Sternengeschichten Folge 322: Planet Neun

Das ist die Transkription einer Folge meines Sternengeschichten-Podcasts. Die Folge gibt es auch als MP3-Download und YouTube-Video.

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Sternengeschichten Folge 322: Planet Neun

In den letzten beiden Folgen der Sternengeschichten habe ich über die äußersten Regionen des Sonnensystems gesprochen. Über den Kuiper-Asteroidengürtel und die “gestreute Scheibe”, die sich direkt hinter der Umlaufbahn des Neptun befinden und über die weitestgehend unbekannte und unerforschte Oortsche Wolke, die die äußerste Grenze des Sonnensystems darstellt und in der sich Billionen von Kometen befinden. Die dunklen Ecken unseres Sonnensystems sind aber nicht nur die Heimat unzähliger kleiner Asteroiden und Kometen. Es ist absolut wahrscheinlich, dass sich dort auch noch der eine oder andere Planet versteckt.

Planet 9: Vielleicht gibt es ihn, vielleicht auch nicht Künstlerische Darstellung: Caltech/R.Hurt(IPAC)

Die Planeten Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter und Saturn waren den Menschen immer schon bekannt. Man kann sie ja auch mit freiem Auge am Nachthimmel sehen. Dass da noch weitere Planeten sein könnten, vermutete niemand. Erst als 1781 der Planet Uranus entdeckt wurde, hat man erkannt, dass da ja noch mehr sein kann. 1846 ging es dann mit der Entdeckung von Neptun weiter und über die Entdeckung der beiden Planeten habe ich in den Folgen 121 und 122 der Sternengeschichten mehr erzählt. Danach hatte das Sonnensystem acht Planeten und es dauerte bis 1930, bis wieder einer dazu kam. Das war Pluto, der aber damals fälschlicherweise als Planet klassifiziert worden war; ein Irrtum der erst 2006 wieder korrigiert wurde, wie ich in Folge 90 der Sternengeschichten erzählt habe. Seitdem hat das Sonnensystem wieder acht Planeten. Wir sind uns aber eigentlich ziemlich sicher, dass da noch mehr sein muss. Irgendwo da draußen muss sich ein echter “Planet Neun” befinden.

Die Hinweise darauf liefert uns die Beobachtung von fernen Asteroiden und Kometen. Seit der ersten Entdeckung eines Asteroiden hinter der Bahn des Neptun im Jahr 1992 haben wir immer mehr Objekte gefunden, die dort ihre Runden ziehen. Und immer weiter entfernt von der Sonne ihren Runden ziehen. Und vor allem: Deren Bahnen immer tiefer in die unerforschten Regionen des Sonnensystems reichen.

Aber um zu verstehen, was die Bahnen von Asteroiden mit unbekannten Planeten zu tun haben und wie uns die Asteroiden bei der Suche nach solchen Planeten helfen können, müssen wir zuerst einmal überlegen, wie man überhaupt auf die Idee kommt, dass es noch unbekannte Planeten geben soll und wo die sein könnten, wenn es sie gibt.

Also machen wir einen Exkurs zur Planetenentstehung, aber nur kurz, denn darüber habe ich ja schon in vielen anderen Folgen der Sternengeschichten ausführlicher gesprochen. Vereinfacht gesagt: Wenn um einen Stern herum Planeten entstehen, dann normalerweise immer mehr, als dort Platz haben. In der chaotischen Anfangsphase der Planetenentstehung haben sich all die Planeten mit ihrer Gravitationskraft gegenseitig gestört; sind miteinander kollidiert oder haben einander auf instabile Bahnen geschubst. Manche Planeten sind komplett aus dem Sonnensystem geworfen worden. Manche sind in die Sonne gefallen. Ein paar müssen aber auch – das zeigen die Computersimulation – irgendwo, fern der Sonne aber immer noch an sie gebunden zur Ruhe gekommen sein. Diese Planeten müssen sich weit hinter dem Kuipergürtel hinter der Neptunbahn befinden. Wären sie uns näher, dann hätten wir das schon gemerkt, selbst wenn wir sie noch nicht direkt gesehen haben. Denn dann würden diese Planeten mit ihrer Gravitationskraft die Asteroiden des Kuipergürtels beeinflussen und ihre Bahnen stören. Die Bahnen die wir dann vorherberechnen würden nicht mit den tatsächlich beobachteten Bahnen übereinstimmen.

Das aber ist nicht der Fall. Alle Asteroiden die wir dort draußen beobachten, bewegen sich genau so, wie sie es sollen. Da ist kein Anzeichen irgendeiner Beeinflussung eines Planeten. Wir können also diese Daten nehmen und berechnen, wie weit so ein noch unbekannter Planet auf jeden Fall entfernt sein muss, weil wir ihn ansonsten schon entdeckt haben. Und wissen daher: Je nach Masse muss so ein Ding mindestens ein paar hundert Mal weiter von der Sonne entfernt sein als die Erde. Dort draußen ist es aber enorm schwer, einen Planeten direkt zu beobachten. Er würde so wenig Licht der Sonne reflektieren, das er in den Teleskopen kaum zu sehen wäre; vor allem dann nicht, wenn man nicht genau weiß, wo man suchen muss.

Wenn wir einen unbekannten Planeten finden wollen, lohnt es sich daher, zuerst auf die Asteroiden zu schauen. Vor allem auf eine ganz besondere Gruppe von Asteroiden: Wir brauchen Himmelskörper, die der Sonne einerseits nahe genug kommen, damit wir auch eine Chance haben, sie zu entdecken. Andererseits müssen sie sich aber auch so weit von der Sonne entfernen, um einen eventuellen Einfluss eines unbekannten Planeten ausgesetzt zu sein. Wir brauchen also Asteroiden die sich auf extrem langgestreckten Umlaufbahnen bewegen; Bahnen also, die sehr stark von einer Kreisbahn abweichen.

Bahnen von “Planet 9” und Asteroiden (Bild: Caltech/R. Hurt)

Und die fand man dann auch.
Zum Beispiel den Asteroid 2012 VP113. Der wurde im November 2012 entdeckt, hat seinen sonnennächsten Punkt bei einem Abstand von 80 Astronomischen Einheiten, also der 80fachen Distanz zwischen Erde und Sonne. Der sonnenfernste Punkt liegt aber enorme 435 Astronomische Einheiten weit entfernt! Und er hat ein Argument des Perihels, das in der Nähe von 0 Grad liegt. Das ist eines der sechs Bahnelemente, über die ich in Folge 54 der Sternengeschichten schon mal gesprochen habe. Kurz gesagt: Man braucht sechs Zahlen, um die Bahn bzw. die Position eines Himmelskörpers eindeutig anzugeben. Eine davon ist das sogenannte “Argument des Perihels”, einer von drei Winkeln, die nötig sind, um die Lage der Bahn im Raum eindeutig zu beschreiben. Um das Argument des Perihels zu bestimmen, zieht man eine Linie von der Sonne zum sonnennächsten Punkt der Umlaufbahn. Und eine weitere Linie von der Sonne zum aufsteigenden Knoten – das ist einer der beiden Schnittpunkt der Umlaufbahn mit der Ebene in der die Erdbahn liegt, der Referenzebene im Sonnensystem. Der Winkel zwischen diesen beiden Linien ist das Argument des Perihels.

Betrachtet man die Asteroiden im Kuipergürtel, dann haben die alle möglichen Perihel-Argumente. Oder anders gesagt: Die Winkel sind dort quasi zufällig verteilt und man findet alle möglichen Werte zwischen 0 und 360 Grad. Bei den ferneren Objekten, wie eben dem Asteroid 2012 VP113 oder ähnlichen Objekten wie zum Beispiel dem Asteroid Sedna, liegen diese Winkel aber alle in der Nähe von Null Grad. Das kann Zufall sein – vielleicht haben wir zufällig bis jetzt nur die entdeckt, bei denen das so ist und wenn wir mehr entdecken, sehen wir wieder alle möglichen Winkel. Oder aber es ist kein Zufall. Und etwas hat dafür gesorgt, dass die Bahnen dieser fernen Asteroiden alle auf eine bestimmte Art und Weise ausgerichtet sind. Dieses “etwas” könnte genau die gravitative Störung eines noch unbekannten Planeten sein.

Im Jahr 2015 veröffentlichten die amerikanischen Astronomen Mike Brown und Konstantin Batygin eine Analyse von sechs Asteroidenbahnen. Alle sechs befinden sich sehr weit von der Sonne entfernt und alle sechs zeigen die gleichen Auffälligkeiten. Ihr Argument des Perihels liegt bei Null Grad und auch andere Eigenschaften ihrer Bahn sind nicht – wie zu erwarten – zufällig verteilt sondern einander ähnlich. Die Wahrscheinlichkeit, dass man so etwas durch reinen Zufall beobachtet, ist enorm gering.

Computersimulationen haben gezeigt, dass ein Planet, der ungefähr 10 mal schwerer als die Erde ist und ungefähr 700 mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde, im Prinzip genau die richtigen Störungen ausüben könnte, um die seltsamen Asteroidenbahnen zu erklären. In den folgenden Jahren fand man immer mehr Asteroiden auf Bahnen, die sie weit von der Sonne in die noch unbekannten Regionen des Sonnensystems bringen. Zum Beispiel den Asteroid 2018 VG18. Das Ding ist immerhin 500 Kilometer groß – befand sich bei seiner Entdeckung aber 120 Mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde. Noch nie zuvor hatten Astronomen einen Asteroiden des Sonnensystems beobachtet, der so weit entfernt war. Und keiner der neu entdeckten Asteroiden widersprach der Hypothese eines noch unbekannten Planeten. Im Gegenteil: Je mehr Asteroiden wir gefunden haben, desto mehr Auffälligkeiten zeigten sich und desto wahrscheinlicher wurde es, dass da irgendwo noch ein großer Himmelskörper seine Runden um die Sonne zieht.

Asteroiden sind das eine – sie können uns gute Hinweise geben. Aber die Realität ist das andere. Wir können uns nur dann sicher sein, dass da wirklich noch ein “Planet Neun” existiert, wenn wir ihn auch direkt beobachten. Und das ist schwer. Der Planet ist, wenn es ihn gibt, klein. Zwar vermutlich ein wenig größer als die Erde, aber eben immer noch ein vergleichsweise kleiner Planet. Er leuchtet nicht selbst und reflektiert nur wenig Sonnenlicht. Und so fern der Sonne ist er natürlich auch kalt; gibt also auch kaum Wärmestrahlung ins All ab. Für unsere Teleskope ist er also dunkel und nicht zu sehen. Beziehungsweise könnten wir ihn natürlich schon sehen, wenn wir im richtigen Moment an die richtige Stelle des Himmels schauen würden. Wo die ist, wissen wir aber nicht. Und es reicht auch nicht, nur einmal hinzuschauen. Wenn wir nur ein Bild machen, dann sehen wir nur jede Menge Lichtpunkte. Wir sehen tausende Sterne und vielleicht einen Punkt, der ein Planet ist. Aber Punkt ist Punkt und ohne weitere Informationen lassen sich Stern und Planet nicht unterscheiden. Wir müssen mehrmals die gleiche Region am Himmel beobachten und schauen, ob da ein Punkt ist, der sich bewegt hat. Das könnte dann ein Planet sein.

Aber der Himmel ist groß. Es wird noch ein wenig dauern, dort alles mit der nötigen Genauigkeit abzusuchen. Und niemand sagt uns, das unsere Modelle vielleicht nicht doch ein wenig falsch sind. Wir haben ja nur ein paar Asteroiden als Daten. Vielleicht ist der Planet ein wenig weiter weg als wir annehmen – das macht die Suche noch schwieriger. Aber eines ist klar: Je mehr Asteroiden wir beobachten, desto besser werden unsere Daten. Und WENN da draußen irgendwo noch ein neunter Planet ist, dann werden wir ihn früher oder später finden. Und können uns dann auf die Suche nach den Planeten 10, 11, 12, 13 und so weiter machen. Denn es wäre ziemlich überraschend, wenn es dort draußen nur genau einen unbekannten Planeten geben würde. Da müssen noch viel mehr sein…