Sternschnuppen

Benennung

Vorgänge in der Atmosphäre

Beobachtung

Bahnen

Häufigkeit

Benennung

Höchstwahrscheinlich gehen nicht immer alle Wünsche in Erfüllung, die von Menschen beim Erspähen einer Sternschnuppe insgeheim gedacht werden. Wie sollten das auch die kleinen Trümmerstücke von 1 [mm] bis zu wenigen Zentimetern Durchmesser bewerkstelligen, wenn sie, von der Gravitation der Erde eingefangen, in einer Höhe von etwa 90 bis 110 [km] über dem Erdboden in der Atmosphäre verglühen?

Allerdings können wir viel von diesen Gesteinen extraterrestrischen Ursprungs lernen, wenn sie uns aus dem interplanetaren Raum erreichen. Sie sind Boten aus einer Zeit, als unser Sonnensystem entstand, vielmehr noch wurden sie vielleicht "produziert" von früheren Sterngenerationen, die heute längst nicht mehr existieren. Doch zunächst zur korrekten Benennung:

Die Begriffe Meteor, Meteoroid, Meteorit stammen vom griechischen meteoros ab, was soviel wie "in der Luft schwebend" oder allgemein eine "Erscheinung in der Luft" bedeutet. Hieraus leitet sich auch die Meteorologie ab, welche atmosphärische Phänomene wie Wind, Niederschläge in fester (Hagel, Schnee) und flüssiger (Regen) Form, Leuchterscheinungen (Polarlichter, Blitze) usw. beobachtet.


Vorgänge in der Atmosphäre

Es ist nur von seiner Masse abhängig, ob ein Meteoroid den "Ritt" durch die Atmosphäre übersteht und bis zum Erdboden gelangen kann. Sehen wir uns einmal an, was einem Körper auf seinem Weg zu uns geschieht.

Leoniden über Ayers Rock
Leoniden über Ayers Rock
Ein Schauer von Sternschnuppen, die so genannten Leoniden, über dem Ayers Rock in Australien. Diesen Schwarm von Meteoren kann man regelmäßig im November, in der Zeit vom 10.11. bis 20.11 beobachten. Deutlich sieht man, wie scheinbar alle Meteore aus einem Punkt des Himmels hervorgehen - dem Sternbild Leo (Löwe).

Mit freundlicher Genehmigung von Vic & Jen Winter (ICSTARS Astronomy)

Wenn ein Meteoroid in die oberen Luftschichten eindringt, wird er mit den einzelnen Luftmolekülen kollidieren. Durch diesen Zusammenprall werden aus der Oberfläche des "Eindringlings" einzelne Atome herausgeschlagen, die nun ihrerseits die neu gewonnene kinetische Energie wiederum an Luftmoleküle abgeben. Der größte Teil dieser Energie (fast 99%) wird als Wärme freigesetzt, der geringe Rest regt Elektronen der Luftmoleküle an oder führt sogar zur Ionisation (Abtrennung einzelner Elektronen). Wenn die Elektronen wieder ihren Grundzustand einnehmen bzw. wenn die Ionen sich mit freien Elektronen rekombinieren werden Photonen freigesetzt und wir sehen das Leuchten des Meteors. Auf einen Nenner gebracht kann man also sagen, dass die Leuchtspur eines Meteors eine Spur glühenden Gases ist, das zum Teil aus dem Meteoroiden selbst herausgeschlagen wird und zum Teil aus hocherhitzter Luft besteht. Häufig wird aber sogar eine zweite Leuchtspur gesichtet! Jüngste Untersuchungen (Kelly et al.) zeigen, dass es sich dabei um eine Spur glühenden kosmischen Staubes handelt, die sogar Dutzende von Metern unterhalb der eigentlichen Spur liegen kann.

Durch die immer heftiger werdenden Zusammenstöße mit Luftmolekülen verliert ein Meteoroid ständig an Masse, je tiefer er gelangt. Zum Schluss verglühen die Körper mittlerer Größe vollständig (Sternschnuppen).

Am bekanntesten sind die August- Meteore - die Perseiden. Hier eine schöne Info- Grafik dazu, die von Universe2go.com zur Verf├╝gung gestellt wird:

Infografik Perseiden: Sternschnuppen-Nacht im August


Sehr kleine Körper mit Durchmessern von weniger als etwa 0,1 [mm] sind entsprechend leicht, man bezeichnet sie als Mikrometeoroide. Ihr Weg durch die Atmosphäre fällt ihnen im wahrsten Sinne des Wortes damit auch viel leichter, denn sie werden so stark von der Atmosphäre abgebremst, dass sie praktisch unverändert und unversehrt herunter schweben. Sie erzeugen somit auch keine Leuchterscheinungen. Feuerkugeln haben wesentlich mehr Masse als Sternschnuppen oder Mikrometeoroide, sie dringen daher viel tiefer in die Atmosphäre ein. Hier, in Höhen von 10 [km] bis 50 [km], treffen sie auf deutlich dichtere Luftschichten, wodurch sie sich bis auf rund 3000 [K] erhitzen. Das lässt sie an der Oberfläche schmelzen, Explosionen können sogar zur Zertrümmerung des Körpers führen. Vor dem fallenden Meteoroiden bildet sich in der Atmosphäre eine Stoßfront aus, woraus eine hinter ihm liegende, erhitzte Zone verdichteter Gase entsteht. Die meisten Leuchterscheinungen bilden sich hier aus.

Nicht verdampfte Reste des Meteoroiden können nun im freien Fall als Meteorit zur Erde gelangen.

Peekskill- Meteorit
Peekskill- Meteorit
Am 9. Oktober 1992 konnte man über 40 Sekunden lang den Niedergang einer Feuerkugel in den USA beobachten. Sie schuf eine Leuchtspur von rund 700 bis 800 [km] Länge. In einer Höhe von etwa 40 [km] fragmentierte der Mutterkörper, der immerhin eine Masse von bis zu 20 Tonnen (!) besessen haben musste. 16 Videos dokumentierten den Fall dieses Meteoriten, der mit einer Geschwindigkeit von 14,7 [km/s] niederging.
Im Januar 2004 konnten die Menschen im Rhein- Main- Gebiet in den frühen Morgenstunden eine ebensolche Beobachtung machen.

Fotografie: S. Eichmiller, Altoona, P.A.

Peekskill- Meteorit und seine Wirkung
Peekskill- Meteorit und seine Wirkung
Ein Fragment der Feuerkugel erreichte im Format einer Bowling- Kugel als Meteorit die Erde. Er ging in Peekskill, New York, nieder und demonstrierte an diesem Auto, welche Energien beim Aufschlag freigesetzt werden. Der "Übeltäter" ist vor dem Auto zu sehen. Aus den Videos konnte sogar die Bahn des 50 bis 100 [cm] durchmessenden Mutterkörpers rekonstruiert werden. Sein Aphel (sonnenfernster Punkt) von 2,1 AE weist auf seine Zugehörigkeit zum Planetoidengürtel hin. Bis heute kennt man erst drei weitere Bahnen von Meteoriten. Das liegt daran, dass ihr Erscheinen völlig unvorhersagbar ist und somit nur selten dokumentiert wird.

Mit freundlicher Genehmigung von Pierre Thomas (LST), ENS Lyon

Am 15. Februar 2013 ging über Russland ein Meteorit nieder. Als er in die Atmosphäre eindrang, hatte er wohl eine Größe von etwa 15 Metern und eine Masse von 7000 Tonnen. Seine Geschwindigkeit betrug 72 000 [km/h]. In 20 [km] Höhe zerbarst er dann vollständig, der Niedergang lag etwa 1500 [km] von Russland entfernt. Durch die Druckwelle zersplitterten unzählige Fensterscheiben in der Stadt Tscheljabinsk, wodurch über 1200 Menschen verletzt wurden. Viele Videos dokumentieren den Niedergang, hier ist eines davon:


Beobachtung

Weil Meteore nur unvoraussagbar auftreten, gestaltet sich ihre Beobachtung naturgemäß sehr schwierig. Insbesondere, wenn man aus den Leuchtspuren auf die Bahnen schließen will. Eine sinnvolle Möglichkeit bietet sich hier aber durch Langzeitaufnahmen bestimmter Himmelsregionen an. Man positioniert hierzu mindestens zwei lichtstarke Kameras in mehreren Kilometern Entfernung voneinander. So kommt man zu einem Stereobild des Himmelsausschnitts und kann die räumliche Lage evtl. fotografierter Meteore feststellen. Durch eine rotierende Scheibe vor dem Objektiv, welche eine Öffnung aufweist und so den Lichtweg periodisch unterbricht, erhält man Unterbrechungen in der Leuchtspur. Die Scheibengeschwindigkeit ist bekannt, und somit kann man eine Aussage über die Geschwindigkeit des fallenden Körpers machen.

Eine verwandte Methode bedient sich der Radioastronomie. Hier werden zwei Radioteleskope verwendet, die kurze Impulse aussenden. Diese werden durch freie Elektronen des ionisierten Gases, verursacht durch den fallenden Meteoroiden, reflektiert. Aus der Laufzeit und Form der reflektierten Pulse kann man auf die Lage der Bahn und die Geschwindigkeit schließen. Dieses Verfahren lässt sich natürlich auch am Tag einsetzen.


Bahnen

Die Bahnen der Meteoroiden können Ellipsenform zeigen, wenn sie die Sonne umlaufen, sie treten jedoch auch parabel- oder hyperbelförmig auf, wenn sie aus dem interstellaren Raum stammen. Der größte Teil dieser Körper kommt jedoch mit Sicherheit aus dem Sonnensystem.

Meteore können sporadisch erscheinen, also zu völlig unberechenbaren Zeitpunkten. Jeder kennt aber auch die Meteorströme (Meteorschwärme), die uns regelmäßig mit den faszinierenden Himmelserscheinungen versorgen. Die Bahnen der sporadischen Meteore sind demnach völlig wahllos am Himmel verteilt, wohingegen die Meteore eines Schwarms scheinbar alle von einem Punkt des Himmels ausgehen. Benannt wird ein Meteorstrom nach dem Ort am Himmel (der Radiant), aus dem die Meteore scheinbar entspringen. So gehen z.B. die Orioniden aus dem Sternbild Orion nieder. Liegt der Radiant in Richtung Sonne, haben wir es mit einem Tageslichtstrom zu tun. Diese Meteore lassen sich nicht optisch beobachten, wohl aber mit Radioteleskopen.

Meteoridenschwarm kreuzt Erdbahn
Meteoridenschwarm kreuzt Erdbahn
Wenn die Erde auf ihrem Weg um die Sonne die Bahn eines Meteoroidenschwarms kreuzt, erleben wir einen Meteorschauer. Am bekanntesten sind z.B. die August- Meteore, die Perseiden. Die einzelnen Meteoroide eines Schwarms ordnen sich in einem schlauchförmigen Gebilde an. So sehen wir zu Beginn nur wenige Meteore, wenn die Erde in die Randzonen eintritt. Befindet sich die Erde mitten im Schwarm, so können wir bei den Perseiden im Höhepunkt des Auftretens am 12. August 40 Meteore je Stunde beobachten.



Nun wird man sich fragen, wieso denn überhaupt Meteore entweder vereinzelt oder gleich als ganzer Schwarm auftreten. Wer den Abschnitt über Kometen gelesen hat, wird bereits die Erklärung kennen:
Kommt ein Komet in relative Sonnennähe, verdampft (genauer: sublimiert) durch die Erwärmung sein Eis zu Gas, dabei werden feste Teilchen mitgerissen und bilden eine Teilchenwolke entlang der Bahn des Kometen aus. Kreuzt die Erde auf ihrer Bahn diese Meteoroidenwolke, erleben wir einen Meteorschauer. Wir wissen dies, weil die Bahnen einiger Kometen recht exakt mit denen der Meteoroidenschwärme übereinstimmen. Durch den Sonnenwind, durch Zusammenstöße innerhalb der Wolke und durch die gravitationsbedingte Beeinflussung der Planeten löst sich nach und nach die Teilchenwolke auf. Der scheinbare Ursprungsort der Meteore am Himmel wird immer größer und schließlich sehen wir sie nur noch sporadisch.

Mögliche Kometenbahn
Mögliche Kometenbahn

Ist die Bahn eines Meteoroidenschwarms nur wenig gegen die Ebene der Erdbahn (Ekliptik) geneigt, können sich sogar zwei Schnittpunkte ergeben, so dass wir von einem Strom zweimal jährlich einen Meteorschauer beobachten können (z.B. Orioniden, Aquariniden). Einer der Schauer kann allerdings auch als Tageslichtstrom auftreten. Ähnlich wie in dieser Skizze sind die Verhältnisse bei den im November erscheinenden Leoniden, nur liegt die Bahn des verursachenden Kometen 1866 I weiter außerhalb der Erdbahn, so dass wir durch nur eine Schnittstelle lediglich einen Schauer zu sehen bekommen.


Häufigkeit

Jeden Tag könnten wir theoretisch etwa 100 Millionen (!) Meteore auf der gesamten Erde sehen. Hierdurch steigt auch die Masse unseres Planeten an, man geht von jährlich rund 50 000 Tonnen aus. Wenn wir uns allerdings in einer klaren Nacht das Firmament ansehen, können wir meist nicht mehr als vielleicht 8 Sternschnuppen je Stunde erblicken. Selbst dann nicht, wenn wir den Höhepunkt eines Meteorschauers erleben, denn man kann nicht gleichzeitig den gesamten Himmel beobachten. Könnten wir das, wären etwa 25 bis 40 Ereignisse in der Stunde zu sehen, in "ergiebigen" Jahren bei den großen Meteorströmen sogar bis zu 1000.

Zur Meteorhäufigkeit
Zur Meteorhäufigkeit
Die beste Zeit zur Beobachtung liegt in den frühen Morgenstunden. Seltsam? Nein, denn die Erde rotiert ja in Richtung ihrer Bahnbewegung. Das bedeutet, dass wir in den frühen Abendstunden kaum in den Genuss eines Meteors kommen werden. Erst wenn sich die Erde weiter in ihre "Zielrichtung" gedreht hat, nimmt die Häufigkeit der Sternschnuppen zu, denn ihr "Bug" taucht nun mehr und mehr in den Meteoroidenschwarm. Neben dieser täglichen Variation existiert auch eine jährliche: im Mittel sieht man im Herbst viel mehr Meteore als im Frühjahr (hier die wenigsten), weil die in die Bewegungsrichtung der Erde weisende Hemisphäre quasi den vor ihr liegenden Raum "säubert".


Meteore lassen sich nur schwerlich untersuchen, da man ihrer nicht so leicht habhaft wird. Einige zur Erde schwebende Körnchen wurden schon mit hochfliegenden Flugzeugen eingefangen, wobei deren Herkunft natürlich ungewiss war.

Komet Wild 2
Komet Wild 2
Viel effektvoller ist hier die NASA- Mission Stardust, die aktuell, im Januar 2004, den Staubschweif des Kometen Wild 2 durchflog und dabei mit einer speziellen Einrichtung Proben des Staubs einfing. Die kleine Sonde kam dem 5,3 [km] durchmessenden Kometen dabei (Bild) bis auf 230 [km] nahe. Die Aktion fand in 390 Millionen [km] Entfernung von der Erde statt, die Sonde brauchte 5 Jahre für diese Strecke. In 2006 wurden die Proben in einer Kapsel erfolgreich zur Erde gebracht, wo sie nun in Labors untersucht werden und uns neue Erkenntnisse über den Ursprung des Sonnensystems liefern können.

Mit freundlicher Genehmigung von NASA/JPL

Es gibt aber auch einen bequemeren Weg, um an Proben des kosmischen Materials zu gelangen. Man wartet einfach, bis ein "Stein" vom Himmel fällt, oder man weiß, wo man danach suchen muss. Von diesen Meteoriten handelt der nächste Abschnitt.