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So stellt sich ein Künstler Planet 9 vor.
So stellt sich ein Künstler Planet 9 vor. (Bild: Caltech/R.Hurt(IPAC)/CC-BY-SA 4.0)

Die Entdeckung von Planet 9

Wie ist das jetzt also mit Planet X? Gibt es das Ding oder nicht? Und was ist mit Planet 9, der ja angeblich schon so gut wie entdeckt ist, wie Medienberichte der vergangenen Woche nahelegen? Am 20. Januar 2016 verkündeten die Astronomen Mike Brown und Konstantin Batygin, dass im äußeren Sonnensystem ein weiterer großer Planet existieren müsse. Ihre Analyse der Umlaufbahnen von einigen Asteroiden (Evidence for a distant giant planet in the solar system) lasse das sehr wahrscheinlich erscheinen. Anders als bei all den anderen wissenschaftlichen Arbeiten über unbekannte Planeten im äußeren Sonnensystem der vergangenen Jahre erhielt diese Nachricht jede Menge Aufmerksamkeit in den Medien.

Rekapitulieren wir kurz die Ausgangslage, die auf Seite 7 beschrieben ist: 2014 entdeckten Chad Trujillo und Scott Sheppard einen Asteroiden, der sich weiter von der Sonne entfernt befindet als alle anderen damals bekannten Asteroiden. An ihm und zwölf weiteren, ähnlich fernen Objekten stellten sie seltsame Auffälligkeiten fest. Diese Seltsamkeiten lassen sich durch die Existenz eines oder mehrerer unbekannter Planeten erklären; unter Umständen in Kombination mit einer nahen Sternbegegnung in der Frühzeit des Sonnensystems oder alternativ auch durch eine spezielle dynamische Phase im Kuipergürtel, für die kein zusätzlicher Planet nötig wäre. Eine relative unklare Angelegenheit also - und die Arbeit, die Mike Brown und Konstantin Batygin veröffentlichten, sollte Aufklärung schaffen.

  • Uranus! (Bild: NASA/JPL-Caltech)
  • Pluto und sein Mond Charon auf der ersten Farbaufnahme von New Horizons während des Anflugs auf das System (Bild: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute)
  • Pluto! Super-Himmelskörper, aber ständig Anlass für Streit (Bild: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute)
  • Große, runde Asteroiden von denen einige als Zwergplaneten bezeichnet werden, andere jedoch nicht (Bild: BilderMax, CC-BY-SA 3.0)
  • Oortsche Wolke: Größenvergleich zum Rest des Sonnensystems. Ebenfalls eingezeichnet ist die Bahn des Asteroiden Sedna. (Bild: NASA, public domain)
  • Schematische Darstellung von Kuipergürtel und Oortscher Wolke (Bild: NASA)
  • Sedna ist so weit entfernt, dass man nur einen winzigen Lichtpunkt erkennen kann. (Bild: NASA)
  • Argument des Perihels (Bild: Florian Freistetter)
  • So soll Planet 9 aussehen. (Bild: Caltech/R.Hurt (IPAC)
  •  Mike Brown stellt am 20. Januar 2016 vor einer Computersimulation des Planet 9 neue Erkenntnisse vor. (Bild: Mario Anzuoni/Reuters)
Mike Brown stellt am 20. Januar 2016 vor einer Computersimulation des Planet 9 neue Erkenntnisse vor. (Bild: Mario Anzuoni/Reuters)

Vorhandene Daten neu ausgewertet

Sie machten sich zuerst daran, die Daten ein wenig zu säubern. Alle Hypothesen hingen immer noch an den 13 Asteroiden, mit denen schon Trujillo und Sheppard gearbeitet hatten - Neuentdeckungen sind seitdem nicht dazugekommen. Alle diese 13 Asteroiden bleiben immer außerhalb der Bahn des Neptuns und haben einen mittleren Abstand zur Sonne, der 150-mal größer ist als der mittlere Abstand der Erde von unserem Stern.

Brown und Batygin bezweifelten allerdings, ob diese Objekte wirklich alle geeignet seien, Informationen über unbekannte Planeten zu liefern. Diejenigen der 13 Asteroiden, die der Bahn des Neptun besonders nahe kämen, könnten eventuell doch von ihm gestört werden und das Bild verfälschen. Also führten sie zuerst numerische Simulationen durch, um herauszufinden, welche sich definitiv nicht von Neptun beeinflussen lassen. Dabei blieben am Ende nur noch sechs Objekte übrig, mit denen sämtliche weitere Analysen durchgeführt wurden.

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Bei der Betrachtung der Umlaufbahnen dieser Asteroiden fiel Brown und Batygin nun auf, dass das Argument des Perihels nicht mehr um den Wert von 0 Grad herum schwankte. Die sechs Objekte hatten alle Werte, die in der Nähe von 318 Grad lagen. Aber zusätzlich zeigte nun auch die "Länge des aufsteigenden Knotens" eine Häufung bei 113 Grad. Damit wird eine weitere der sechs Zahlen bezeichnet, mit denen Astronomen die Bahn eines Himmelskörpers beschreiben.

So wie das Argument des Perihels ist auch das einer der drei Winkel, die die Orientierung der Bahn im Raum angeben. Diese Häufung der beiden Winkel legte nahe, dass die Bahnen nicht nur ähnliche Eigenschaften hatten, sondern tatsächlich in der gleichen Region des Weltraums verlaufen, was auch diese Grafik zeigt.

Man sieht hier den gesamten Himmel in Form einer Art Landkarte dargestellt, mit ekliptischer Länge und Breite, so wie die geografische Länge und Breite Positionen auf der Erde darstellen. Alle bekannten Asteroiden in den äußeren Regionen des Sonnensystems sind dort eingezeichnet; die sechs, um die es geht, sind rot eingefärbt. Sie liegen alle im rechten Teil des Bildes, und sie gruppieren sich alle um die Mitte herum.

Das ist überraschend, denn eigentlich sollte es dafür keinen Grund geben. Brown und Batygin haben ausprobiert, wie wahrscheinlich es ist, so eine Kombination per Zufall zu erhalten und erhielten einen Wert von 0,007 Prozent. Ein Hinweis darauf, dass hier irgendetwas vor sich geht, das man untersuchen sollte. Und auch die bisherigen Erklärungen (Kozai-Mechanismus und Kettenreaktion) reichten nicht aus, um diese Ähnlichkeit der Umlaufbahnen zu erklären.

Ein mathematisches Modell ist nur eine Näherung

Als Nächstes haben die beiden Astronomen ein mathematisches Modell entwickelt, um herauszufinden, wie sich die Störungen eines noch unbekannten Planeten auf die Umlaufbahnen der Asteroiden auswirken würden. Bei solchen Modellen macht man keine Computersimulationen, sondern vereinfacht die entsprechenden mathematischen Gleichungen, mit denen man die Bewegung von Himmelskörpern beschreibt, um die physikalischen Zusammenhänge besser sehen zu können. Sie gingen dabei von einem Planeten aus, der ungefähr 10-mal schwerer und 700-mal weiter von der Sonne entfernt ist als unsere Erde.

Und tatsächlich stellte sich heraus, dass Asteroiden, die sich weit genug außen im Sonnensystem befinden, von so einem Planeten entsprechend gestört werden können. Die fraglichen Winkel fangen ab einer gewissen Distanz an zu "librieren" (librating), pendeln also um einen bestimmten Wert herum, anstatt wie sonst zu zirkulieren, somit im Laufe der Zeit alle Wert zwischen 0 und 360 Grad anzunehmen. Und der Wert, um den sie herum schwankten, entsprach dem, den man beobachtet hatte.

Aber ein mathematisches Modell ist immer nur eine Näherung; die Gleichungen lassen sich nie exakt lösen. Deswegen nutzten Brown und Batygin im nächsten Schritt numerische Simulationen am Computer. Dabei entdeckten sie, dass das mathematische Modell tatsächlich ungenau war: Zusätzlich zu dem einen Wert, um den die Winkel der Umlaufbahnen schwanken konnten, fanden sie noch einen zweiten. Die Störungen eines noch unbekannten Planeten können also nicht nur für eine Häufung von Asteroiden sorgen, sondern für zwei. Sie sollten es sogar tun, und dass man bis jetzt nur eine dieser Gruppen beobachtet hatte, war interessant.

 Also doch ein Planet X?Die Suche geht weiter 

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AnnonymerAnalph... 03. Feb 2016

... fällt bei dem unreflektierten "Hype" mancher Medien auf. Danke.

Basinator 03. Feb 2016

+ 0,99...

FlorianFreistetter 01. Feb 2016

Eigentlich sollte es hier ein Bild geben mit einer möglichen (möglichen! Man weiß noch...

PearNotApple 01. Feb 2016

Daumen hoch auch von mir. Man lernt viel bei Golem.

Diach 01. Feb 2016

Vorsicht! Lesen gefährdet die Dummheit! Kleiner Scherz am Rande. Werbung sollte...



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