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Exploring the outer solar system beyond Neptune using stellar occultations

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Was stellare Objekte jenseits des Neptuns über unsere Herkunft verraten

Das äußere Sonnensystem ist eine wahre Fundgrube an himmlischem Material und es birgt zweifellos Geheimnisse über die Evolution unseres Planetensystems. Bei LUCKY STAR kam die Methode der Okkultation, der Sternbedeckung, zur Anwendung, um mehr über Ringdynamik, Atmosphärenphysik und Umlaufbahnen zu erfahren.

Weltraum

Eine Sternbedeckung tritt dann ein, wenn ein Himmelskörper im Sonnensystem, etwa ein Planet, Satellit, Komet oder Asteroid, vor einem Stern vorbeizieht und dadurch dessen Licht schlagartig verschwindet. Diese Bedeckungen, die Sekunden bis zu einer Stunde dauern, verraten astronomische Informationen mit einem Genauigkeitsgrad, der mit anderen Mitteln, beispielsweise weltraumgestützten Teleskopen, nicht zu realisieren ist. Transneptunische Objekte sind Körper, welche unsere Sonne jenseits des Neptuns umkreisen. Anhand von Okkultationen wurden schmale Ringe um transneptunische Objekte und Atmosphären mit etwa einem Milliardstel des Atmosphärendrucks der Erde entdeckt. Das EU-finanzierte Projekt LUCKY STAR konnte mithilfe dieser Methode das Wissen über transneptunische Objekte erweitern. „Wir nannten das Projekt ‚LUCKY STAR‘, da wir uns auf die wenigen unter den Milliarden Sternen konzentriert haben, die von Objekten des Sonnensystems bedeckt werden, was die Seltenheit der von uns beobachteten Ereignisse erst ins richtige Licht rückt“, erklärt Bruno Sicardy, Projektkoordinator von der Universität Sorbonne, an der das Projekt angesiedelt ist.

Himmlische Entdeckungen

LUCKY STAR analysierte Bedeckungsdaten, die aus verschiedenen professionellen astronomischen Quellen stammten, sowie von über 150 Menschen gesammelt wurden, die sich der Amateurastronomie verschrieben haben. Diese wurden um Daten aus dem astrometrischen Katalog des Gaia-Archivs ergänzt, um die Effizienz der Sternbedeckungsmethode zu verbessern. „Anhand der Messung der Position von Objekten in Relation zu nahen Gaia-Sternen in den Wochen vor der Bedeckung konnten wir sehr genau vorhersagen, wann und wo das Ereignis zu beobachten sein wird“, erläutert Sicardy. Und das Team fand einen dichten Ring um den Zwergplaneten Haumea. In Kombination mit der überraschenden Entdeckung der Ringe um den asteroidenähnlichen Chariklo durch Sicardys Team im Jahr 2013 war das der Beweis, dass Ringe keineswegs nur den vier Riesenplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun vorbehalten sind, wie bisher angenommen wurde. Zudem kartierte das Team die Bahn des Pluto auf 50 km genau, was die bisher präziseste Messung ist. Es gelang ihm außerdem, jahreszeitliche Veränderungen auf Pluto zu kartieren, indem seine Atmosphäre von 2002 bis zum heutigen Tag beobachtet wird. Darüber hinaus entdeckte es einen spektakulären, im Zeitraum von 1988 bis 2016 zu verzeichnenden Anstieg des auf Pluto herrschenden atmosphärischen Drucks auf das Dreifache. „Die Atmosphäre des Pluto wird durch die Sublimation gefrorenen Stickstoffs auf seiner Oberfläche gesteuert, die von den Sonnenstrahlen erwärmt wird. Plutos Umlaufbahn ist sehr elliptisch, was die Sonnenerwärmung im Lauf der Zeit stark schwanken lässt“, berichtet Sicardy. „Da außerdem noch seine Rotationsachse relativ zu dieser Umlaufbahn stark geneigt ist, kann in großen Bereichen der Oberfläche permanent Nacht oder permanent Tag herrschen. Beides lässt die jahreszeitlichen Zyklen auf Pluto sehr intensiv ausfallen.“ Auch jenseits von Pluto wurden kilometergroße Objekte entdeckt. Ihre Größe, Form, Reflexionseigenschaften und Dichten verraten einiges über ihre Entstehung und könnten Hinweise darüber geben, wie sich das frühe Sonnensystem durch Zusammenstöße zwischen kleinen primordialen „Planetesimalen“ entwickelt hat.

Zurück in die Zukunft

Sicardys Beobachtungen und Analysen, die auf Sternbedeckungen zurückgehen, haben bereits wichtige Beiträge für Raumfahrtmissionen wie Voyager 1 und 2 zu den Riesenplaneten, Cassini-Huygens zu Saturn und Titan sowie New Horizons zu Pluto und Arrokoth geliefert. Gegenwärtig arbeitet das Team an numerischen Simulationen von durch Kollisionen entstandenen Ringen um kleine Himmelkörper, zum Beispiel Zwergplaneten. Vorläufige Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein Resonanzeffekt, bei dem sich einander umkreisende Körper gegenseitig gravitativ beeinflussen, eine Erklärung für die Lage der Ringe von Chariklo wie auch von Haumea liefern könnte. „Bestätigt sich dieser Effekt, könnte er die Bildung von Satelliten wie etwa Ringteilchen um Körper wie Chariklo und Haumea erklären“, merkt Sicardy an. Sternbedeckungen sind besonders interessant, um die langsame Evolution der Bahnen einiger Asteroiden zu erkennen, die durch den subtilen Anschub der Sonnenstrahlung verursacht wird. „Auf diese Weise werden wir nicht nur die Geschichte dieser Himmelkörper nachverfolgen, sondern auch möglicherweise gefährliche Einschläge auf der Erde vorhersagen können“, betont Sicardy.

Schlüsselbegriffe

LUCKY STAR, stellar, Bedeckung, Okkultation, Planet, Satellit, Komet, Asteroid, Neptun, Pluto, Umlaufbahn, Sonnensystem

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