Planetoiden

Planetoidengürtel

Vagabundierende Planetoiden

Woraus bestehen Planetoiden?

Planetoid Eros

Planetoid Vesta

Daten einiger Planetoiden

Entdeckung und Benennung

Nach der Titius-Bodeschen Reihe, die seit 1766 bekannt ist, sollte sich eigentlich zwischen Mars und Jupiter ein Planet befinden. Doch alle Suche blieb trotz Einsatz von Fernrohren vergeblich. So wurde schließlich in Astronomenkreisen diskutiert, ob der Planet vielleicht zerstört worden sein könnte. Franz Xaver von Zach (1754 - 1832), ein Hofastronom in Sachsen, veranlasste eine Versammlung seiner Kollegen, worauf eine systematische Suche begann. Es dauerte dann auch nicht lange, bis Giuseppe Piazzi am 1. Januar 1801 fündig wurde und einen "neuen Stern" entdeckte, der sich wie ein Planet verhielt. Er nannte ihn Ceres Ferdinandea, nach einer römischen Göttin und dem König von Neapel, Ferdinand IV. Aus den wenigen Beobachtungsdaten eine Bahn zu berechnen, war schwierig. So entwickelte der junge Carl Friedrich Gauss eine neue Methode zur Bahnberechnung, und schon ein Jahr später wurde Ceres wieder aufgefunden.

Benannt hatte man die Planetoiden, die nun einer nach dem anderen entdeckt wurden, zunächst nach griechischen oder römischen Gottheiten: Pallas Athene (1802), Juno (1804), Vesta (1807). Bald aber war der Vorrat an Namen erschöpft, und man ging neben einer Nummer zu weltlichen Namen über, wobei die Nomenklatur merkwürdige Blüten trieb: (933) Susi, (1034) Mozart, (526) Jena, (1773) Rumpelstilz oder (3623) Chaplin.

Unter Planetoiden (griech., Planetenähnlicher) versteht man die Sonne umlaufende Himmelskörper, deren Durchmesser kleiner als etwa 1000 [km] ist. Man bezeichnet sie auch als Asteroiden, im Gegensatz zu Kometenkernen (Schmutzige Schneebälle) bestehen sie aber durchweg aus festem Gesteinsmaterial. Planetoiden sind kleine, inaktive Körper, die selbst in großen Teleskopen nur punktförmig erscheinen und lediglich durch ihre Relativbewegung zum Sternhintergrund als solche erkennbar sind. Nach einer etwas überholten Theorie sollen die Planetoiden aus einem zerborstenen Planeten entstanden sein. Viel wahrscheinlicher ist jedoch, dass sie übrig gebliebenes Material aus der Zeit der Planetenbildung sind. Rechnet man ihre Massen zusammen, so würde insgesamt nur ein Körper mit etwa 1500 [km] Durchmesser entstehen - weniger als die halbe Größe unseres Mondes.

Planetoidengürtel

Die Bahnen der meisten Planetoiden befinden sich zwischen den Bahnen von Jupiter und Mars, man bezeichnet diesen Bereich daher als Planetoiden- (bzw. Asteroiden-)gürtel. Am häufigsten findet man Abstände zur Sonne von 2,2 bis 3,2 [AE] (Mars ist 1,5 [AE], Jupiter 5,2 [AE] entfernt). Die Umlaufzeiten der kleinen Körper liegen zwischen 3,2 und 5,8 Jahren, wobei sie sich rechtläufig bewegen.

In dieser Skizze nicht ersichtlich ist, dass die Verteilung der Planetoiden im Hauptgürtel nicht gleichmäßig erscheint. Einige der Kleinplaneten weisen recht ähnliche Bahnen auf, die man deshalb zu Gruppen zusammenfasst.

Die einzelnen Gruppen werden z.T. nach ihren bekanntesten Vertretern benannt. Eine Gruppe von Planetoiden kreuzt die Marsbahn und ihre Bahnen verlaufen sogar ein wenig auf derjenigen der Erde, wir bezeichnen sie als die Amor- Gruppe. Die Apollo- Gruppe kreuzt die Erdbahn und dringt somit noch etwas tiefer ins Innere des Sonnensystems. Innerhalb der Erdbahn bewegt sich sogar eine weitere Gruppe, die Aten- Planetoiden:

Wenn man die Häufigkeit der Asteroiden in Abhängigkeit von ihrem mittleren Sonnenabstand in ein Diagramm einträgt, fällt sofort auf, dass in bestimmten Abständen Lücken existieren. Diese treten immer dann auf, wenn die Umlaufperioden von Jupiter und Planetoid in einem ganzzahligen Verhältnis stehen. Ein Verhältnis von 2 : 1 besagt z.B., dass Jupiter einmal die Sonne umläuft, während der Planetoid in derselben Zeit zwei Umläufe vollbringt.

An diesen Resonanzstellen, Kommensurabilitäts- oder Kirkwood- Lücken genannt, wird man daher kaum Planetoiden antreffen. Im Diagramm sind als Beispiel besonders gekennzeichnet die Hestia- ((46) Hestia) und die Hecuba- ((108) Hecuba) Lücke. Bei einigen Resonanzen ergeben sich allerdings besonders stabile Bahnen. Am bekanntesten sind hierbei die Trojaner, eine Gruppe Planetoiden, die eine Bahnresonanz von 1 : 1 aufweisen, weil sie sich in Lagrangeschen Punkten aufhalten. Selbst Mars besitzt einen solchen Trojaner, mit dem er eine 1 : 1 Resonanz bildet, (1990) MB.

Einige der Planetoiden gelten aufgrund ihrer Bahnen als Meteoritenquelle. Das sind insbesondere die oben erwähnten Kleinkörper der Apollo- und Atengruppe. Auch andere Asteroiden weisen außergewöhnliche Bahnen auf:

• (944) Hidalgo hat zwar ein Perihel von 2,0 [AE], sein Aphel dagegen liegt mit 9,6 [AE] bereits jenseits der Saturnbahn.
• (5145) Pholus hat seinen sonnennächsten Bahnpunkt zwischen der Jupiter- und Saturnbahn, er entfernt sich bis 32,1 [AE], hinter der Neptunbahn.
• Am weitesten entfernt sich 1992 QB mit 49,1 [AE] von der Sonne.
• (3200) Phaeton entfernt sich bis hinter die Marsbahn von der Sonne, kommt ihr im Perihel aber bis auf ein Drittel des Merkurabstandes nahe.

Wie viele Planetoiden gibt es eigentlich? Das Problem einer exakten Erfassung ist die geringe Größe der Planetoiden und damit der verschwindend kleinen Leuchtkraft im optischen Bereich. Erfolgreich jedoch war das ISO- Infrarotteleskop der ESA. Bis heute sind damit etwa 40 000 dieser Körper mit einer Größe von mindestens 1 [km] erfasst und katalogisiert worden. Nach neueren Berechnungen bewegt sich ihre Gesamtzahl allerdings allein im Hauptgürtel zwischen 1,1 und 1,9 Millionen! Allgemein kann man von folgenden Zahlen ausgehen: 29 Planetoiden mit einem Durchmesser über 200 [km] sind bekannt, bis 10 [km] wird ihre Zahl auf 50 000 geschätzt, größer als 100 [m] dürften sogar etwa 10¹⁰ Körper existieren.

Warum nun beschäftigt die Astronomen das Thema Planetoiden so sehr, dass sie möglichst genaue Kenntnis ihrer Bahnen, Größe und Anzahl erlangen, handelt es sich doch um uninteressante, tote Gesteinsbrocken?

Vagabundierende Planetoiden

Im April 2002 warnten uns die Astronomen: "Am 16. März 2880 wird der vagabundierende Planetoid 1950 DA mit der Erde kollidieren!"

Der russisch- polnische Ingenieur I.O. Yarkovsky beschrieb schon um 1900 einen weiteren, nach ihm benannten Effekt, der die Berechnung von Asteroidenbahnen erschwert. Planetoiden rotieren und ihre Oberfläche wird deshalb unterschiedlich durch die Sonnenstrahlung erwärmt. Somit erfolgt auch die Abstrahlung der Wärme asymmetrisch. Die am meisten erwärmte Stelle des Körpers wirkt nun wie ein winziger Raketenantrieb, wenn sie sich durch die Rotation von der Sonne abwendet und die Wärme wieder in den Raum abstrahlt (Rückstoßprinzip). Über die Oberflächenbeschaffenheit und die Rotationsachse von 1950 DA wissen wir so gut wie nichts, so dass keine Vorhersage gemacht werden kann, in welche Richtung der Yarkovsky- Antrieb arbeitet.

Wie wir schon oben sahen, werden die Bahnen der Asteroiden durch die Planeten, ganz gewaltig besonders durch die große Jupitermasse, beeinflusst. So weisen die Planetoiden der Gruppen Aten, Amor und Apollo dynamisch instabile Bahnen auf, weshalb ihre Lebenszeit recht begrenzt ist. Man schätzt sie auf etwa 100 Millionen Jahre, dann sind die Körper entweder aus dem Sonnensystem ausgestoßen, oder mit Planeten kollidiert. Wie groß ist nun die Gefahr, dass eine solche "kosmische Bombe" auf der Erde einschlägt?

Beide Bilder: Mit freundlicher Genehmigung der NASA

Es ist also recht wichtig, die Bahnen möglichst aller größeren Körper genau zu kennen, um das Risiko einer Kollision abschätzen zu können, zumal selbst in diesem Jahrhundert bereits einige größere Körper überraschend in Erdnähe auftauchten. Für die Astronomen eine wahre Sisyphus- Arbeit, zum Glück werden sie aber von vielen Hobby- Astronomen unterstützt, die regelrecht "Jagd" auf Planetoiden machen. Hätten wir überhaupt eine Chance, uns gegen eine drohende Kollision zu wehren? Die NASA plante einst, 50 Raketen mit Atomsprengköpfen im schwerkraftfreien Raum zwischen Erde und Mond zu stationieren. Wie wirkungsvoll solch ein System wäre bleibt dahingestellt, genauso wie die nach wie vor völlig offen stehende Frage der Finanzierung.

Jedenfalls weisen die Astronomen immer wieder auf die nicht zu unterschätzende Gefahr hin. Ein Körper von nur 3 oder 5 Metern Durchmesser kann bereits einen Krater von 100 [m] schlagen, wenn auch ein "Treffer" nur alle 200 bis 400 Jahre erfolgt. Am 30. Juni 1908 zerstörte ein etwa 50 [m] großer Asteroid in der sibirischen Tunguska- Region 2000 Quadratkilometer Wald. Der Schaden war relativ gering, weil der Asteroid bereits in der Atmosphäre explodierte. Etwa alle 200 000 Jahre können uns Körper von über 200 [m] Durchmesser treffen. Von diesen geht neben der enormen Zerstörungskraft eine weitere Gefahr aus: die Ausbildung von Tsunamis. Das sind plötzlich auftretende Flutwellen von ungeheurer Wucht, die normalerweise durch Erd- oder Seebeben ausgelöst werden. Sie erreichen üblicherweise Höhen von 10, sogar bis 30 [m] und können mit bis zu 700 [km/h] auf Land laufen. Welche zerstörerische Kraft bereits eine kleine Flutwelle dieser Art hat, wissen wir alle noch vom Dezember 2004! Durch Asteroidentreffer oder extreme Erdrutsche kann die Höhe eines Tsunami bis auf 500 [m] ansteigen... nicht auszumalen, welche Katastrophe das zur Folge hätte!

Wenn einst jedoch nochmals ein Körper von mehr als 10 [km] Durchmesser die Erde treffen sollte, so wäre dies ein so genannter Globaler Killer. Die Auswirkungen eines solchen Einschlags würden das Leben auf der Erde nicht nur ernsthaft gefährden, es könnte sogar zur völligen Vernichtung allen Lebens führen. Wie schon der erwähnte Asteroid, der vor 65 Millionen Jahren den Chicxulub-Krater auf der Halbinsel Yucatán schlug und damit den Dinosauriern das Ende bereitete. Das Risiko eines solchen Einschlags wird nach der Turiner Skala bewertet, die 10 Stufen umfasst. Besteht bei 0 und 1 noch kein Risiko, so sind in den Stufen 8 bis 10 Kollisionen mit großen Körpern nicht mehr zu vermeiden - mit entsprechenden Folgen. Hoffen wir, dass die Astronomen auch in Zukunft kein Objekt finden, das letzteren Klassen entspricht!

Woraus bestehen Planetoiden?

Bedingt durch ihre geringe Masse waren die Planetoiden nie geologischen Aktivitäten wie z.B. Vulkanismus ausgesetzt. Ihr Material hat sich damit seit ihrer Entstehung kaum verändern können, sie bestehen aus dem Material des Urnebels. Durch fotometrische und spektralanalytische Untersuchungen fand man heraus, dass sich die Planetoiden in mehrere Gruppen einteilen lassen:

• Spektraltyp C
  Hierzu gehören etwa 75% aller Asteroiden. Sie bestehen überwiegend aus Silikaten und Kohlenstoff und haben damit Ähnlichkeit mit den kohligen Chondriten und nur eine geringe Albedo
• Spektraltyp S
  Zu dieser Gruppe zählt man 15% der Kleinkörper. Ihr Material ist deutlich heller und besteht aus Silikaten und Metall und ähnelt Steinmeteoriten
• Spektraltyp M
  5% der Planetoiden bestehen überwiegend aus Metall und ähneln Eisenmeteoriten
• Spektraltyp E
  Die Körper bestehen überwiegend aus Silikaten
• Spektraltyp D
  Dunkle, rötlich erscheinende Planetoiden mit vielleicht viel organischen Bestandteilen.
• Spektraltyp P
  Sie wie diejenigen Körper des Typs D entsprechen keinen bekannten Meteoriten

Mit freundlicher Genehmigung von The Galileo Project, NASA

Einige der Planetoiden könnten entgaste und heute inaktive Kometenkerne sein. So bildete der Planetoid (2060) Chiron zeitweilig eine Koma aus, abnorme Helligkeitsänderungen und in der Koma entdeckte Staubteilchen weisen darauf hin.

(1979) VA, wurde bei seiner Entdeckung als ein Planetoid der Apollo- Gruppe angesehen. Jedoch zeigte sich später, dass er bereits 1949 als Komet Wilson- Harrington identifiziert wurde.

Erstaunlich ist, dass Planetoiden trotz ihrer geringen Größe sogar Monde besitzen können.

Die Namen stammen aus der griechischen Mythologie, nach der die Dactyli, einer Gruppe mythologischer Wesen, auf dem Berg Ida hausten und den kindlichen Zeus bewachten. Anderen Behauptungen zufolge waren die Dactyli Kinder der Nymphe Ida und des Zeus.

Mit freundlicher Genehmigung von Galileo Project, JPL, NASA

Die Satelliten der Planetoiden entstehen vermutlich bei Zusammenstößen etwa gleich großer Körper. Die Trümmerstücke werden in dieselbe Richtung fortgeschleudert, und auf diese Weise können kleinere Bruchstücke gravitativ an einen größeren Planetoiden gebunden bleiben.

Kollisionen zwischen den Planetoiden werden häufig stattfinden, allein schon aufgrund ihrer hohen Anzahl und durch die vielen gravitativen Bahnstörungen. Stoßprozesse führten wahrscheinlich schon in der Frühzeit zur Zertrümmerung der seinerzeit vermutlich nur wenigen Urkörper, die gleichzeitig mit den Planeten entstanden. In dieser Region des Sonnensystems war die Materiedichte wohl zu gering, um einen einzelnen größeren Körper entstehen zu lassen. Was wir heute als Planetoiden bezeichnen, sind die Überreste der vielen Kollisionen.

Asteroid Eros

Bereits 1996 wurde die Sonde NEAR (Near Earth Asteroid Rendezvous) auf die Reise zu den Asteroiden geschickt. Bereits ein Jahr später passierte sie den Hauptgürtelasteroiden 253 Mathilde.

Mit freundlicher Genehmigung der NASA

Asteroid Vesta

Mit einem mittleren Durchmesser von 516 Kilometern hat der Asteroid Vesta nicht mehr genügend Masse um noch Kugelgestalt annehmen zu können.

Vesta war die römische Göttin von Heim und Herd und die Schwester der Ceres

Während man die Ceres (Durchmesser über 900 [km]) noch als Zwergplaneten einstuft, wird Vesta wohl im Status eines Planetoiden verbleiben. Beiden gemeinsam ist jedoch, dass sie im Asteroidengürtel umlaufen und beide von der Raumsonde DAWN aus relativer Nähe untersucht wurden. Während Ceres einen großen Anteil an Wassereis aufweist, ist Vesta ein reiner Gesteinsbrocken.

Das "Gesicht" Vestas ist wie bei fast allen Körpern ohne Atmosphäre geprägt durch viele Einschlagkrater, die bis zu 150 [km] Durchmesser erreichen. Ein Exemplar erreicht sogar eine Ausdehnung von 450 Kilometern, ist dabei 8 [km] tief, wogegen seine Wälle nochmal 8- 13 [km] hoch sind. Ein Zentralberg reicht 13 Kilometer in die Höhe. Am Südpol hat man gar einen 25 [km] hohen Berg entdeckt.

Mit freundlicher Genehmigung der NASA

Daten einiger Planetoiden

Zum Abschluss hier die Daten einiger Planetoiden: