sich aber sofort auf, wenn wir unserer Erde den Index 1 zuordnen.

Damit würde Mars den Index 2 und Ceres als größter Vertreter des Asteroidengürtels den Index 3 erhalten, während die Venus auf 0 und Merkur auf minus unendlich kommen, wodurch für Merkur der zweite Term in der Gleichung null wird.

Für den Asteroidengürtel liefert die Formel das Ergebnis A(3) = 2,8. Der „Zwergplanet“ Ceres bewegt sich tatsächlich im Abstandsbereich zwischen 2,56 und 2,98 AE. Dies legt aber auch die Überlegung nahe, dass während der Bildung des Sonnensystems an dieser Stelle etwas nicht so ganz richtig funktioniert hat. Irgendetwas verhinderte dort die Entstehung eines regulären Planeten.

Wissenschaftliche Modellrechnungen

Sean Raymond und André Izidoro von der Uni Bordeaux haben zur Entstehung des Asteroidengürtels Computersimulationen durchgeführt. Demnach war wohl der Raum zwischen Jupiter und Mars während der Bildung des Sonnensystems ziemlich leer.

Doch die Anziehungskräfte der gerade neu entstehenden Planeten bewirkten, dass kleinere Teile in diese Gebiete abgetrieben wurden. Ihre Berechnungen haben die Wissenschaftler im Fachjournal „Science Advances“ veröffentlicht.

Darin wird auch erklärt, warum die Gesamtmasse des Asteroidengürtels so gering ausgefallen ist und warum es zu den deutlichen Unterschieden zwischen den äußeren und inneren Bereichen desselben gekommen ist. Tatsächlich beinhaltet der Asteroidengürtel nicht einmal 1/1000 der Erdmasse. In seinem inneren Bereich erscheinen die meisten Asteroiden mit einer eher hellen Oberfläche, weiter draußen sind sie dagegen dunkler.

Das klassische Modell der Entstehung des Asteroidengürtels geht davon aus, dass die Gezeitenkräfte des riesigen Jupiters in diesem Raumbereich so groß waren, dass jeder Planet, der sich an dieser Stelle einst bilden wollte, immer wieder auseinandergerissen wurde.

Doch alle Computersimulationen zu diesem klassischen Szenario kommen zu dem Ergebnis, dass dort theoretisch ein Planet von doppelter Erdgröße vorgesehen war, was in einem krassen Widerspruch zur tatsächlichen spärlichen Besetzung des Asteroidengürtels steht.

Daher wählten Raymond und Izidoro ganz andere Randbedingungen für ihre Startmodelle. Demnach bestand unser Sonnensystem ganz zu Anfang im inneren Zirkel aus einem staubartigen Materiering. Weiter draußen waberten dagegen vornehmlich Gase und dazwischen bauten die Forscher bewusst eine Lücke ein.

Auf dieser Grundlage spukten die Computersimulationen genau das Bild aus, das wir heute sehen: Die sich bildenden Planeten schleudern kleinere Brocken genau in jenen Raumbereich, wo jetzt der Asteroidengürtel anzutreffen ist. Und sogar die Differenzierung nach hellen Asteroiden weiter innen und die dunklen Sorten weiter draußen konnte so nachvollzogen werden.

Nicht verwechseln mit dem Kuipergürtel und der Oortschen Wolke

Gerrit Pieter Kuiper war US-amerikanischer Astronom und lebte von 1905 bis 1973. Nach ihm wurde jene flache, ringförmige Scheibe aus Materiebrocken benannt, die sich erst jenseits der Neptunbahn befindet und dort den breiten Orbit-Bereich zwischen 30 und 50 AE ausfüllt. Neben einer schier unendlichen Zahl kleinerer Objekte enthält der Kuipergürtel ungefähr 70.000 massive Gesteinsbrocken mit über 100 km Durchmesser.

Bezeichnet werden all diese Masseteile im „Edgeworth-Kuiper Belt“ als „Kuiper Belt Objects“ (KBO). Viele sprechen in diesem Zusammenhang auch von „transneptunischen Objekten“ (TNO).

Es wird vermutet, dass viele Kometen aus dem Kuipergürtel stammen und sehr wahrscheinlich durch Kollisionen mit anderen KBO aus ihrer ursprünglichen Umlaufbahn geschleudert wurden.

Es ist plausibel, dass sich die Bildung der äußeren Planeten langsamer vollzogen hat, da die Materiedichte mit zunehmender Entfernung von der Sonne immer mehr ausdünnte. Jenseits der Neptunbahn war offenbar die Zusammenballung größerer Planeten nicht mehr möglich, sodass wir es dort mit den Überbleibseln der Materie zur Zeit der Bildung des Sonnensystems zu tun haben.

Bei der Oortschen Wolke handelt es sich um eine rein hypothetische zirkumsolare, also kugelschalenförmige beziehungsweise sphärische Kometenwolke, die extrem weit von der Sonne entfernt ist. Postuliert wurde sie von dem niederländischen Astronomen Jan Hendrik Oort, der darin den Ursprungsort langperiodischer Kometen sah.

In der Theorie wird unser Planetensystem von einer riesigen Kugelschale, die mit Materiebrocken erfüllt ist, umhüllt. Diese reicht bis zu 100.000 AE, das entspricht circa 1,6 Lichtjahre, in den interstellaren Weltraum hinaus.

Die Dimensionen werden etwas klarer, wenn man sich vor Augen führt, dass die Neptunbahn bei 30 AE angesiedelt ist und der nächste Stern Proxima Centauri in etwa 4,2 Lichtjahre entfernt ist. Möglicherweise gehen die äußersten Anteile des ekliptischen Kuipergürtels kontinuierlich über in die Oertsche Wolke, deren Objektzahl auf 100 Milliarden bis eine Billion abgeschätzt wird.

Wenn man sich die Geometrie des Ganzen etwas veranschaulicht, kommt unwillkürlich der Gedanke auf, dass auf diese Weise ein Materieaustausch zwischen den Sonnensystemen möglich ist.

Sollte die Oortsche Wolke in der beschriebenen Weise tatsächlich existieren, darf davon ausgegangen werden, dass auch Proxima Centauri über eine ähnliche Masseansammlung verfügt. Beide Materiewolken könnten sich in ihren äußersten Randbereichen fast „berühren“.

Auch in absehbarer Zukunft werden wir die Existenz der Oortschen Wolke nicht durch direkte Beobachtungen nachweisen können, dennoch verfügen die Wissenschaftler über etliche indirekte Hinweise. Da gibt es zum Beispiel den Planetoiden Sedna mit seiner extrem lang gestreckten Umlaufbahn, die im Aphel immerhin 926 AE erreicht. Einige Wissenschaftler gehen davon aus, dass dieses Objekt ursprünglich aus der inneren Oortschen Wolke stammt.

Dieser Beitrag wurde am 13.01.2022 erstellt.

Bildquellen:

  1. https://pixabay.com/de/illustrations/asteroiden-meteore-felsen-raum-2117790/
  2. https://pixabay.com/de/illustrations/weltall-asteroiden-kosmos-sonne-5200604/
  3. https://pixabay.com/de/illustrations/asteroid-astronomie-4679027/
  4. https://pixabay.com/de/photos/asteroid-felsen-astronomie-raum-3113282/