Kuipergürtel und Oort´sche Wolke

   
 

Die kleinen Objekte im äußeren Sonnensystem lassen ihren Ursprung zwei unterschiedlichen Gebieten zuordnen.
Kurzperiodisch umlaufende Objekte haben Ihre Heimat im Kuipergürtel.
Langperiodische Objekte mit Umlaufzeiten deutlich über 200 Jahren und eventuell hohen Exzentrizitäten kommen aus der Oort´schen Wolke.  

 

Kuipergürtel
Der Kuipergürtel stellt eine Häufung von Asteroiden und kometenähnlichen Eis-und Gesteinskörper dar. Er liegt in einem Bereich knapp hinter der Neptunbahn bis zu einer Entfernung von 150 AE (Astronomische Einheit).
Diese Häufung wurde erstmals im Jahr 1930 von Frederick C. Leonhard postuliert. Die These wurde im Jahr 1947 von Kenneth Edgeworth und im Jahr 1951 von Gerhard Peter Kuiper weiter ausgebaut.
Der Kuipergürtel wird dabei als Quelle der kurperiodischen Kometen mit elliptischen Umlaufbahnen angesehen. Das im Jahr 1992 von David C. Jewitt und Jane X. Luu entdeckte Objekt mit der Bezeichnung 1992QB1 markierte den Beginn der Erforschung dieses Bereiches des Sonnensystems. Nach neuesten wissenschaftlichen Ansichten wird der Zwergplanet Pluto auch als Vertreter dieser Objektgruppe eingestuft.

 
  Der Ring stellt den Kuipergürtel dar, die blaue Umlaufbahn ist Neptun, also das Sonnensystem und die geneigte Ellipse zeigt die Plutobahn.

Teilregionen des Kuipergürtels (Entfernungen in AE):

Die Balken entsprechen dem Spielraum der mittleren Bahnradien der Objekte der jeweiligen Zonen. Die Gebiete der Objekte, die in Bahnresonanz zu Neptun stehen, sind rot dargestellt. Die Neptunbahn und die Neptun-Trojaner sind nur als Referenz dargestellt und gehören nicht zum Kuipergürtel.

Die Objekte, die mit dem Kuipergürtel assoziiert sind, werden Kuiper Belt Objects (KBOs) genannt. Sie lassen sich gemäß Abbildung grob in 3 Gruppen unterteilen:

  • Klassische KBOs (CKBO) bewegen sich mit kleinen Exzentrizitäten auf nahezu kreisförmigen Bahnen, wie man es für in diesem Bereich entstandene Objekte erwartet, Entfernung von der Sonne zwischen 41 und 50 AE mit Bahnneigungen von bis zu 30°. Die teilweise recht großen Bahnneigungen erfordern jedoch einen Mechanismus, der sie aus der Ekliptik ablenkt. Dieser Mechanismus ist noch nicht verstanden.
  • Resonante KBOs sind Objekte, die sich auf resonanten Bahnen zu Neptun bewegen und dadurch in ihrer Bahn bei 40 AE stabilisiert werden (zum Beispiel Plutinos mit einer 3:2-Resonanz). Ein Drittel der heute bekannten KBOs sind resonante KBOs. Plutinos: Pluto (2320 km), (90482) Orcus (1600–1800 km), Charon (1270 km), (28978) Ixion (400–550 km)
  • Gestreute KBOs (SKBO) bewegen sich mit großen Exzentrizitäten auf Bahnen mit Periheldistanzen nahe 35 AE und Apheldistanzen bis 1000 AE. Bis jetzt sind erst wenige dieser gestreuten KBOs bekannt
             
 

Die größten bekannten Objekte im Kuiper-Gürtel sind:


Name

Typ

Durchmesser [km]

KBO

Entfernung von der Sonne in AE

Pluto

Zwergplanet

2320

Resonanter

40

Charon

Mond von Pluto

1270

Resonanter

40

Makemake

Zwergplanet

1500

Klassischer

45

Haumea

Zwergplanet

1250

Klassischer

43

Eris

Zwergplanet

2326

Gestreuter

68

Orkus

Planetoid

1600 – 1800

Resonanter

39

Quaoar

Planetoid

1250

Klassischer

43

             

Classical Kuiper Belt Objects (KBOs)
In dieser Gruppe sind alle Objekte zusammengefasst, deren Umlaufbahnen jenseits der Bahn des Planeten Neptun liegen. Diese Objekte sind durchschnittlich zwischen 150 und 800 km groß und bestehen meistens zu einem großen Teil aus Eis und Gestein. Dieser Aufbau ist ähnlich dem von Pluto und Charon.
Sie bewegen sich auf fast kreisförmigen Bahnen mit entsprechend kleiner Exzentrizität hauptsächlich im Abstand von rund 42 bis 48 AE von der Sonne. Die Umlaufbahnen stehen in keinem Resonanzverhältnis zur Bahn von Neptun, des äußersten Planeten unseres Sonnensystems. Da sie nicht die Bahn von Pluto nach innen kreuzen, werden sie auch als transplutonische Objekte bezeichnet. Die Bahnen dieser Objekte sind mit bis zu 30° stark geneigt. Die Definition als klassische Kuiperoiden ist abgeleitet aus verschiedenen Modellen zur Agglomerationsphase (aus Staub entstehen Planetesimale) des Sonnensystems. Diesem zu Folge haben Objekte im äußeren Bereich des Sonnensystems Umlaufbahnen mit einer kleinen Exzentrizität und einer Apheldistanz von maximal 50 AE. Knapp zwei Drittel aller Objekte im Kuipergürtel gehören zu dieser Gruppe.

Manchmal werden die klassischen Kuiperoiden auch Cubewanos genannt. Es handelt sich um eine Bezeichnung, die sich aus dem Namen des ersten entdeckten Kuiperoi 1992QB1 respektive QB1 ableitet: QB-one-os.
Einige größere Vertreter: Die Zwergplaneten (136472) Makemake (1500 km), (136108) Haumea (1300 x 1800 km), sowie die Planetoiden (50000) Quaoar (1250 km) und (20000) Varuna (450 bis 750 km).

Resonante CKBOs
Sie haben eine eine Umlaufbahn um die Sonne, die in einem Resonanzverhältnis von 2:1, 3:2, 5:2, 4:3, 5:3, 5:4 oder 7:4 zur Bahn des Planeten Neptun steht. (Das bedeutet während 2 Umläufen des TNO macht Neptun 1.) Die Umlaufbahnen der einzelnen Objekte weist dabei eine große Bahnhalbachse von 40 AE auf. Knapp ein Drittel aller Objekte im Kuipergürtel gehören zu dieser Gruppe.

Plutinos
Die Umlaufbahnen der Objekte steht, wie Plutos, in einem Resonanzverhältnis von 3:2 zur Umlaufbahn des Planeten Neptun. Die Exzentrizitäten der Umlaufbahnen beträgt durchschnittlich 0,25. Dieses lässt auf eine stabile Bahn der Objekte schließen. Rund ein Viertel der bekannten Kuiperoiden sind Plutinos.
Einige große Vertreter sind Pluto (2320 km) und Charon (1270 km), (90482) Orcus (1600 – 1800 km) und (28978) Ixion (400 – 550 km).

Scattered Kuiper Belt Objects (SKBO) = gestreuter Kuiperoiden
Sie bewegen sich auf Umlaufbahnen mit einer großen Exzentrizität um die Sonne. Die Periheldistanz beträgt dabei rund 35 AE und die Apheldistanz kann bis zu 1000 AE betragen. Man vermutet, dass rund 5% aller Objekte des Kuipergürtels dieser Gruppe zugerechnet werden können. Hinsichtlich der Bahnform und des Bahnverlaufs besteht ein Zusammenhang mit den Centauren.
Einige größere Vertreter sind: der Zwergplanet (136199) Eris (2326 km) und (55565)  2002 AW197 (890 km).

Centauren
Eine sehr kleine Gruppe von 150 Objekten (Stand September 2004). Hierbei handelt es sich um ehemalige Mitglieder des Kuipergürtels, welche schon vor langer Zeit wahrscheinlich in Folge der Anziehungskraft des Neptuns und der anderen großen Planeten aus ihrer Bahn geworfen wurden.

Erforschung des Kuipergürtels
Die Erforschung der TNOs und anderer Objekte des Kuipergürtels ist ein recht Neues und – im Vergleich zur Galileio-Mission zum Jupiter – unspektakuläres Forschungsgebiet. Es gibt daher nur einige wenige Wissenschaftler, die eine langjährige Erfahrung auf diesem Gebiet vorweisen können. Zu den wichtigsten zählt David C. Jewitt, der seit 1992 auf der Suche nach diesen Objekten ist.
Die Kuiperoiden wurden in der Geschichte der Raumfahrt bislang noch nicht von einer Sonde besucht. Der Hauptgrund hierfür liegt in der immens großen Entfernung. Das von der NASA im Jahr 1997 initiierte Programm Pluto – Kuiper – Express wurde mangels finanzieller Ressourcen im September 2000 leider eingestellt. Zur Zeit wird unter der Bezeichnung New Horizons ein neuer Anlauf zur Erforschung dieses Bereiches unseres Sonnensystems genommen. Die Sonde sollte 2006 starten und die Region des Kuipergürtels nach einer Flugzeit von rund 20 Jahren erreichen.

                 

Oort´sche Wolke
Die Astronomen vermuten, dass langperiodisch umlaufende Objekte, wie Kometen, aus einer sphärischen Ansammlung weit außerhalb der Bahn des äußeren Planeten kommen. Diese Struktur wird Oort´schen Wolke genannt.
Die Oortsche Wolke konnte bisher nur indirekt beobachtet werden. Das liegt an der ungeheuer großen Entfernung und auch daran, dass ihre Bestandteile recht klein sind.

Die Wolke wurde 1950 vom niederländischen Astronomen Jan Hendrik Oort als Ursprungsort der langperiodischen Kometen postuliert. Oort griff damit einen Vorschlag des estnischen Astronomen Ernst Öpik von 1932 auf.
Oort gründete seine Hypothese auf die Untersuchung von Kometenbahnen und auf die Überlegung, dass die Kometen nicht aus den bekannten Regionen des Sonnensystems stammen könnten, wie bis dahin angenommen wurde.

Der Theorie nach umschließt die von Oort angenommene „Wolke“ die übrigen Zonen des Sonnensystems schalenförmig in einem Abstand zur Sonne von bis zu 100.000 Astronomische Einheit (AE), die rund 1,6 Lichtjahren entsprechen. Im Vergleich dazu ist der nächste Stern Proxima Centauri 4,2 Lichtjahre und der sonnenfernste Planet Neptun 30 AE von der Sonne entfernt.
Schätzungen der Anzahl der Objekte liegen zwischen einhundert Milliarden und einer Billion. Vermutlich geht die Oort’sche Wolke kontinuierlich in den Kuipergürtel über dessen Objekte allerdings in der Ebene der Ekliptik konzentriert sind.

 

Die Oort’sche Wolke besteht nach heutiger Auffassung aus Gesteins-, Staub- und vor allem aus Eiskörpern unterschiedlicher Größe, die bei der Entstehung des Sonnensystems und dem Zusammenschluss zu Planeten übrig geblieben sind.
Die Ursache für die Ansammlung von Planetoiden in diesen beiden Regionen ist noch nicht geklärt. Theorien hierfür gibt es, sie sind aber nicht bewiesen.