Wissenschaftler, der Pluto killte, schlußfolgert nun, daß es einen neunten Großplaneten gibt

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Von John Timmer; Original: Scientist who killed Pluto now concludes there is a ninth major planet, erschienen am 20. Januar 2016 auf ars technica. Übersetzung von Cernunnos.

Die Degradierung von Pluto zum Zwergplaneten ist nicht wegen irgendeiner Entdeckung über Pluto selbst zustandegekommen. Vielmehr wurde sie durch die Entdeckung ausgelöst, daß Pluto einer von wahrscheinlich einer großen Zahl von Körpern ist, die weit jenseits von Neptun umlaufen. Diese Kuipergürtel-Objekte (KBOs, von Kuiper Belt Objects), von denen manche größer als Pluto sind, neigen dazu, ungewöhnliche Umlaufbahnen zu haben, die außerhalb der Ebene des Sonnensystems verlaufen, wobei ihre Ellipsen auf einer Seite hinausgestreckt sind, während sie auf der anderen näher an der Sonne vorbeilaufen.

Aber in den letzten Jahren haben Wissenschaftler einige seltsame Muster in den Umlaufbahnen von KBOs bemerkt. Bei vielen von ihnen findet ihre engste Annäherung an die Sonne dort statt, wo sie die Umlaufebene der inneren Planeten kreuzen. Nun hat der Forscher, der einige der ersten KBOs zu identifizieren half, einen Artikel veröffentlicht, in dem er eine mögliche Ursache dieser Muster identifiziert: einen fernen, neptungroßen Körper, der die Planetensumme unseres Sonnensystems wieder auf neun bringen würde.

Unentdeckte Planeten haben eine lange Geschichte, die bis zur Vorhersage der Existenz von Neptun auf der Grundlage einiger Seltsamkeiten in Uranus‘ Orbit zurückreicht. Dieser Erfolg führte jedoch zu einer Anzahl fruchtloser Suchen, eine nach einem inneren Planeten, der die Merkurbahn dazu bringen könnte, sich zu benehmen, und eine zweite nach etwas jenseits von Neptun. Während die letztere Suche Pluto ergab, war dieser zu klein, um Neptuns Umlaufbahn zu beeinflussen, bei der weitere Beobachtungen ergaben, daß sie auch ohne irgendwelche zusätzlichen Reparaturen in Ordnung war.

Seit damals sind noch skizzenhaftere Behauptungen hinsichtlich ferner Planeten oder sogar Sterne aufgestellt worden, oft beruhend auf der relativen Regelmäßigkeit von Massenaussterbeereignissen. Aber wenige Wissenschaftler haben diese ernst genommen.

Unwahrscheinliche Ähnlichkeiten

Diese neue Behauptung wird wahrscheinlich anders sein, beruhend auf dem, wie sie erstellt wurde und wer das getan hat. Dies ist ein Team von Caltech-Astronomen, Konstantin Batygin und Mike Brown. Brown, der einen Kavli-Preis für seine Arbeit bei der Feststellung gewann, daß Pluto bloß einer von vielen KBOs ist, ist wahrscheinlich am besten für sein Buch How I Killed Pluto and Why It Had It Coming [„Wie ich Pluto killte, und warum er es verdiente“] bekannt.

Die neue Arbeit von Batygin und Brown wurde von einem Artikel von 2014 inspiriert, der feststellte, daß eine Anzahl der KBOs, die entdeckt worden waren, ein seltsames Muster bei ihren Umlaufbahnen gemeinsam hatten: ihre engste Annäherung an die Sonne fand ungefähr zu derselben Zeit statt, wo sie die Ebene der inneren Planeten des Sonnensystems kreuzten. Das ist seltsam, denn gravitative Wechselwirkungen mit inneren Planeten sollten alle diese kleinen KBOs mit der Zeit allmählich aus dieser Ausrichtung drängen. Das deuten wiederum darauf hin, daß irgendetwas sie wieder zurück auf Linie zwingt. Die Forscher, die dies entdeckten, schlugen vor, daß ein noch unbeobachteter Planet dies tun könnte.

Der neue Artikel beginnt mit dem Versuch der Feststellung, ob die orbitale Gruppenbildung in irgendeiner Weise ungewöhnlich ist. Hierfür begannen die Forscher mit 13 Körpern, die jenseits von 30 Astronomischen Einheiten umlaufen (1 AE ist die typische Entfernung Erde-Sonne) und ließen Simulationen laufen, um zu bestimmen, welche davon irgendwann in den vier Milliarden Jahren, die das Sonnensystem existiert hat, von gravitativen Wechselwirkungen mit Neptun beeinflußt wurden. Das ließ sechs Planeten für eine weitere Analyse übrig.

Die Forscher schätzen, daß Orbits mit einer so engen Gruppierung wie diese nur in 0,007 Prozent aller Fälle zufällig auftreten sollten. Das stellt eine statistische Signifikanz von 3,8 Sigma dar, was bedeutet, daß es sehr unwahrscheinlich ist, daß die Orbits durch Zufall zustandekamen.

Wir reparieren es mit einem Planeten

Nachdem diese Ausrichtung ungewöhnlich ist, beschlossen die beiden zu testen, ob sie in Wirklichkeit ein Planet produzieren könnte. Der Großteil der restlichen Arbeit bestand in Simulationen: mit einer Ansammlung von KBOs anfangen, einen Planeten in unterschiedlichen Orbits einfügen, sie vier Milliarden Jahre lang laufen lassen und sehen, ob sie diese Art von Ausrichtung hervorbringen könnten.

Über eine lange Reihe von Simulationen engten sie allmählich die Optionen ein. Sie fanden heraus, daß ein relativ massiver Körper – sie verwendeten etwas von zehnfacher Erdmasse für ihre Simulationen – am besten funktioniert, um die Umlaufbahnen der KBOs zu stabilisieren. Er läuft wahrscheinlich in der Ebene des Sonnensystems oder nahe davon um, aber sein Orbit ist sehr exzentrisch – er ist er Sonne auf einer Seite seiner Umlaufbahn relativ nahe, aber recht fern davon auf der anderen.

Das entscheidende Merkmal ist, daß die engste Annäherung an die Sonne auf der entgegengesetzten Seite zur engsten Annäherung der KBOs stattfindet. Dies ermöglicht es dem Planeten, die KBOs ständig wieder in einen engen Bereich relativ stabiler Umlaufbahnen zurückzutreiben.

Oder zumindest nicht alle davon. In ihren Simulationen pflegt der Planet ein paar KBOs in extrem ferne Umlaufbahnen zu verschieben – sie pflegten in den Simulationen „außer Sicht zu verschwinden“, nur um in Orbits wieder zu erscheinen, die nahezu senkrecht zur Ebene des Sonnensystems verlaufen. Verblüffenderweise sind tatsächlich ein paar KBOs in diesen Orbits gefunden worden, was einige unabhängige Unterstützung für die Existenz dieses Planeten liefert.

In diesem Video zeigt die Animation die Ausrichtung der fraglichen sechs KBOs, fügt dann die Umlaufbahn von Planet IX hinzu und dann die KBOs, die senkrecht zur Ebene des Sonnensystems umlaufen:

Planetenjagd

Ist es also Zeit, mit der Suche nach dem neuen Planeten IX des Sonnensystems zu beginnen? Noch nicht. „Der genaue Bereich der Parameter für den Störer, der notwendig ist, um die Daten zufriedenstellend zu reproduzieren, ist gegenwärtig schwierig zu diagnostizieren“, schreiben die Autoren. In anderen Worten, es gibt eine Menge potentieller Orbits, die dazu fähig sind, KBOs dorthin zu treiben, wo sie gegenwärtig sind, und wir sind nicht in der Lage gewesen, die Eigenschaften dieser Orbits allzusehr einzugrenzen. Dazu gibt es das Problem, daß die Arbeit auf der Grundlage von nur sechs KBOs erstellt wurde.

Mehr KBOs der Simulation hinzuzufügen, einschließlich jener in den senkrechten Umlaufbahnen, könnte ein paar weitere Eingrenzungen liefern. Und mehr KBOs zu identifizieren, würde ebenfalls helfen – entweder, indem sie uns sagen, wo nach dem Planaten zu suchen wäre, oder indem sie uns sagen, daß die Orbit-Ausrichtungen von vornherein unecht waren. (Im letzteren Fall müßten wir nie mit unserer Suche nach dem Planeten beginnen, nachdem es ihn wahrscheinlich nicht gibt.)

Unter der Annahme, daß es den Planeten gibt, stellt sich eine ziemlich große Frage: wie ist der Planet an einen Ort gelangt, wo er 20.000 Jahre braucht, um einen Umlauf zu vollenden? Der Kuipergürtel hätte verglichen mit dem inneren Sonnensystem sehr wenig Masse gehabt, und er hätte sich über weite Entfernungen ausgebreitet. Daher ist es völlig unwahrscheinlich, daß er sich dort gebildet hat. Stattdessen bevorzugen Batygin und Brown die Idee, daß er sich drinnen mit den anderen Planeten gebildet hat und ein potentieller Kern eines Riesenplaneten war, aber gravitative Wechselwirkungen mit den anderen ihn in eine ferne Umlaufbahn hinausgeworfen haben.

Falls die Ergebnisse halten, sagt Brown, daß es anders als bei Pluto keine Debatte um den Planetenstatus geben wird. Mit einer Masse, die wahrscheinlich das 5000fache jener von Pluto ist, und einem Schwerkrafteinfluß, der eine enorme Umlaufbahn dominiert, sagt Brown, ist es „der planetigste aller Planeten im ganzen Sonnensystem.“

The Astronomical Journal, 2015. DOI: 10.3847/0004-6256/151/2/22  (About DOIs).

*   *   *

Anhang des Übersetzers (Cernunnos):

Dies ist die hypothetische sonnenferne Supererde, für die Deep Roots in seinem raumfahrttechnischen Artikel Der Woodward-Antrieb: Mit „seltsamem Schub“ in die Zukunft? (im vorletzten Absatz vor dem Abschnitt „Interstellare Raumflüge“) bereits Namensvorschläge einschließlich für eventuell vorhandene Monde veröffentlicht hat:

Für den Fall, daß „Planet IX“ tatsächlich einmal entdeckt wird, schlage ich für ihn hier „inoffiziell“ den Namen Hades vor, und für seinen größten Mond Persephone. Die beiden nächstkleineren Monde, falls er welche hat, könnten Orpheus und Eurydike heißen, und passende Namen für weitere Monde wären Tiresias (nach dem blinden Seher, den Odysseus der Sage nach in der Unterwelt befragte), Tityos, Tantalos und Sisyphus. Falls es einen Mond mit besonders heller Oberfläche gibt – etwa einen innersten Mond mit exzentrischer Umlaufbahn, der durch Gezeitenkräfte innerlich aufgeheizt wird mit der Folge von Eisvulkanismus, der die Oberfläche ständig umformt und dunkle Ablagerungen von Kohlenstoffverbindungen mit frischem Eis überlagert -, würde sich dafür der Beiname der antiken Eurydike anbieten: Argiope, „die mit dem weißen Gesicht“.

Noch eine Leseempfehlung:  Weird Astronomy von Winchell Chung auf seiner Seite Atomic Rockets, wo unter anderem ein hypothetischer Planet Tyche vorgestellt wird. Diesen Abschnitt habe ich hier für euch übersetzt:

Tyche

tyche

Astronomen haben nicht so viel Glück wie Chemiker oder Physiker. Die können Experimente durchführen; Astronomen nicht. Ein Chemiker kann ein paar Chemikalien mischen und sehen, was passiert, aber ein Astronom kann nicht, sagen wir, Jupiter und Saturn auf einen Kollisionskurs bringen.

Oder zumindest konnten sie es nicht vor der Erfindung der Computermodellierungen. Unter Einsatz von Gleichungen und einer Menge Rechnerzeit können sie Jupiter und Saturn auf Kollisionskurs bringen und sehen, was passiert. Dies funktioniert wunderbar für alle Arten von astronomischen Fragen. Bis man versucht, die frühe Evolution unseres Sonnensystems zu modellieren. Wenn man versucht, ein Sonnensystem wie unseres mit vier Gasriesen (Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun) zu modellieren, so sieht die Simulation, wenn sie zur Ruhe kommt, nicht wie unser Sonnensystem aus. Nicht einmal annähernd.

SwRI-Forscher David Nesvorny hat mit diesem Problem gerungen und vielleicht eine Lösung gefunden. Vier Gasriesen funktionieren in der Simulation nicht. Aber fünf. Die Simulation spielt sich auf etwas ein, das unserem Sonnensystem bemerkenswert ähnelt, und dabei wird der fünfte Planet in den interstellaren Raum geschleudert.

Falls Dr. Nesvorny recht hat, gibt es also einen Urplaneten von der Geburt des Sonnensystems im Abgrund des tiefen Raumes. Und er ist immer noch da draußen. Und wartet.

Oh, und habe ich erwähnt, daß Forscher von der Universität von Louisiana entdeckten, daß die Abstände zwischen den Kometen in der Oort‘schen Wolke nicht so sind, wie sie sein sollten? Sie kalkulieren, daß dies erklärt werden kann, falls es einen noch unentdeckten Gasriesenplaneten in der Randzone der Oort’schen Wolke gibt. Das hat Anklänge an die Nemesis-Theorie!

*   *  *

Falls an einer dieser beiden Theorien oder auch an beiden etwas dran ist, so handelt es sich anscheinend um zwei verschiedene Himmelskörper. Denn während jener hypothetische Planet, der unter dem Namen „Tyche“ für die Bahneigentümlichkeiten langperiodischer Kometen in der Oort’schen-Wolke verantwortlich gemacht wird, laut dem oben unter „erklärt werden kann“ verlinkten 41seitigen PDF-Artikel im Massenbereich des Planeten Jupiter liegen soll, der die 318fache Erdmasse hat (im Wikipedia-Artikel dazu ist von ca. 1,5facher Jupitermasse, einer Sonnenentfernung von 32.000 AE und einer Umlaufzeit von 5,8 Millionen Jahren die Rede), ist der „Planet IX“ aus der Theorie von von Batygin und Brown mit vermuteten 5000 Plutomassen (ca. 10 Erdmassen) viel kleiner und wohl kein Gasriese (selbst Neptun hat ca. 17 Erdmassen), sondern eher eine kalte Supererde. Auch seine Umlaufzeit ist mit ca. 20.000 Jahren viel kürzer.

Über Cernunnos

Mein Blog: "Cernunnos' Insel" https://cernunninsel.wordpress.com/
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