Heute gibt es in der Serie “Fragen zur Astronomie” wieder mal einen Klassiker: Können Pluto und Neptun miteinander zusammenstoßen? Eine gute und verständliche Frage! Wer ungefähr in meinem Alter ist und sich als Jugendlicher für Astronomie interessiert hat, erinnert sich vielleicht noch daran gehört zu haben, das Neptun der sonnenfernste Planet ist und nicht Pluto. Und einmal abgesehen davon das Pluto mittlerweile kein Planet mehr ist, war das auch richtig! Zwischen dem 7. Februar 1979 und dem 11. Februar 1999 war Pluto der Sonne näher als der Neptun. Erst in den letzten 16 Jahren ist er wieder außerhalb der Neptunbahn.
Pluto: Immer noch nicht mit Neptun kollidiert. Aber warum? (Bild: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute)
Wenn jetzt aber Pluto mal innerhalb der Umlaufbahn des Neptun ist und mal außerhalb, dann müssten sich die Bahnen der beiden Himmelskörper doch auch kreuzen? Und wenn sie sich kreuzen, dann muss es möglich sein, das beide kollidieren?
Im Prinzip ja. Aber die Realität sieht doch anders aus. Es stimmt zwar, das Pluto jeweils 20 Jahre seines knapp 248 Jahre dauernden Umlaufs um die Sonne innerhalb der Neptunbahn verbringt. Aber eine Überschneidung der Orbits gibt es nur dann, wenn man die Situation zweidimensional betrachtet. Das ist aber gerade bei Pluto ein großer Fehler!
Die Bahnen der Planeten um die Sonne befinden sich alle mehr oder weniger in der gleichen Ebene und in erster Näherung kann man ihre Neigung vernachlässigen. Plutos Bahn allerdings ist um 17 Grad aus der Ebene der Planetenbahnen geneigt! Seine Bahn ähnelt viel stärker der eines Asteroiden (u.a deswegen wird er ja auch als Asteroid/Zwergplanet klassifiziert). Die starke Neigung der Plutobahn verhindert ein Überschneiden mit der Bahn des Neptun. Das kann man gut an diesem Bild hier erkennen. Es zeigt, wie sehr sich die Himmelskörper während eines Umlaufs über bzw. unter der Ebene des Sonnensystems befinden:
Man sieht hier die Bahnen der äußeren Planeten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun und die Bahn des Pluto. Allerdings nicht in der üblichen “Draufsicht” mit der Sonne im Mittelpunkt. Gezeigt wird stattdessen der Abstand von der Sonne (auf der x-Achse) und der jeweilige Abstand von der Ebene des Sonnensystems auf der y-Achse. Würde ein Himmelskörper immer den gleichen Abstand zur Sonne habe (sich also auf einer Kreisbahn bewegen) und sich immer in der Ebene des Sonnensystems befinden, würde seine Bahn auf diesem Diagramm als Punkt markiert werden. Bei den Planeten ist das hier auch fast so – sie bewegen sich kaum über/unter die Ebene und bewegen sich annähernd auf Kreisbahnen. Bei Pluto aber ist das anders! Er bewegt sich bis zu 10 Astronomische Einheiten (AE; im Bild als “AU” angegeben) über oder unter diese Ebene. Das entspricht dem 10fache mittlere Abstand zwischen Sonne und Erde bzw. dem mittleren Abstand zwischen der Sonne und dem Saturn! Und hat dazu noch eine sehr langgestreckte Bahn; sein Abstand zur Sonne ändert sich stark. Trotzdem sieht man gut, dass es keine Überschneidung zwischen den Bahnen von Neptun und Pluto gibt.
Wenn Pluto seinen sonnennächsten Punkt erreicht, steht er hoch über der Bahn des Neptun und eine Kollision ist ausgeschlossen und auch sonst gibt es keinen Punkt, den die beiden Himmelskörper zur gleichen Zeit erreichen und damit zusammenstoßen könnten.
Natürlich könnten gravitative Störungen dafür sorgen, dass sich die Bahnen im Laufe der Zeit verändern, so dass irgendwann doch eine Kollision stattfindet. Aber auch hier zeigt sich eine Besonderheit, die einem solchen Zusammenstoß entgegenwirkt: Neptun und Pluto befinden sich in einer sogenannten 3:2 Resonanz der mittleren Bewegung. Das bedeutet, das Neptun für drei Umläufe um die Sonne genau so lang braucht wie Pluto für zwei Runden. Solche Resonanzen, über die ich hier ausführlich berichtet habe, spielen eine enorm große Rolle bei der Bewegung von Himmelskörpern im Sonnensystem.
Ein Umlauf des Pluto um die Sonne dauert knapp 248 Jahre; bei Neptun sind es knapp 165 Jahre. Zwei Plutoumläufe bzw. drei Neptunumläufe dauern dann jeweils knapp 500 Jahre. Nach 500 Jahren nehmen die beiden Planeten also wieder die gleiche relative Position zueinander ein, die sie vorher auch schon hatten. Erreicht Pluto beim ersten Umlauf seinen sonnennächsten Punkt, befindet sich Neptun gerade 50 Grad hinter Pluto; ist also sehr weit weg. Nach dem zweiten Umlauf ist Neptun dann gerade 50 Grad vor Pluto, wenn der seinen sonnennächsten Punkt erreicht. Dann ist er wieder vor Pluto, usw. Die Resonanz sorgt dafür, dass sich die relativen Positionen immer wiederholen. Die beiden können sich nie nahe genug für eine Kollision kommen.
Nicht einmal annähernd nahe! Der minimale Abstand zwischen Neptun und Pluto beträgt gewaltige 17 Astronomische Einheiten! Pluto kommt dem Neptun nicht einmal näher, als er dem Uranus kommt (hier beträgt die Minimaldistanz 11 AE). Die 3:2 Resonanz ist ein sehr effektiver Mechanismus der dafür sorgt, dass die Abstdände zwischen den beiden Himmelskörper immer groß bleiben, wenn sie einmal groß waren. Es gibt noch ein paar andere (sogenannte “säkulare”) Resonanzen, die auf andere Arten ebenfalls dafür sorgen, dass die beiden sich nicht zu nahe kommen. Dabei geht es um die Geschwindigkeiten, mit denen die Umlaufbahnen selbst sich um die Sonne drehen bzw. im Raum hin und her wackeln. Aber auf diese Details möchte ich jetzt gar nicht mehr weiter eingehen.
Neptun und Pluto können deswegen nicht miteinander kollidieren, weil ihre Bahnen sich nicht überkreuzen. Auch wenn Pluto der Sonne manchmal näher ist als der Neptun, ist seine Bahn so stark geneigt, dass es keine Überschneidung mit der des Neptun gibt. Zusätzlich sorgt die 3:2 Resonanz ihrer mittleren Bewegungen dafür, dass der Abstand zwischen ihnen immer groß bleibt und sie sich niemals nahe kommen. Pluto und Neptun können nicht kollidieren! Wenn sie es könnten, dann wäre in den 4,5 Milliarden Jahren in denen sie schon ihre Runden durch das Sonnensystem ziehen ja auch genügend Zeit dafür gewesen. Immerhin hat Pluto seit seiner Entstehung schon knapp 20 Millionen Runden um die Sonne absolviert und die Bahn des Neptun doppelt so oft “gekreuzt”. Wäre eine Kollision möglich, dann hätte sie schon längst stattgefunden!
Mehr Antworten findet ihr auf der Übersichtsseite zu den Fragen, wo ihr selbst auch Fragen stellen könnt.
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