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Am 1. Januar 2001 was es genau 200 Jahre her, seit Giuseppe Piazzi in Palermo einen neuen Körper - den Asteroiden Ceres - fand, der die Sonne umkreiste. Zwanzig Jahre nach der Entdeckung des fernen Planeten Uranus wurde an jenem Neujahrstag zum zweiten Mal das antike Planetensystem erweitert. Wie ging es mit den Entdeckungen weiter? Welche Bedeutung haben die kleinen Körper im Sonnensystem, und kann der Amateurastronom noch heute einen Beitrag leisten?
 Fig. 1:Giuseppe Piazzi. |
Bereits 1596 spekulierte Johannes Kepler: "Ich bin kühner geworden und setzte zwischen Mars und Jupiter einen neuen Planeten". Kepler war die Lücke aufgefallen, die zwischen der Bahn des Planeten Mars und der Bahn des Jupiters klafft. Doch erst vor 200 Jahren, am 1. Januar 1801, konnte diese Lücke mit einem Himmelskörper besetzt werden. Piazzi fand ein Sternchen, das mit einem guten Fernglas, aber nicht mit blossem Auge zu sehen war. Dieses Sternchen bewegte sich. Somit gehörte es eindeutig zum Sonnensystem und war kein Fixstern. Seine Geschwindigkeit am Himmel passte zu einer Bahn zwischen Mars und Jupiter.
Der Mathematiker Gauss entwickelte ein Verfahren, das erlaubte, aus drei Beobachtungen die Bahn eines Himmelskörpers im Sonnensystem zu berechnen. Dieses Verfahren garantierte, dass man den neu entdeckten kleinen Planeten auch nach einer etliche Monate dauernden für eine Beobachtung ungünstigen Stellung am Himmel wieder finden konnte. Schon ein Jahr später - im März 1802 - fand Olbers in Bremen einen weiteren kleinen Planeten zwischen Mars und Jupiter, der auf den Namen Pallas getauft wurde. Bis zum Jahre 1807 kamen noch Juno und Vesta hinzu.
Doch ein bisschen klein waren Ceres und ihre Kollegen schon. Sogar den viel weiter entfernten Planeten Uranus kann man mit etwas Geschick sogar knapp von blossem Auge erkennen und die Nachbarplaneten (Mars und Jupiter) von Ceres, Pallas Juno und Vesta sind auffällige Gestirne am Nachthimmel. Da sie offenbar deutlich kleiner sind als "richtige" Planeten, nennt heute diese kleinen Körper nicht Planeten sondern Planetoiden (oder Asteroiden, Kleinplaneten).
 Fig. 2: Der Planetoid Juno verrät hier seine Bewegung im Blinkkomperator (siehe Text). 2 CCD-ST7 Aufnahmen im Abstand von einer Stunde. Ein Pixel entspricht 4.5". © R. Brodbeck. |
Nach der Entdeckung der Vesta gab es für lange Zeit keine neuen Entdeckungen von Planetoiden mehr. Erst im Dezember 1845 wird der fünfte Planetoid, die Astraea, gefunden. Danach ging es aber schneller weiter. Bereits um 1870 waren mehr als 100 Planetoiden vermessen worden. Mit der Einführung der Photographie 1891 konnte nun systematisch gesucht werden. Der Vergleich zweier zu verschiedenen Zeitpunkten vom gleichen Sternfeld gemachten Fotos verrät den Planetoiden. In einem sogenannten Blinkkomperator wurden dem Astronomen die Beiden Fotos abwechslungsweise gezeigt. Blickte man in den Blinkkomperator, so standen die Sterne still, jedoch schien der Planetoid aufgrund seiner Eigenbewegung hin und her zu springen (Fig. 2). Dies ist effizienter als das zeitraubende Vergleichen mit Sternkarten, da einem der gesuchte Körper im Blinkkomperator sofort auffällt. Bis fast zum Ende des 19. Jahrunderts befanden sich alle gefundenen Planetoiden zwischen Mars und Jupiter. Mit der Entdeckung des Planetoiden Eros am 13. August 1898 durch Witt wurde erstmals dieser Bereich verlassen. Die Bahn von Eros führt auch in den Raum zwischen Erde und Mars. Erros kann sich unserem Planeten bis auf 25 Mio. Kilometer nähern. Das ist näher als irgend ein Planet je an die Erde kommen kann.
 Fig. 3: Planetoid Dactyl © NASA. |
Mit der Entwicklung von Raumfahrt und der elektronischen Beobachtungstechnik hat auch die Asteroidenforschung in den letzten Jahren einen grossen Sprung vorwärts gemacht. Zwei Jahrhunderte nach Piazzi weiss man heute eine ganze Menge über diese im Sonnensystem treibenden Riffe.
Planetoiden sind in der Regel nur ein paar 100 Meter bis etliche Kilometer grosse, felsige Körper, die die Sonne umkreisen. Sie stammen noch aus der Frühzeit des Sonnensystems. Kollisionen untereinander haben den Planetoiden zum Teil bizarre Formen gegeben. Bei einer Kollision wird ein aus einem zusammenhängenden Felsen aufgebauter Planetoid in einzelne Stücke aufgebrochen. Ein paar der Trümmer fliegen für immer weg. Die meisten Stücke fügen sich jedoch nach dem Einschlag wieder zusammen. Die Lücken zwischen den grossen Einzelstücken werden allmählich mit Schutt und Staub zugeschüttet. Die allermeisten Planetoiden über ein paar hundert Meter Durchmesser sind vermutlich so aufgebaut. Denn so gut wie jeder Planetoid wird schon einmal einen grossen Einschlag erlebt haben
Obwohl die allermeisten Planetoiden schon während der Planetenentstehung von den grossen Körpern des Sonnensystem - den Planeten - bei Zusammenstössen geschluckt wurden, erscheint uns ihre Anzahl auch heute noch riesig. Mit modernen automatischen Suchprogrammen werden jeden Monat viele neue solche treibende Berge gefunden.
 Fig. 4: Verteilung der sonnennächsten Bahnpunkte (blaue Punkte) der Planetoiden im Sonnensystem. Links das innere Sonnensystem bis über die Marsbahn hinaus und mit der rot eingezeichneten Bahn des Planetoiden Vesta, in der Mitte der Asteroidengürtel mit der Jupiterbahn und links das ässere Sonnensystem mit Pluto und den nahen Bereichen des Kuiper-Gürtels (grösser und farbiger). © A. Barmettler. |
 Fig 5: Oberfläche von Eros. Das Bild zeigt ein 1.4 km grossen Ausschnitt des Planetoiden. Man erkennt neben zahlreichen Kratern auch einzelne hausgrosse Felsbrocken. Wie auch auf dem Mond ist der Himmel über dem atmosphärenlosen Planetoiden schwarz (links oben). © NASA. |
Von besonderem Interesse sind dabei die Near-Earth Asteroids (NEAs). Das sind Planetoiden, die in der Nähe der Erdumlaufbahn um die Sonne kreisen. Einerseits findet man in dieser Gruppe auch die Objekte, die eines Tages mit der Erde kollidieren könnten, andererseits sind sie für Raumfahrzeuge besonders leicht erreichbar. Wenn die Reisezeit keine grosse Rolle spielt, ist eine Landung auf einem Asteroiden weniger aufwendig als eine Landung auf dem Mond. Somit stehen diese Körper ganz oben auf der Liste der Kandidaten für ein vielleicht um das Jahr 2100 aktuell werdenden Erzabbau im Weltraum. Zur Zeit wird der grösste Vertreter dieser Klasse von Planetoiden, Eros, von der Raumsonde NEAR-Shoemaker umkreist.
Der klassische Aufenthaltsort für Planetoiden ist nach wie vor der Hauptgürtel. Dort kreisen die Planetoiden zwischen zwei und vierfachem Erdabstand um die Sonne. Die Schwerkraft des Jupiters verhindert dort, dass sich alle Planetoiden auf die knapp 1000 km grosse Ceres vereinigen und so einen kleinen Planeten bilden. Nahe der Jupiterbahn gibt es kaum Planetoiden, die Schwerkraft des Jupiters hält diese Zone frei. Jedoch kreist eine Gruppe ziemlich genau auf der Bahn von Jupiter. Diese sogenannten Trojaner-Planetoiden befinden sich in der Nähe von stabilen Gleichgewichtspunkten. Diese Punkte auf der Jupiterbahn haben von Jupiter immer dieselbe Entfernung, wie die Distanz Jupiter Sonne.
 Fig. 6: Die Planetoiden Mathilde (links, 56 km Durchmesser) und Eros (rechts, 33 x 13 km gross) sind sehr verschiedene Planetoiden. Mathilde ist ein sogenannter C-Typ Planetoid. C-Typ Asteroiden sind reich an kohlenstoffhaltigen komponenten und
dunkelgrau gefärbt. S-Typ Planetoiden, zu denen auch Eros gehört, bestehen aus
silikatreichen Gestein und sind leicht grünlich bis leicht braun gefärbt. |
Jenseits von Jupiter erscheint der Raum regelrecht leergefegt von Planetoiden. Nur einzelne haben sich in die Weiten zwischen den Gasplaneten verirrt. Erst jenseits der Neptunbahn im Bereich des Pluto gibt es wieder eine grössere Anzahl von Körpern. Dieser Bereich, dessen Innenrand etwa 40 mal weiter von der Sonne entfernt ist als die Erde, ist wohl eine Quelle von Kometenkernen. Somit ist anzunehmen, dass es sich bei diesen sogenannten Kuiper-Gürtel-Objekten um vorwiegend aus Eis und anderen flüchtigen Substanzen bestehende Körper handelt. Die entdeckten Planetoiden haben etliche hundert Kilometer im Durchmesser. Die Vermutung liegt nahe, dass Pluto einfach das grösste Kuiper-Gürtel-Objekt ist. Dies wird noch gestützt durch die Tatsache, dass Pluto mit 2200 Kilometer Durchmesser nur gut doppelt so gross ist wie Ceres und deutlich kleiner ist als der Mond der Erde.
Es ist wahr, dass sicher kein unbekannter nur mit einem Fernglas beobachtbarer Planetoid noch unentdeckt ist. Jedoch muss es nicht unbedingt nur die Entdeckung selber sein, die wissenschaftlich wertvoll ist. Katastrophenfilme über Kometen- oder Planetoideneinschläge suggerieren dem Zuschauer, dass ein Astronomieprofessor nur ein Blick auf das Entdeckungsfoto zu werfen braucht, um zu erkennen, dass der abgebildete Himmelskörper einschlagen wird. Dies ist in Wirklichkeit nicht so. Schon Gauss zeigte, dass mathematisch drei Beobachtungen notwendig sind, um eine Bahn zu bestimmen. Das gilt jedoch nur mathematisch also für unendlich genaue Messungen. In der Praxis müssen etliche Wochen zwischen den Beobachtungen liegen, um nur einigermassen genaue Bahnparameter bestimmen zu können. Je mehr Beobachtungen über einen möglichst langen Zeitraum gemacht werden, desto besser lässt sich die Bahn bestimmen und in die Zukunft extrapolieren.
Heute (Ende Juli 2000) haben 15'668 Planetoiden eine offizielle Nummer der Internationalen Astronomischen Union (IAU). D.h. diese Planetoiden wurden über viele Jahre immer wieder erfolgreich beobachtet. 36'108 Einträge umfasst die Liste der Objekte, die erst seit wenigen Jahren beobachtet wurden und 22'116 sind Neuentdeckungen und Objekte, die nur während weniger Monate beobachtet wurden. Damit ergibt sich eine Zahl von weit über 70'000 zu überwachenden Objekten. Angesichts dieser grossen Anzahl ist die IAU nach wie vor auf die Beobachtungen von Amateurastronomen angewiesen. Wobei aber gesagt werden muss, dass hier relativ hohe Ansprüche an die Ausrüstung und die Ausdauer des Planetoidenjägers gestellt werden. Ein grösseres Teleskop, eine speziell für die Astronomie gebaute CCD-Kamera, Auswertung am Computer und Kenntnisse in Himmelsmechanik sind Voraussetzung, dass die Beobachtungen bei der IAU - besser gesagt beim Minor Planet Center - als wertvollen Beitrag anerkannt werden. Ist dies der Fall, so kann nach einer Weile der fleissige Astronom damit belohnt werden, dass ein Planetoid seinen Namen trägt. So wurde beispielsweise der Leiter der Sternwarte Eschenberg in Winterthur für über 2000 hochgenaue Positionsmessungen, die er an das Minor Planet Center einsandte, mit einem nach ihm benannten Planetoiden (11547 Griesser) belohnt.
Wer selbst einmal nach einem Planetoiden Ausschau halten möchte, der kann mit CalSky sich jeweils den hellsten oder auch irgend einen anderen aus den über 70'000 Planetoiden auswählen und sich eine Aufsuchkarte online zeichnen oder sich die Koordinaten mit den neusten Bahndaten berechnen lassen. Vielleicht wird dann aus der visuellen oder elektronischen Beobachtung der langsamen aber deutlichen Planetoidenbewegung eine Leidenschaft und Tausende Beobachtungen später trägt vielleicht einer der Felsbrocken da draussen offiziell und von der Wissenschaft anerkannt Ihren Namen.
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