Noch ein Hinweis auf Planet Nine [20. Juni] Die Suche nach dem vermeintlichen 9. Planeten Planet Nine [1, 2] in unserem Sonnensystem [1] geht weiter. Bisher haben zahlreiche Astronomen die Bahn des potentiellen Planeten mithilfe von kleinen Himmelskörpern [1, 2] jenseits des Zwergplaneten Pluto [1] berechnet. Doch nicht stabil? Neue Berechnungen von spanischen und englischen Astronomen haben nun bestätigt, dass die Bahnen von 6 extremen trans-neptunischen Objekten [1], die bisher als Referenz für die Existenz des vermeintlich neuen Planeten dienten, nicht so stabil sind wie angenommen [3]. Anfang des Jahres hatten zwei US-amerikanische Astronomen angekündigt den Beweis für die Existenz eines grossen Planeten ausserhalb des Planeten Neptuns [1] gefunden zu haben [2] (Abb. 1). Planet Nine soll etwa 10 mal schwerer sein als die Erde. Das Objekt bewegt sich wahrscheinlich in rund 10.000-20.000 Jahren einmal um die Sonne. Abb. 1 Schematische Darstellung der möglichen Bahn von Planet Nine. Die Bahn des vermeintlichen neuen Planeten liegt weit ausserhalb des äusseren Planetensystems. Links: unser bekanntes Sonnensystem mit den Bahnen der Planeten Saturn, Uranus und Neptun [1]. Die gestrichelte Linie könnte eine mögliche Bahn des Planet Nine darstellen. [2] Neue Computersimulationen Die Veröffentlichung dieser Ergebnisse beruht auf Computersimulationen, die auf den Umlaufbahnen von 6 extremen trans-neptunischen Objekten (sog. ETNOs (Extreme Trans-Neptunian Objects) [1]) beruhen: dabei handelt es sich um die Objekte Sedna, 2012 VP113, 2004 VN112, 2007 TG422, 2013 RF98 und 2010 GB174 [1] (Abb. 2).
Die Bezeichnung ETNOs geht auf die Entdeckung des Objekts 2012 VP113 [1] im Jahr 2014 zurück. ETNOs besitzen grosse Bahnhalbachsen [1] von mehr als 150 Astronomischen Einheiten (AE) [1] und Periheldistanzen [1] von über 30 AE. Zudem zeigen die Objekte unübliche Muster in einigen ihrer Bahnelemente [1]. Die Interpretation dieser merkwürdigen Objekte geht auf Bahnstörungen durch bisher unentdeckte ETNOs zurück. Abb. 2 Schematische Darstellung der möglichen Bahn von Planet Nine sowie der als Referenz für dessen Existenz dienenden ETNOs. Links: Die Bahn des vermeintlichen neuen Planeten liegt weit ausserhalb des äusseren Planetensystems (s. Abb. 1). Rechts: Die Bahnen einiger ETNOs dienen als Referenz und Hinweis auf die Existenz eines vermeintlichen 9. Planeten. [2] Dagegen haben die beiden spanischen sowie ein englischer Astronom die Frage nach der Existenz von Planet Nine von hinten aufgezäumt. Sie fragten sich wie sich die Bahnen dieser ETNOs entwickeln würden, wenn der vermeintliche Planet Nine tatsächlich existieren würde. Dabei stellte sich heraus, dass sich die Bahnen der kleinen Objekte tatsächlich verändern und instabil werden würden, so einer der spanischen Wissenschaftler. Die Simulationen zeigen, dass die ETNOs in weniger als 1,5 Milliarden Jahren aus dem Sonnensystem driften würden; im Fall der Objekte 2004 VN112, 2007 TG422 und 2013 RF98 könnte das Abwandern bereits in weniger als 300 Millionen Jahren erfolgen. Bereits in der astronomisch kurzen Zeitspanne von rund 10 Millionen Jahren würden die Bahnen der Objekte instabil werden (Abb. 3). Die Simulationen zeigen ebenfalls, dass die Bahn des vermeintlich neuen Planeten modifiziert werden müsste, um die Bahnen der 6 ETNOs langfristig zu stabilisieren.
Abb. 3 Schematische Darstellung des äusseren Sonnensystems. Neue Untersuchungen zeigen, dass die Bahnen der ETNOs möglicherweise instabil sind und nicht auf einen neuen 9. Planeten hinweisen oder dessen Bahn geändert werden muss, um die Bahnbewegungen der ETNOs erklären zu können. Mitte: Das innere Sonnensystem sowie die äusseren Planeten (blau) und der Kuiper-Gürtel (mit dem Zwergplaneten Pluto) (grau). Weiter aussen: Die Bahnen zweier ETNOs: Sedna und 2012 VP113. Die mögliche Bahn von Planet Nine liegt viel weiter aussen (weiße gestrichelte Linie). [2] Die neuen Ergebnisse führen zu einer weiteren Frage: Handelt es sich bei den ETNOs um Übergangsobjekte und eine instabile Population oder das genaue Gegenteil? Sind die ETNOS permanente Bewohner des Sonnensystems und ihre Bahnen stabil? Das langfristige Verhalten der ETNOs beeinflusst die Entwicklung ihrer Bahnen und die Simulationen in Bezug auf Planet Nine. Falls es sich bei den ETNOs um Übergangsobjekte handelt, könnten sie kontinuierlich aus dem Sonnensystem herausgeschleudert werden; in diesem Fall würden die Objekte wahrscheinlich von einer "stabilen Quelle" im äusseren Bereich des Sonnensystems in der Oortschen Kometenwolke [1] beeinflusst werden, aus dem sie ursprünglich stammen, so einer der Forscher. Falls es sich bei den ETNOs jedoch um langfristig stabile Objekte handelt, könnten weitere ähnliche Objekte existieren; jedoch hat man diese bisher nicht beobachten können.
Falls Planet Nine existiert, bewegt er sich wahrscheinlich auf einer langgezogenen Bahn, die langfristig von galaktischen Gezeiten [1] oder diskreten Ereignissen wie Passagen naher Sterne gestört wird (Abb. 4a). Abb. 4a Künstlerische Darstellung des äusseren Sonnensystems sowie der unmittelbaren Nachbarschaft der Sonne. Die Bahn des vermeintlichen Planet Nine könnte möglicherweise durch die Passage naher Sterne gestört werden. Eventuell erklärt dies auch die extremen und bisher unverstandenen Bahnen der ETNOs. dailymail.co.uk Ein einzelner Planet Nine würde dieses Szenario bzw. seine derzeitige Bahn nicht "überleben", es sei denn es existierten weitere ähnlich Objekte. Planeten, die Uranus oder Neptun (sog. Supererden [1]) ähneln, könnten selbst in Entfernungen von 125-750 AE von der Sonne entstehen. Die neuen Ergebnisse lassen vermuten, dass das stabilste denkbare Szenario nicht nur einen Planeten ausserhalb der Neptun- bzw. Plutobahn [1] vorsieht, sondern mehrere ähnliche Objekte, die sich in Resonanz [1] befinden. Neben dem vermeintlichen Planet Nine könnte ein Planet Ten usw. existieren. Die internationale Suche Die neue Veröffentlichung reiht sich in eine Reihe zahlreicher internationaler Fachveröffentlichungen ein, die auf Computersimulationen etc. beruhen und bereits veröffentlicht sind oder in der Vorbereitung befinden. Die beiden US-amerikanischen Astronomen, die die Existenz eines Planet Nine als erste vermuteten, werden demnächst neue Bahnmodelle des mysteriösen Planet Nine vorstellen, die auf aktuellen Daten beruhen. In Europa versucht derweil ein französischer Astronom die Position des hypothetischen Planet Nine zu berechnen, damit dieser mithilfe von Beobachtungen aufgefunden werden kann. Eine Parallele? Die Situation um Planet Nine ist mit der vor der Entdeckung des Planeten Neptun vergleichbar als der französische Mathematiker Le Verrier [1] den
Planeten mithilfe von manuellen Berechnungen fand, die auf den Positionen des Planeten Uranus [1] beruhten. Später wurde Neptun von dem deutschen Astronomen Galle [1] direkt beobachtet. Wenn Neptun der erste Planet war, den man mithilfe von Papier und Bleistift entdeckte, könnte Planet Nine der erste Planet sein, der nur mithilfe von Computermodellen aufgefunden wird, so einer der spanischen Astronomen. Jedoch beruhen die französischen Ergebnisse auf Abweichungen von Daten der Saturnsonde Cassini [1]. Laut der Wissenschaftler könnte es sich dabei um den Einfluss eines hypothetischen Planeten handeln [7]. Abb. 4b Schematische Darstellung des Aufenthaltsbereiches von Planet Nine. Mithilfe von Störungen der Bahn der Saturnsonde Cassini könnte der Aufenthaltsbereich des vermeintlichen Planet Nine eingegrenzt werden. Mithilfe von bisherigen Daten kann der wahrscheinliche Aufenthaltsbereich von Planet Nine bis auf den grünen Bereich eingegrenzt werden. Der Bereich C14 kann mithilfe von Bahnstörungen der Saturnsonde Cassini ausgeschlossen werden. Der weisse Bereich umfasst eine "unsichere Zone", innerhalb derer mögliche Störungen durch Planet Nine zu schwach sind, um sie messen zu können. [7] Jedoch leugnet die US-amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA [1] die Existenz dieser Abweichungen und erklärt diese mit statistischem Rauschen [1] des Signals. Zudem würde ein Planet wie Planet Nine die Bahn des Planeten Saturn beeinflussen und nicht die der Saturnsonde Cassini, so die NASA. Die französischen Forscher warten auf neue Daten, die ihre Theorie stützen können. Könnte es sich bei Planet Nine um einen Exoplaneten handeln? Neue Berechnungen schwedischer und französischer Wissenschaftler wollen mithilfe von Computersimulationen bewiesen haben, dass es sich bei Planet Nine um ein Objekt ausserhalb des Sonnensystems handelt, möglicherweise um einen sog. Exoplaneten [1].
In ihrer Hypothese nehmen die Forscher an, dass vor rund 4,5 Milliarden Jahren die junge Sonne diesen Planeten sozusagen aus einem benachbarten Sternsystem "gestohlen" hat. Dabei hätten günstige Bedingungen diesen interstellaren Diebstahl unterstützt, beispielsweise die Nähe der Sterne zueinander, ein Planet mit einem langgezogenen Orbit, etc. Möglicherweise gelte diese Erklärung auch für den Kleinplaneten Sedna. Angeblich zeigen Computersimulationen von Begegnungen unseres Sonnensystems mit einem anderen Planetensystem, das einen Planeten mit einer langgestreckten äusseren Planetenbahn enthält, eine Wahrscheinlichkeit für einen Einfang eines derartigen äusseren Planeten von rund 50 Prozent [4]. Andere Wissenschaftler halten dieses Szenario für unwahrscheinlich und berechnen eine Wahrscheinlichkeit hierfür von maximal 2 Prozent. Eine andere Erklärung sieht vor, dass Planet Nine von anderen Planeten sozusagen "geschoben" wurde und auf einer Bahn landete, die weit weg von seinem Ursprungsstern verlief; die Sonne nutzte die Gelegenheit und nahm den Planeten gravitativ in das eigenen Sonnensystem auf. Als die Sonne später aus dem Gebiet, in dem sie vor rund 5 Milliarden Jahren entstand, abwanderte, blieb Planet Nine an unserem Planetensystem "kleben" [4]. Woraus besteht Planet Nine? Schweizer Astronomen haben mithilfe der bisher zu Planet Nine zur Verfügung stehenden Daten berechnet wie gross, hell und warm dieser Planet sein könnte [6]. Die obere Grenze für die Grösse des vermeintlich neuen Planeten wäre demnach ein Mini-Uranus mit einem festen Eisenkern, der von einer Eis- und darüber einer dichten Gasschicht umgeben wäre. Diese Ergebnisse könnten erklären, weshalb wir innerhalb der letzten Hundert Jahre erst jetzt Hinweise auf einen weiteren äusseren Planeten gefunden haben. Die Simulationen bestätigen, dass Planet Nine wahrscheinlich nicht leichter als 10 Erdmassen sein muss. Die Tatsache, dass selbst Infrarot-Beobachtungen [1] des US-amerikanischen WISE-Satelliten (Wide-field Infrared Survey Explorer) [1] keinen neuen Planeten finden konnten, begründen die Forscher damit, dass Planet Nine nicht viel grösser sein kann als ein Planet mit rund 10 Erdmassen. Ausserdem soll Planet Nine nur rund 3,7 mal grösser sein als die Erde und seine obere Atmosphäre eine Temperatur von etwa -226 Grad Celsius besitzen [6]. Mithilfe der Temperatur kann man berechnen wie hell Planet Nine in der angedachten Entfernung von der Sonne sein sollte. Wenn man bedenkt, dass Planeten nach ihrer Entstehung über einen Zeitraum von einigen Milliarden Jahren in ihrem Inneren geschmolzen sein können und dies zur Gesamttemperatur des Planeten beiträgt, würde eine Temperatur von -226 Grad Celsius bedeuten, dass Planet Nine rund 150 Millionen Kilometer (1 AE) entfernt sein muss [6].
Das bedeutet, das von Planet Nine von der Sonne reflektierte Licht entspräche lediglich einem kleinen Beitrag im Vergleich zu seiner inneren Wärme. In diesem Fall würde die Infrarothelligkeit von Planet Nine grösser sein als das reflektierte Sonnenlicht im visuellen Bereich [1]. Planet Nine wäre daher eher nicht im sichtbaren Spektralbereich [1] beobachtbar, er wäre wahrscheinlich zu lichtschwach. Abb. 5 Künstlerische Darstellung des Aufbaus von Planet Nine. Schweizer Physiker haben mithilfe von Simulationen herausgefunden wie Planet Nine aufgebaut sein könnte: Ein Eisenkern (Bildmitte) wäre demnach von einem Silikatmantel [1] umgeben, der wiederum von einer Eisschicht, darüber Gasschichten und einer äusseren Atmosphäre umgeben sein soll. [5] Fazit Bisher liegen sämtliche Erklärungsversuche im Reich der Spekulation. Nichts von alledem konnte bisher durch Beobachtungen bestätigt werden. Die Debatte geht weiter, bisher ohne eindeutige Ergebnisse. Jedoch sind sich die Forscher einig, dass die Bewegungen der extremen trans-neptunischen Objekte weiter beobachtet werden müssen, um die Berechnungen und damit die Bahn des potentiellen Planet Nine konkretisieren zu können. Allerdings wäre der grösste Beweis, der wahrscheinlich das Ende der Debatte in Sicht bringt, eine direkte Beobachtung des neuen Mitbewohners des Sonnensystems. Falls Sie Fragen und Anregungen zu diesem Thema haben, schreiben Sie uns unter kontakt@ig-hutzi-spechtler.eu Ihre IG Hutzi Spechtler Yasmin A. Walter
Quellenangaben: [1] Mehr Information über astronomische Begriffe www.wikipedia.de [2] http://ig-hutzi-spechtler.eu/aktuelles 9_Planet_entdeckt.html http://theskyatnight.de/sites/default/files/entdeckung%20von%20planet%20nine%20wird%20vor bereitet%20-%20feb%202016%20-%20tsan.pdf http://theskyatnight.de/sites/default/files/wegweiser%20zu%20planet%20nine%20- %20maerz%202016%20-%20tsan.pdf [3] de la Fuente Marcos, C., et al., MNRAS 460 (1), L123-127 (2016) [4] sciencealert.com (1 Jun 2016) [5] Linder, E. F., Mordasini, C., A&A 589 (May 2016) [6] Mustill, A. J., et al., MNRAS Lett. 460 (1), L109-L113 (2016) [7] Fienga, A., et al., A&A 587, L8 (2016)