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Sternengeschichten Folge 411: Der Asteroid Arrokoth

Arrokoth ist ein Asteroid. Einer von Milliarden mehr oder weniger großer Felsbrocken die die Sonne umkreisen. Aber Arrokoth ist besonders. Nicht aus sich selbst heraus. Aber unter all den Milliarden Asteroiden gehört er zu nur einer Handvoll, die wir Menschen aus der Nähe gesehen haben. Nicht mit eigenen Augen, aber immerhin durch die künstlichen Augen von Raumsonden. Der ganze große Rest der Asteroiden sind, sofern wir sie überhaupt entdeckt haben, nur Lichtpunkte auf astronomischen Aufnahmen. Aber ein paar dieser Lichtpunkte haben wir mit unseren wissenschaftlichen Instrumenten als die faszinierenden Welten gesehen die sie tatsächlich sind. Und Arrokoth gehört da auf jeden Fall dazu; immerhin ist das Ding im Durchschnitt 44 mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde; weiter weg als alle Planeten die wir kennen; weiter weg als der Zwergplanet Pluto.

Das wir heute so viel über Arrokoth wissen, ist Zufall. Seine Geschichte beginnt am 19. Januar 2006. Beziehungsweise beginnt sie natürlich noch viel früher aber dazu später mehr. Im Januar 2006 flog die Raumsonde “New Horizons” ins All. Ihr Ziel war Pluto – der damals noch als neunter Planet des Sonnensystems geführt wurde und als letzter der großen Himmelskörper noch nie Besuch von einer Raumsonde bekommen hatte. Das wurde am 14. Juli 2015 geändert. In wenig mehr als 12.000 Kilometer flog die Sonde an Pluto vorbei und lieferte fantastische Bilder des Himmelskörpers. “Anhalten” konnte New Horizons nicht, dafür war die Sonde zu schnell unterwegs und es wäre zu viel Treibstoff nötig gewesen, um zu bremsen. Von Anfang an war also klar, dass die Reise für New Horizons nach dem Vorbeiflug an Pluto weitergehen würde. Immerhin gibt es da draußen ja noch viel mehr zu sehen.

Pluto ist nur einer von vielen Asteroiden im sogenannten Kuiper-Asteroidengürtel. Der befindet sich hinter der Umlaufbahn von Neptun, ist deutlich größer als der bekanntere Asteroidengürtel zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter und ich habe in Folge 174 mehr dazu erzählt. Der Plan war, sich neben Pluto auch noch andere Objekte im Kuipergürtel aus der Nähe anzusehen. Als New Horizons im Jahr 2006 startete kannte man zwar noch keinen Asteroid der mit den vorhandenen Mitteln der Sonde erreichbar war. Aber das war kein Problem, dachte man. Bis die Sonde dort draußen ist, vergeht noch viel Zeit. Mehr als genug, um ein passendes Ziel zu entdecken.

Gerade noch rechtzeitig entdeckt: Das nächste Ziel von New Horizons. Aber immer noch schwer zu sehen (Bild: NASA, ESA, SwRI, JHU/APL, and the New Horizons KBO Search Team)

Dann wurde die Zeit aber doch ein wenig knapp. Knapp ein Jahr vor dem Vorbeiflug an Pluto war immer noch kein neues Ziel für New Horizons gefunden. Mittlerweile hatte man auch das große Hubble-Weltraumteleskop eingespannt um ein passendes Objekt zu finden. Und das war am 26. Juni 2014 endlich erfolgreich. Drei ferne Asteroiden konnte es ausmachen, die eventuell für New Horizons erreichbar wären. Am besten aber das Objekt, das vorerst unter der Katalognummer “PT1” bekannt war. Als man die ersten Beobachtungsdaten vorliegen hatte und die entsprechenden Umlaufbahnen berechnete, sah es sogar so aus, als würde New Horizons auf ihrem aktuellen Kurs mit dem Asteroid kollidieren! Was ein wenig absurd ist: Da sucht man jahrelang nach einem Ziel und findet nix und als man dann endlich erfolgreich ist, muss man diesem Ziel auch noch aktiv ausweichen! Man stelle sich vor, PT1 wäre nicht entdeckt worden. Da hätte man schön blöd geschaut, wenn New Horizons plötzlich weg ist, weil es mitten im leeren All mit einem Felsbrocken kollidiert ist.

Ganz so dramatisch war es dann doch nicht; genauere Bahndaten haben gezeigt, dass keine Kollision stattfinden wird – aber das man mit New Horizons sehr gut sehr knapp am Asteroid vorbei fliegen kann. Also wurde der Felsbrocken als neues Ziel ausgewählt. Man schätzte das Ding auf etwas 40 Kilometer Durchmesser. Aber außer einem extrem schwachen Lichtpunkt war von ihm noch nichts zu sehen. Der Asteroid war so weit weg und so klein, dass kaum ein Teleskop außer dem Hubble-Teleskop überhaupt eine Chance hatte, ihn zu beobachten. Aber man konnte immerhin berechnen, dass der Asteroid – von der Erde aus gesehen – am 3. Juni 2017 und auch noch am 10. und 17. Juli 2017 jeweils direkt an einem Stern vorüber ziehen würde. Anders gesagt: Beobachtet man das Licht dieser Sterne, dann sollte man zu den entsprechenden Zeitpunkten sehen, wie genau dieses Licht für einen sehr kurzen Zeitraum verlischt. Am 3. Juni und am 10. Juli 2017 konnte man aber nichts sehen. Was ein Zeichen dafür war, dass der Asteroid eventuell doch kleiner war, als man bisher angenommen hatte. Das bestätigte sich am 17. Juli 2017. Da konnte man das Licht des Sterns verlöschen sehen, für ganze 0,2 Sekunden. Was bedeutete, dass der Asteroid kleiner als 30 Kilometer sein musste. Oder aber sehr langgestreckt.

Für genauere Daten musste man warten. Noch im Dezember 2018, als New Horizons 10 Millionen Kilometer vom Asteroid entfernt war, sah man nicht mehr von ihm als einen Punkt. Am Silvesterabend 2018, ein knapper Tag vor dem unmittelbaren Vorbeiflug konnte man immerhin schon einen länglichen Fleck erkennen. Um 6:33 MEZ des 1. Januars 2019 flog New Horizons dann in nur 3538 Kilometer Abstand am Asteroid vorbei. Mit einer enormen Geschwindigkeit von 51.500 km/h, also mehr als 14 Kilometer pro Sekunde. Was aber ausreichte, um detaillierte Bilder zu machen.

Bilder von einem Asteroid, der damals immer noch keinen offiziellen Namen hatte. “PT1” wurde er schon länger nicht mehr genannt; mittlerweile wurde der Spitzname “Ultima Thule” verwendet. Mit “Thule” wurde im antiken Griechenland und Rom der nördlichste bekannte Ort bezeichnet; später entwickelte sich der Ausdruck “Ultima Thule” zu einem Begriff für einen geheimnisvollen Ort, hinter allen Grenzen der bekannten Welt. Kein schlechter Name für den am entferntesten Himmelskörper den wir Menschen bis dahin aus der Nähe beobachten. Wenn da nicht die noch später stattgefundenen Umdeutung des Begriffs durch Rassisten und Nationalsozialisten gewesen wäre, für die Ultima Thule das mythische Heimatland der “arischen Rasse” war. Weil der Name also, gelinde gesagt, umstritten war, entschied man sich bei der offiziellen Benennung des Objekts am 8. November 2019 durch die Internationale Astronomische Union für den Namen “Arrokoth”. Der stammt aus der ausgestorbenen Sprache der Powhatan; von nordamerikanischen Ureinwohnern die unter anderem im heutigen Maryland lebten, wo das wissenschaftliche Institut steht, an dem der Asteroid in den Daten von Hubble entdeckt worden ist. Der Name bedeutet so viel wie “Himmel” – oder “Wolke”, da ist man sich nicht ganz sicher. So oder so ist es schöner Name und eine deutliche Verbesserung zu “Ultima Thule”.

Was hat man nun also entdeckt? Wie sieht Arrokoth aus? Ungewöhnlich! Wie eine große, unförmige Kartoffel an der eine kleine, eingedepschte Kugel klebt. Der größere Teil ist circa 20 mal 20 Kilometer groß, mit einer Tiefe von 10 Kilometern. Der kleinere Teil hat eine Ausdehnung von 15 mal 14 mal 10 Kilometer. Und die beiden kleben tatsächlich aneinander. Es handelt sich um einen sogenannten “contact binary”. Was spannend ist. Denn Arrokoth gehört zu den sogenannten “kalten klassischen Kuiperbeltobjekten”. Was nichts mit der Temperatur zu tun hat – obwohl es so fern der Sonne natürlich auch enorm kalt ist. Wärmer als -215 Grad Celsius wird es auf Arrokoth kaum. Das “kalt” bezieht sich auf die Umlaufbahn, die quasi dynamisch “kalt” ist. Soll heißen, dass sie im wesentlichen immer noch so aussieht wie damals, als Arrokoth entstanden ist. Der Asteroid ist also immer noch so wie er es bei der Geburt des Sonnensystems war. Was für die Wissenschaft sehr spannend ist, denn hier hat man die Möglichkeit das ursprüngliche Material aus dem die Planeten entstanden sind, so “frisch” wie kaum irgendwo anders zu beobachten.

Arrokoth entstand vor 4,5 Milliarden Jahren, als die Sonne gerade erst entstanden war. Sie war von einer Wolke aus Gas und Staub umgeben. Und Eis. Denn nicht nur war der zukünftige Arrokoth weit weg von der jungen Sonne; es war noch dazu extra kalt, weil die junge Sonne eben noch von einer Staubwolke umgeben war, die viel von ihrem Licht blockiert hat. Je weiter etwas von der Sonne weg ist, desto langsamer bewegt es sich auch. Fern der Sonne, ballten sich also langsam Staub- und Eisbrocken zusammen. Zwei größere Brocken entstanden und umkreisten einander. Der Staub durch den sie sich bewegen mussten, bremste sie ab. Sie kamen sich immer näher, alles sehr langsam. Bis sie irgendwann ebenso langsam aufeinander trafen und quasi aneinander kleben blieben. Was sie heute immer noch tun.

Wenn man sich die Bilder der größeren Hälfte von Arrokoth anschaut, kann man fast noch die einzelnen Brocken erkennen, aus dem der zusammengesetzt ist. So fern der Sonne haben sich die Objekte eben tatsächlich so langsam bewegt, dass sie nur zu einem eher lockeren Verbund zusammenfanden anstatt explosiv zu verschmelzen wie bei den heftigeren Kollisionen im inneren Sonnensystem. Und weil so fern der Sonne auch wenig los ist, hat sich daran nichts geändert. Arrokoth sieht heute immer noch mehr oder weniger so aus wie damals. Man sieht zum Beispiel so gut wie keine Krater. Was eben einerseits daran liegt, dass die Objekte dort draußen so weit im All verteilt sind, dass die Chancen auf eine Kollision sehr gering sind. Und andererseits daran, dass die Kollisionsgeschwindigkeiten im Falle eines Zusammenstoßes sehr gering sind. Der gravitative Griff der Sonne ist schwach im äußeren Sonnensystem. Da laufen die Dinge ruhiger ab…

So schnell wie New Horizons an Arrokoth vorbeigeflogen ist, war das Ereignis auch wieder vorbei. Ein paar Stunden später war der faszinierende Asteroid wieder nur ein unförmiger Lichtpunkt. Bis alle Daten die in dieser kurzen Zeit gesammelt wurden aber zurück zur Erde geschickt werden konnte, vergingen noch fast 2 Jahre; erst im September 2020 trafen die letzten Informationen ein. Damit kann die Wissenschaft noch jahrelang arbeiten. Und probieren die faszinierende kalte Welt des äußeren Sonnensystems zu verstehen. Arrokoth ist nicht der einzige Brocken der dort rumfliegt. Wir haben mittlerweile auch schon andere Objekte entdeckt die ebenfalls “contact binaries” wie Arrokoth sein könnten. Und sogar noch größer als Arrokoth sind. Zumindest kann man das aus Sternbedeckungen dieser Asteroiden ableiten, wie es dort wirklich aussieht wissen wir nicht und werden es auch nicht wissen, bis wieder eine Raumsonde in die äußeren Regionen des Sonnensystems geschickt werden sollte.

Was hoffentlich bald ist. Denn dort draußen können wir lernen, wie alles angefangen hat.

Kommentare (5)

  1. #1 Gerhard
    Uppsala
    9. Oktober 2020

    “Wenn man sich die Bilder der größeren Hälfte von Arrokoth anschaut …”

    Die größere Hälfte, räusper, räusper. 😉

    Ansonsten aber wie üblich ein toller Podcast/Artikel!

  2. #2 pane
    9. Oktober 2020

    Ist es bei diesen Sternbedeckungen wichtig von wo, auf der Erde, man den Stern beobachtet? Arrokoth ist zwar sehr weit weg, aber auch winzig klein.

    Klar muss man den Stern im entscheidenden Moment sehen können, aber ist es auch wichtig, ob man ihm mehr vom Norden oder Süden oder auch von Ost oder West sieht?

    Muss es dazu eigentlich Nacht sein? Oder kann man den Stern mit großen Teleskopen auch tagsüber sehen, wenn er nicht allzu nahe bei der Sonne steht?

  3. #3 Florence
    11. Oktober 2020

    Die Geschwindigkeit reicht nicht um das Sonnensystem zu verlassen, richtig?
    Was ist denn dann die Umlaufzeit um die Sonne der resultierenden Umlaufbahn?

  4. #4 Jan
    11. Oktober 2020

    @Florence:
    Die Geschwindigkeit von New Horizons? Doch, die reicht aus, um das Sonnensystem zu verlassen. Wenn ich mich richtig erinnere, war die Startgeschwindigkeit von New Horizons sogar größer als die der beiden Voyager-Sonden.

    Die Geschwindigkeit von Arrokoth reicht nicht aus, um das Sonnensystem zu verlassen. Er hat (laut Wikipedia) eine Umlaufzeit von knapp 300 Jahren.

  5. #5 Lercherl
    11. Oktober 2020

    Die Geschwindigkeit von Arrokoth reicht nicht aus, um das Sonnensystem zu verlassen. Er hat (laut Wikipedia) eine Umlaufzeit von knapp 300 Jahren.

    Ebenfalls laut Wikipedia ist die große Halbachse 44,581 AE. Nun fragen wir den Herrn Kepler, wie groß nach seinem dritten Gesetz die Umlaufzeit ist. Er sagt uns: die Quadratwurzel der dritten Potenz der großen Halbachse, das ist

    44,581^(3/2) = 297,67 mal so groß wie die Umlaufzeit der Erde.