Die Sedna-ähnlichen KBOs und "Planet Neun" (Quelle: findplanetnine.com)

Ein neunter Planet?

Das Sonnensystem hatte 76 Jahre lang neun (bekannte) Planeten. Seit die IAU im Jahr 2006 Pluto zum Zwergplaneten zurückgestuft hat, sind es deren acht (wie es auch im Slogan dieser Webseite heisst…). Doch nun haben Astronomen Hinweise auf die Existenz eines neunten Planeten gefunden – wenn es ihn tatsächlich gibt, hätte er wohl eine Masse zwischen jener der Erde und jener von Neptun – wäre aber viel weiter von der Sonne entfernt als letzterer.

Gerade jetzt, ein knappes Jahrzehnt nachdem Pluto zum Zwergplaneten degradiert wurde, und wir uns endlich (fast) alle an den Gedanken gewöhnt haben, dass das Sonnensystem nur acht, nicht neun Planeten hat – da kommt eine neue Entdeckung, die all das wieder auf den Kopf stellen könnte. Worum geht es – und, ist das nicht schon eine alte Story? Wird nicht alle paar Jahre berichtet, es gäbe vielleicht einen weiteren Planeten im Sonnensystem? Dieses Thema kommt durchaus immer wieder auf. Der Grund dafür ist, dass unsere Teleskope mittlerweile so gut sind, dass wir auch kleine Himmelskörper des Sonnensystems in gewaltigen Entfernungen entdecken können. Da wir diese Himmelskörper im reflektierten Licht betrachten, nimmt ihre Helligkeit mit der vierten Potenz zur Entfernung ab: wenn zwei davon gleich gross sind, der eine aber doppelt so weit von der Sonne entfernt, dann leuchtet letzterer ganze 16 Mal schwächer! Durch sorgfältige Beobachtung und immer grössere, bessere Teleskope ist es in den letzten Jahren gelungen, die grössten existierenden Objekte bis in eine Entfernung von etwa 100 AU zu finden. Darunter war z.B. Eris, der Pluto-grosse (aber leicht schwerere) Zwergplanet, dessen Entdeckung im Jahr 2005 schliesslich zur Diskussion bei der IAU und der Degradierung Plutos geführt hat.

Neben Eris wurden bei diesen Beobachtungen aber noch weitere Objekte im sogenannten Kuipergürtel, dem Asteroidengürtel jenseits der Neptunbahn, und darüber hinaus entdeckt. Dazu gehört zum Beispiel der Zwergplanet(-Kandidat) Sedna. Sedna umkreist die Sonne auf einer lang gestreckten Bahn, und kommt ihr alle 12’000 Jahre auf etwa 76 AU nahe (das nächste Mal in 60 Jahren), um sich darauf auch wieder auf 955 AU zu entfernen (dass wir Sedna gerade da entdeckt haben, ist kein Zufall – wäre sie ein klein wenig weiter draussen auf ihrer Bahn, wäre sie den Teleskopen entwischt). Das hat die Astronomen seit ihrer Entdeckung immer wieder wundern lassen: warum ist Sedna so weit draussen? Wenn sie von Neptun auf diese Bahn abgelenkt worden wäre, müsste sie an ihrem sonnennächsten Punkt (dem Perihel) auch etwa so weit von der Sonne entfernt sein wie Neptun, also etwa 30 AU. Dass sie so viel weiter draussen kreist, weit ab der Reichweite von Neptuns Gravitationsfeld, deutet darauf hin, dass etwas anderes sie auf diese Bahn katapultiert hat. Etwas grosses… Nur was? Die Möglichkeit eines weiteren Planeten wurde diskutiert, aber auch die Idee, dass ein vorbeiziehender Stern in der Frühzeit des Sonnensystems Sedna auf diese Bahn gekickt (oder gar, abgeladen) hätte.

In den letzten Jahren hat man aber mehr und mehr solche „Sednas“ gefunden (die allesamt kleiner waren als Sedna selbst). Interessanterweise scheinen diese Objekte alle eine ähnliche Bahn zu haben. Ihr Perihel liegt in einem relativ eng begrenzten Gebiet des Weltraums – Objekte mit ähnlichen Bahnen, die ihren Perihel an einem anderen Ort haben, gibt es keine. Zudem sind auch ihre Bahnebenen sehr ähnlich. Diese Beobachtungen können gemäss einem öffentlich zugänglichen, neuen Fachartikel von Konstantin Batygin und Michael E. Brown (vom California Institute of Technology, auch unter dem Namen „Caltech“ bekannt) in der Zeitschrift „The Astronomical Journal“ nur mit einer Wahrscheinlichkeit von etwa 0.007% durch den Zufall erklärt werden – die Erklärung muss also wahrscheinlich woanders liegen. Wer das Thema der Kuipergürtel-Objekte im letzten Jahrzehnt verfolgt hat, wird übrigens den Namen von Michael E. Brown wiedererkennen – er ist derjenige, der damals Eris (und auch Sedna) entdeckt und damit die ganze Entwicklung ins Rollen gebracht hatte.

Was schlagen Batygin und Brown nun vor? Sie haben in aufwändigen Simulationen zeigen können, dass sich die auffälligen Bahnen der Sedna-ähnlichen Kuipergürtel-Objekte elegant erklären lassen, wenn es noch einen weiteren, grossen Planeten da draussen gibt. Er müsste eine Masse von etwa 5 bis 15 Erdmassen haben, also zwischen jener der Erde (1 Erdmasse) und Neptun (17 Erdmassen), um die Beobachtungen zu erklären. Bei der Simulation stellte sich dann heraus, dass der Planet auch eine ganz andere Gruppe von Kuipergürtel-Objekten erklären kann, welche senkrecht zur Ebene der Planeten um die Sonne kreisen. Die Simulation sagt exakt voraus, wo man diese finden sollte, im Verhältnis zu den Sedna-ähnlichen: und genau da findet man sie auch. Diese überraschende Erklärung für ein bisher unerklärliches Phänomen, das man gar nicht versucht hatte zu erklären, trägt dazu bei, dass Batygin und Brown sich ziemlich sicher sind: Dieses Mal ist alles anders. Dieser neunte Planet könnte, ja sollte, wirklich existieren! Es sollte sich der Sonne nie auf mehr als 200 AU nähern, und sich dann wieder auf etwa 600 AU entfernen (angesichts der grossen Unsicherheiten wären auch Entfernungen von bis zu 1200 AU möglich). Für einen Umlauf um die Sonne bräuchte er 10’000 bis 20’000 Jahre, und die Bahn wäre gegenüber der Bahn der anderen Planeten des Sonnensystems um etwa 30° geneigt. Doch wie wäre er auf diesen seltsamen Orbit gekommen?

Der neunte Planet (einen Namen hat er noch nicht – erst muss er bestätigt werden, in dem man ihn mit Teleskopen aufspürt – und Brown hütet sich bis dahin natürlich, irgendwelche Vorschläge zu machen) wäre zusammen mit den anderen Gasplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun in der Gas- und Staubscheibe der Sonne entstanden. Doch irgendwann wurde er durch Begegnungen mit anderen Planeten – zum Beispiel Saturn – aus dem Sonnensystem gekickt. Tatsächlich haben bereits vor einigen Jahren Simulationen gezeigt, dass ein fünfter, etwas kleinerer Gasplanet helfen könnte, einige bisher nicht erklärte Beobachtungen im äusseren Sonnensystem zu erklären. Allerdings war man dabei immer davon ausgegangen, dass der fünfte Planeten dabei in die interstellaren Tiefen des Raums geschleudert worden war. Damit er in eine weite Umlaufbahn um die Sonne einnehmen konnte, schlagen Batygin und Brown vor, muss ein Rest der Gasscheibe zu diesem Zeitpunkt noch vorhanden gewesen sein – diese hätte den Planeten soweit abgebremst, dass er in einer weiten Umlaufbahn um die Sonne blieb.

Als nächsten Schritt sollen sich nun möglichst viele Astronomen hinter Teleskope setzen (natürlich nicht wortwörtlich: Astronomen schauen schon seit Jahrzehnten nicht mehr durch Teleskope hindurch – vielmehr sitzen sie am Computer und betrachten die Bilder, die ihnen die hochkomplizierte und Computer-gesteuerte Optik liefert), um den Planeten zu finden. Das Subaru-Teleskop in Hawaii ist für die Suche sehr gut aufgestellt: es ist so gross, dass es den Planeten auch noch in seiner grössten Entfernung sehen müsste – und es hat einen genügend grossen Beobachtungswinkel, dass man damit einen grossen Teil des in Frage kommenden Gebiets am Himmel in etwa 5 Jahren absuchen kann. Andere Teleskope (unter anderem auch das Hubble Weltraum-Teleskop) könnten den Planeten zwar auch sehen, aber die Fläche, die sie am Himmel abdecken können, ist sehr viel kleiner. Sie werden dann zum Einsatz kommen, wenn man weiss, auf welchen Punkt am Himmel man sie richten muss, um den Planeten zu beobachten. Eine weitere Hilfe könnte von den Daten der WISE Mission kommen. Dieses kleine Weltraum-Teleskop hat den Himmel mehrfach nach kalten, kleinen Objekten abgesucht, und dabei auch mehrere Braune Zwerge innerhalb von 10 Lichtjahren des Sonnensystems gefunden. Der neunte Planet dürfte für WISE aber vermutlich zu kalt sein – in dem Wellenlängenbereich, in dem er seine Strahlung abgibt, hat WISE nicht gemessen. Trotzdem wird jetzt versucht, in den Bildern der längsten Wellenlänge (niedrigsten Temperatur) nach dem Planeten zu suchen.

Und was, wenn wir ihn finden? Das wäre mit Sicherheit spektakulär. Nicht nur wären es dann wieder neun Planeten (es wäre definitiv ein Planet gemäss der IAU Definition, weil er seine Umgebung von kleineren Trümmern freiräumen könnte) – es wäre unser allererster Blick auf einen ganz neuen Planetentyp: eine „Super-Erde“, beziehungsweise ein „Mini-Neptun“. Unter allen bekannten Exoplaneten ist dies mittlerweile der am häufigsten beobachtete Planetentyp. Planeten zwischen der Masse der Erde und Neptun (oder Uranus), mit einem Durchmesser von 1-4 Erddurchmessern. Und wir haben wirklich überhaupt keine Ahnung, wie solche Planeten aus der Nähe aussehen: haben sie dichte Atmosphären? Vielleicht gar eine feste Oberfläche? Woraus bestehen sie? Wie sind sie aufgebaut? Fragen über Fragen – und die Antworten könnten quasi vor unserer kosmischen Haustüre liegen! Ein Flug einer Raumsonde zu dem Planeten wäre aber auf jeden Fall eine Herausforderung: an seinem sonnennächsten Punkt wäre er immer noch gut doppelt so weit von der Sonne entfernt als die Voyager-Sonden es heute sind – 40 Jahre nach ihrem Start. Das heisst, man müsste bis zur Ankunft einer Sonde entweder ein ganzes Menschenleben warten – oder aber auf schnellere Antriebstechnologien setzen.

Und der Slogan dieser Webseite? Der wird vorerst noch nicht geändert.

Quellen: Batygin & Brown, 2016 | Caltech Pressemeldung | Find Planet Nine (Webseite, auf der Batygin die Suche nach dem Planeten dokumentieren will) | Meldung bei Nature.com | Meldung bei Sciencemag.org

7 comments

  1. Ein sehr schöner und gut verständlicher Artikel zu dieser interessanten Thematik! Gerade, dass man den ungefähren Bereich vorhersagen kann, in dem dieser Planet sich aufhalten sollte, finde ich sehr wichtig. Nun bleibt abzuwarten, ob er auch tatsächlich gefunden wird. Die technischen Voraussetzungen sind ja schon gut.

    • Danke! Und gratuliere zum ersten Kommentar auf dieser Seite – mögen es noch viele mehr werden. Ja, die kommenden 5 Jahre werden spannend! Ich denke, das ist schon in etwa der Zeitraum, den man bis zu einer Entdeckung rechnen muss (wobei sich niemand beschweren wird, wenns schneller geht).

  2. Sven Müller says:

    Vielen Dank für deine Arbeit uns Laien diese Thematik verständlich darzulegen. Ich bin heute das erstmal auf deinem Blog gelandet und werde Zukünftig öfter vorbei schauen, mach bitte Weiter so!
    Viele Grüsse

  3. Dgoe says:

    Sehr lesenswert und sehr anschauliche Grafik!

    Erstaunlich, dass die Sonne einen so großen Himmelkörper so weit draußen noch halten kann, nimmt doch die Schwerkraft umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes ab. Ist zumindest gefühlsmäßig ein Wunder – aber ja auch noch nicht entdeckt 😉

    • Die Grafik stammt nicht von mir (wie in der Bildunterschrift deklariert), aber ja, sie ist anschaulich. Nun, die Sonne hält auch noch die Himmelskörper der Oortschen Wolke (aus der die langperiodischen Kometen stammen), die zum Teil 10’000 und mehr Astronomische Einheiten von der Sonne entfernt sind. Die Schwerkraft der Sonne „reicht“ (oder dominiert) etwa bis in eine Entfernung von 1.5 bis 3 Lichtjahre (je nach Richtung) hinaus.

  4. Holger says:

    „Die Beobachtungen des Kepler-Weltraum-Teleskops haben gezeigt: das ist der häufigste Planetentyp im Universum.“

    Sicher? Es ist zwar der häufigste von Kepler entdeckte Planetentyp, aber man muss doch den „observation bias“ berücksichtigen: Da Kepler größere Planeten leichter finden konnte als kleinere, könnte es in Wirklichkeit durchaus mehr erd- oder auch marsgroße Planeten geben als Supererden.
    Oder gibt es eine Statistik, die die „Entdeckungswahrscheinlichkeit“ verschiedener Planetentypen mit einkalkuliert?

    • Du hast natürlich recht, das war ungeschickt formuliert – vielen Dank, korrigiert! Zu deiner Frage, ja, es gibt solche Statistiken, und sie zeigen, dass die Planetenhäufigkeit mit abnehmender Masse weiter steigt – bloss steigt auch die Unsicherheit, weil so kleine Planeten von Kepler nicht mehr zuverlässig entdeckt werden können.

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