Vor ein paar Wochen haben Astronomen einen Himmelskörper entdeckt der wirklich einzigartig ist. Einen Asteroid der aus dem interstellaren Raum kommt. Diese Entdeckung hat weitreichende Konsequenzen. Asteroiden sind ja an sich schon extrem wichtige Objekte wenn es darum geht die Vergangenheit zu verstehen. Asteroiden sind die Vergangenheit; sie sind das was von all dem Material übrig geblieben ist aus dem die Planeten unseres Sonnensystems entstanden sind. Sie sind älter als alle anderen Himmelskörper. Sie sind die einzige konkrete Informationsquelle wenn wir die lange zurück liegende Zeit der Entstehung unseres Sonnensystems verstehen wollen. Deswegen werden sie von den Astronomen auch so intensiv untersucht. Mit dem neu entdeckten Himmelskörper haben wir nun aber auch das erste Mal ein Objekt das uns etwas über die Entstehung anderer Planetensysteme sagen kann.
In diesem Artikel habe ich alles zusammengefasst was man bis jetzt über dieses einzigartige Objekt weiß.
Wer hat es entdeckt?
Der Himmelskörper wurde am 19. Oktober 2017 von Robert Weryk von der Universität Hawaii mit dem Pan-STARRS Teleskop gefunden. Dieses Teleskop (Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System) sucht seit 2010 nach Asteroiden, Kometen und veränderlichen Sternen am Himmel. Gemeinsam mit dem Catalina Sky Survey ist es das erfolgreichste Programm zur Entdeckung von Asteroiden und Kometen. In den letzten Jahren waren diese beiden Programme für den überwiegenden Teil der neu entdeckten Kleinkörper verantwortlich.
Anteil der einzelnen Beobachtungsprogramme an den erdnahen Asteroidenentdeckungen (Bild: Alan B. Chamberlin, NASA, Public Domain)
Wie heißt das Ding?
Als man den Himmelskörper entdeckt hat, dachte man es handelt sich um einen Kometen und gab ihm eine Bezeichnung die sich an der üblichen Benennung für Kometen orientiert: C/2017 U1 (PANSTARRS). “2017 U1” steht für den Zeitraum der Entdeckung, die zweite Oktoberhälfte 2017; “PANSTARRS” ist die “Person” bzw. in dem Fall das Programm mit dem er entdeckt wurde und “C” bezeichnet nicht-periodische Kometen mit einer Umlaufdauer von mehr als 200 Jahren. Dann aber stellte man fest dass dieses Objekt keine kometare Aktivität zeigt; also nicht von einer Staubwolke umgeben ist und auch keinen Kometenschweif ausbildet. Deswegen wurde es als Asteroid neu-klassifiziert und A/2017 U1 genannt wobei das “A” andeutet dass es zuvor fälschlicherweise als Komet klassifiziert wurde.
Mittlerweile hat der Himmelskörper auch einen echten Namen bekommen: ‘Oumuamua, ein aus dem hawaiianischen stammender Name und heißt frei übersetzt in etwa “Der erste der uns erreicht hat” bzw. “Der erste Botschafter”. Und weil es sich um ein wirklich einzigartiges Objekt handelt hat sich das für die Benennung von Himmelskörpern zuständige Minor Planet Center auch eine komplett neue Bezeichnung ausgedacht. Der komplette Name des Objekts lautet 1I/’Oumuamua wobei das “I” ab nun Himmelskörper bezeichnet die aus dem interstellaren Raum stammen und die “1” steht da weil es der erste ist den wir entdeckt haben.
Woher weiß man dass es aus dem interstellaren Raum kommt?
Nach seiner Entdeckung hat man festgestellt dass der Himmelskörper eine Exzentrizität von 1,2 hat. Mit der Exzentrizität beschreiben Astronomen wie stark die Umlaufbahn eines Himmelskörpers von der Kreisbahn abweicht. Würde sich ein Asteroid auf einer exakten Kreisbahn um die Sonne bewegen wäre die Exzentrizität gleich null. Die Erde hat zum Beispiel eine Exzentrizität von 0,017 – weicht also nur sehr wenig von einer Kreisbahn ab. Der Planet mit der stärksten Abweichung von der Kreisbahn ist Merkur mit einer Exzentrizität von 0,2. Je größer die Exzentrizität desto elliptischer und langgestreckter ist die Bahn. Sie muss aber immer kleiner als 1 sein wenn es sich um Himmelskörper handelt die gravitativ an die Sonne gebunden sind und sie umkreisen.
‘Oumuamua hat nun aber eine Exzentrizität von 1,2. Das bedeutet dass der Asteroid nicht in einer Umlaufbahn um die Sonne ist. Er folgt keiner Ellipse; seine Bahn ist eine Hyperbel. Er kommt von außerhalb des Sonnensystems auf die Sonne zu; fliegt einmal an ihr vorbei und verschwindet dann wieder zurück in den interstellaren Raum ohne jemals zurück zu kommen.
Wir haben auch zuvor schon andere Objekte mit einer Exzentrizität größer als 1 gefunden, zum Beispiel den Komet Bowell (C/1980 E1). Der kam aber auf einer elliptischen Bahn aus der Oortschen Wolke und wurde erst durch eine Begegnung mit Jupiter auf eine hyperbolische Fluchtbahn gebracht. ‘Oumuamua dagegen war nie an das Sonnensystem gebunden. Das wissen wir unter anderem auch weil er eine Flugbahn hat die fast senkrecht zur Ebene der Planeten des Sonnensystems steht. Da wo er her kommt sind keine großen Planeten die ihn durch gravitative Störungen auf eine hyperbolische Fluchtbahn abgelenkt haben könnten.
Wie groß ist ‘Oumuamua und wie bewegt er sich?
Mit den Daten die wir derzeit haben sieht es so aus als wäre der Asteroid ein Himmelskörper mit einem Durchmesser von etwa 160 Metern. Er ist allerdings nicht kreisrund sondern länglich und dabei etwa dreimal länger als breit. Das weiß man aus Messungen der Änderungen seiner Helligkeit. Je nachdem ob er gerade die lange oder die kurze Seite zur Erde richtet kommt mehr oder weniger reflektiertes Sonnenlicht bei uns an. Wir wissen auch dass er auf jeden Fall mehr als 5 Stunden für eine Drehung um seine Achse braucht. Sehr viel genauer lässt es sich aber derzeit nicht sagen. Als der Asteroid entdeckt wurde war er 30 Millionen Kilometer von der Erde entfernt. Da war er aber schon auf dem Rückweg in den interstellaren Raum. Seine größte Annäherung an die Sonne hatte er – unbemerkt von uns Astronomen – mit 37,6 Millionen Kilometern schon am 9. September 2017 erreicht; seine größte Annäherung an die Erde fand am 14. Oktober 2017 statt. Da betrug die Distanz 24 Millionen Kilometer (was dem 60fachen Abstand des Mondes von der Erde entspricht).
Vor 100 Jahren war der Asteroid noch 561 mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde und 26 km/s schnell. Bei der Annäherung an die Sonne stieg seine Geschwindigkeit auf fast 88 km/s. Beim Verlassen des Sonnensystems wird er wieder langsamer um dann mit 26 km/s wieder in den interstellaren Raum zu verschwinden. Er steuert dabei einen Punkt an der in Richtung des Sternbild Pegasus liegt. Gekommen ist er aus Richtung des Sternbilds Leier (wo man auch den hellen, 25 Lichtjahre entfernten Stern Wega findet). Circa da ist auch der Sonnenapex, der Fluchtpunkt der Bewegung des Sonnensystems. Das ist auch die wahrscheinlichste Richtung aus der ein interstellares Objekt ins Sonnensystem kommt (so wie es am wahrscheinlichsten ist dass ein Insekt die Windschutzscheibe des Autos in Fahrtrichtung trifft und nicht z.B. das linke hintere Seitenfenster).
Wo kommt das Ding her?
Das ist wahrscheinlich die Frage die sich alle stellen. Aber: Wir wissen es nicht. Auf jeden Fall kommt er nicht aus dem Alpha-Centauri-System. Als sonnennächste Sterne wären Alpha und Proxima Centauri zwar gute Kandidaten für das Heimatsystem von ‘Oumuamua. Aber der Unterschied zwischen den Geschwindigkeiten des Asteroids und Alpha-Centauri beträgt 30 km/s. Das macht einen Ursprung dort unwahrscheinlich; außerdem war Alpha Centauri in der Vergangenheit auch weiter von der Sonne entfernt als heute. Ebenfalls nicht der Usprung kann Luhman 16 sein, ein System von zwei braunen Zwergen in 6,5 Lichtjahren Entfernung zum Sonnensystem.
Es ist auch schwer zu bestimmen aus welcher Richtung ‘Oumuamua gekommen ist, denn wir wissen ja nicht wie lange er schon im interstellaren Raum unterwegs war. Das Sonnensystem ist aber wahrscheinlich das erste System das der Asteroid auf seiner interstellaren Reise durchquert hat.
Wenn man wissen will wo das Ding her kommt müssen wir uns auch zuerst einmal überlegen wie es überhaupt entstanden ist. Mit Sicherheit erst Mal genau so wie auch die Asteroiden in unserem Sonnensystem: Aus einer Scheibe voll Gas und Staub die einen jungen Stern umgibt und in der sich Material zu immer größeren Objekten zusammenklumpt. Dieser damals noch normale Asteroid eines anderen Sterns muss dann einem größeren Himmelskörper, einem Planeten dieses Sterns sehr nahe gekommen sein wodurch er auf eine Fluchtbahn abgelenkt wurde. Seitdem bewegt er sich durch den interstellaren Raum und hat nun das Sonnensystem erreicht.
Die ersten Vermutungen das es solche Objekte geben kann wurden schon 1976 geäußert; und es ist ja auch nur logisch. Alles was wir über die Entstehung von Planeten wissen sagt uns, dass bei diesem Prozess jede Menge Material aus der Gas- und Staubscheibe in den interstellaren Raum geschleudert wird. Modellrechnungen aus unserem Sonnensystem sagen uns dass bei seiner Entstehung ungefähr das 20-30fache der Erdmasse verloren ging (davon stammen bis zu 5 Erdmassen aus dem Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter und bis zu 30 Erdmassen aus dem Kuipergürtel hinter der Neptunbahn). Und was bei uns passiert kann anderswo natürlich auch passieren.
Der Carinanebel – kommt ‘Oumuamua von dort? (Bild: NASA)
Rechnet man das ganze auf die gesamte Milchstraße hoch, dann kommt man zu dem Schluss dass sich ungefähr 200 Quadrillionen (1026) von diesen Dingern zwischen den Sternen herum treiben. Sie werden vermutlich in einem großen Schwung während der Entstehungsphase eines Planetensystems “produziert”. Die der Sonne nächstgelegenen Regionen in denen Sterne entstehen sind ungefähr 300 Lichtjahre weit weg und 1 bis 10 Milliarden Jahre alt. Dort ist auch der wahrscheinlichste Ursprungsort von ‘Oumuamua. Momentan favorisieren manche Forscher den Carinanebel beziehungsweise die Columba-Assoziation. Das sind beides Sternentstehungsgebiete die zwischen 160 und 280 Lichtjahre weit weg sind und ungefähr 45 Millionen Jahre alt. Ein Asteroid der dort während der Planetenentstehung mit einer typischen Geschwindigkeit von 1-2 km/s rausgeschleudert worden ist hätte genau genug Zeit gehabt um bis heute das Sonnensystem zu erreichen.
Genau diese Überlegungen sind es auch die ‘Oumuamua so wertvoll machen. Ich habe vor einigen Tagen schon erklärt wie wertvoll Staub bei der Suche nach extrasolaren Planeten ist. Und auch interstellare Asteroiden können uns viel von dem erzählen was wir ansonsten schwer entdecken können. Denn es müssen ja irgendwelche Planeten da sein die die Asteroiden aus ihren Systemen schleudern. Die müssen die richtige Masse haben und am richtigen Ort sein. Die bisherigen extrasolaren Planeten die wir kennen sind dafür meist nicht geeignet. Wenn sie massereich genug sind, dann sind sie meist zu nah am Stern. Oder sie sind zu klein. Die interstellaren Asteroiden sagen uns dass es eine Population von Planeten geben muss; größer als die Erde und kleiner als Jupiter die sich auf weit von ihrem Stern entfernten Umlaufbahnen bewegen. So eine Art von Planet haben wir noch nicht entdeckt weil unsere Instrumente derzeit nicht dafür ausgelegt sind. Aber jetzt wissen wir wenigsten dass sie irgendwo da draußen sein müssen.
Wie schaut ‘Oumuamua aus?
Wissen wir nicht. Dafür ist es zu klein und zu weit entfernt. Wir haben keine Raumsonden in der Nähe und die Teleskope der Erde sehen nur einen Lichtpunkt. Wir wissen immerhin dass es ein wenig rötlich zu sein scheint; zumindest sagt uns das eine vorläufige Analyse des von ihm reflektierten Lichts. Das ist auch das was zu erwarten ist wenn ein Objekt für sehr lange Zeit der Erosion im All des interstellaren Raums ausgesetzt ist.
Die Tatsache das er keine “Koma” hat, also keine Hülle aus Gas und Staub wie ein Komet sagt uns auch, dass er wenig Eis und andere flüchtige Stoffe enthält. Und das wiederum sagt uns dass er in seinem System innerhalb Schneelinie entstanden sein muss; also innerhalb der Grenze hinter der es zu warm ist als dass Eis und flüchtige Stoffe in kondensierter Form vorliegen können. Oder aber ‘Oumuamua ist in seinem eigenen System lange genug als Komet um seinen Stern herum geflogen so dass das ganze flüchtige Material schon ausgegast ist. Das ist aber unwahrscheinlich; viel wahrscheinlicher ist es dass der Asteroid – wie oben beschrieben – schon während der Entstehungszeit des Planetensystems ins All geschleudert wurde und keine Zeit hatte, sein flüchtiges Material durch lange kometare Aktivität zu verlieren.
Kommen da noch mehr?
‘Oumuamua war der erste interstellare Asteroid den wir entdeckt haben. War das Zufall? Ein singuläres Ereignis? Nein, so wie es aussieht können wir damit rechnen in Zukunft mehr solcher Objekte zu entdecken. Schätzt man – wie oben beschrieben – ab wie viele solcher Objekte existieren müssen und gleicht das mit den Fähigkeiten unserer Teleskope ab, dann kommt man auf eine Zahl von 0,2 Asteroiden pro Jahr aus dem interstellaren Raum die der Sonne begegnen sollten und die wir beobachten können. Also ein Objekt alle 5 Jahre – und tatsächlich sind Pan-STARRS und das Catalina Sky Survey seit 5 Jahren gut genug um solche Objekte entdecken zu können. Wir liegen also gut im Schnitt – und mit besseren Teleskopen der nächsten Jahre, zum Beispiel dem Large Synoptic Survey Telescope, können wir die Detektionsrate auf einen Asteroid pro Jahr erhöhen.
(Übrigens: Wissenschaftler haben sich sogar schon überlegt ob ‘Oumuamua Sternschnuppen auf der Erde erzeugt haben könnte. Sollte er doch ein wenig kometare Aktivität aufweisen könnten Staubteilchen von ihm auf die Erde treffen und als Sternschnuppe verglühen. Aber im fraglichen Zeitraum wurde nichts beobachtet. Schade eigentlich.)
Können wir da hin?
Das ist die Frage die man sich vor allem in der Öffentlichkeit stellt: Wenn das Ding so wahnsinnig interessant und einzigartig ist – warum fliegen wir nicht mit einer Raumsonde hin und schauen uns das aus der Nähe an? Weil es nicht so einfach ist. Alles andere als einfach. Eigentlich derzeit unmöglich. Aber Wissenschaftler haben sich auch das überlegt und – meiner Meinung nach ein klein wenig übertrieben – schon ein eigenes Projekt mit Logo ins Leben gerufen.
Project Lyra macht Vorschläge wie ‘Oumuamua doch noch zu erreichen wäre. Das Problem an der Sache ist die Geschwindigkeit. In Bezug auf das Sonnensystem bewegt es sich mit 26,6 km/s. Die schnellste Raumsonden bis jetzt sind die Voyager-Sonden die 16,6 km/s erreicht haben. Diese Geschwindigkeit haben sie aber über Jahrzehnte hinweg aufgebaut. Wir müssten jetzt also schneller sein und diese Geschwindigkeit auch noch wesentlich schneller erreichen. Denn der Asteroid ist ja schon auf dem Rückweg und die Entfernung wächst. Wir müssen ihn einholen und das wird schwierig. Eine Möglichkeit wäre eine Swing-By-Mission bei der man sich bei Planeten Schwung holt. Je nach Missionsdauer zwischen 30 und 5 Jahren müssten wir aber zwischen 33 und 76 km/s schnell sein. Dafür reicht ein Vorbeiflug an einem Planeten nicht; wir müssten Schwung an der Sonne selbst holen. Und dazu bis auf 3 Sonnenradien Abstand an unseren Stern heran fliegen. So eine “Fry-by”-Mission ist technisch herausfordernd bzw. derzeit unmöglich – die Temperaturen in Sonnennähe sind zu hoch für das was wir momentan bauen. Wir könnten natürlich auch eine Mega-Rakete bauen die eine Raumsonde gleich von der Erde weg ausreichend stark beschleunigt. So etwas wie die Big Falcon Rocket von SpaceX vielleicht – aber die existiert auch nur auf dem Papier. Man könnte auch Sonnensegel einsetzen – aber das sind alles Techniken die zwar theoretisch existieren aber in der Form noch nie eingesetzt worden sind.
Vor allem müssten wir eben wirklich schnell etwas ins All schicken wenn wir noch eine Chance haben wollen ‘Oumuamua einzuholen. Und wenn wir das Ding eingeholt haben müssen wir abbremsen. Ansonsten sausen wir in einem Höllentempo dran vorbei und der ganze enorme Aufwand hätte uns nur wenig Informationen gebracht. Das abbremsen in eine Umlaufbahn um den Asteroiden kostet weiteren Treibstoff und macht die Mission noch einmal komplizierter. Ich persönlich denke dass es keine Raumsonde zu ‘Oumuamua geben wird. Die Kosten sind zu hoch als dass sich eine Raumfahrtorganisation tatsächlich entschließen wird so kurzfristig so viele Ressourcen dafür einzusetzen.
Die Zukunft
Aber: Wir wissen nun dass diese interstellaren Objekte nicht nur da draußen sind sondern auch im Sonnensystem vorbei kommen. Wir wissen dass wir in Zukunft mehr von ihnen finden werden. Und wir können uns entsprechend vorbereiten. Wir können unsere Suchprogramme modifizieren: Bis jetzt schauen wir vor allem in die Ebene des Sonnensystems; da wo die ganzen Planeten sind und auch der Großteil der Kleinkörper. Wenn wir auch der Region darüber und darunter mehr Aufmerksamkeit widmen können wir weitere interstellare Asteroiden vielleicht schon früher entdecken, wenn sie noch auf dem Anflug ins Sonnensystem sind. Und mit einer Mission warten bis sie in die Nähe der Erde kommen.
So oder so: Die Entdeckung des ersten interstellaren Asteroids war ein Ereignis auf das wir in der Zukunft vermutlich noch oft und ausführlich zurück blicken werden. Es wird die Astronomie während der nächsten Jahre und Jahrzehnte beeinflussen. Wir werden mehr über die Entstehung anderer Planetensysteme lernen. Die nächsten Botschafter anderer Sterne werden wir hoffentlich genauer untersuchen können. Wir werden das Material untersuchen können aus dem sie bestehen und analysieren welche Unterschiede zum Material besteht aus dem sich unser eigenes Sonnensystem gebildet hat. Wir werden vielleicht sogar in der Lage sein die Panspermie-Hypothese konkreter zu untersuchen als bisher: Wenn wir nun wissen dass Asteroiden tatsächlich von einem Sternensystem zu einem anderen fliegen, dann ist es auch prinzipiell plausibel dass dabei die chemischen Bausteine transportiert werden die für die Entstehung von Leben notwendig sind. Vielleicht stellen wir irgendwann fest dass unser Ursprung weit draußen im All liegt…
Fachartikel
Die Informationen für diesen Text habe ich unter anderem aus diesen Fachartikeln entnommen:
- Palomar Optical Spectrum of Hyperbolic Near-Earth Object A/2017 U1
- Kinematics of the Interstellar Vagabond A/2017 U1
- Pole, Pericenter, and Nodes of the Interstellar Minor Body A/2017 U1
- Implications for planetary system formation from interstellar object 1I/2017 U1 (`Oumuamua)
- The rotation period and shape of the hyperbolic asteroid A/2017 U1 from its lightcurve
- Origin of Interstellar Object A/2017 U1 in a Nearby Young Stellar Association?
- 1I/’Oumuamua is Hot: Imaging, Spectroscopy and Search of Meteor Activity
- On the Consequences of the Detection of an Interstellar Asteroid
- Project Lyra: Sending a Spacecraft to 1I/’Oumuamua (former A/2017 U1), the Interstellar Asteroid
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