Planetoidengürtel

Objektverteilung im Asteroidengürtel.

Verteilung der Hauptgürtelasteroiden normal zur Ekliptik.

Der Asteroidengürtel, auch Planetoidengürtel oder Hauptgürtel, ist die Ansammlung von Asteroiden oder Kleinplaneten zwischen den Bahnen von Mars und Jupiter. Der Großteil der Asteroiden bzw. Planetoiden unseres Sonnensystems befindet sich in diesem Bereich. Dort sind derzeit mehr als 400.000 solcher Objekte erfasst.

Der Gesamtbereich der einzelnen Umlaufbahnen wird heute mit etwa 2,0 bis 3,4 AE angegeben; schon vor 100 Jahren berechnete ihn Johann Palisa mit 2,2 bis 3,6 AE. Die Gesamtmasse aller Asteroiden des Hauptgürtels beträgt etwa 5 Prozent derer des Erdmondes und entspricht damit knapp einem Drittel von Pluto, das heißt, sie erreicht nur die Masse des größten Uranusmondes Titania.

Entdeckung

Aufgrund der als Titius-Bode-Reihe bezeichneten empirischen Formel, die der Ordnung der bis dahin bekannten Planeten entsprochen hat, wurde gegen Ende des 18. Jahrhunderts mit der systematischen Suche nach einem laut der Formel „fehlenden“ Planeten in diesem Bereich begonnen. Mit seiner Entdeckung des später als (1) Ceres benannten Zwergplaneten am 1. Januar 1801 glaubte Giuseppe Piazzi, den Planeten gefunden zu haben. Doch kamen in den folgenden Jahren nach und nach weitere ähnliche Entdeckungen hinzu.

Bereits im Jahre 1802 entdeckte Heinrich Wilhelm Olbers mit (2) Pallas ein zweites Objekt, das die Sonne zwischen Mars und Jupiter umkreist. Es folgten die Entdeckungen von (3) Juno (1804), (4) Vesta (1807) und nach 38 Jahren Pause die von (5) Astraea (1845). Obwohl man gleich erkannte, dass alle entdeckten Objekte, die die Sonne zwischen Mars und Jupiter umkreisen, um Größenordnungen kleiner als die klassischen Planeten waren, wurden sie damals als vollwertige Planeten betrachtet. So kam es, dass der Planet Neptun bei seiner Entdeckung im Jahre 1846 als dreizehnter Planet gezählt wurde.

Mit der Entdeckung von (6) Hebe im Jahre 1847 setzte allerdings eine wahre Flut von Neuentdeckungen von Asteroiden ein. Daher wurde auf Vorschlag von Alexander von Humboldt im Jahre 1851 die Zahl der (großen) Planeten auf acht begrenzt und die neue Objektklasse der Asteroiden (auch: Planetoiden oder Kleinplaneten genannt) geschaffen.

Bis 1890 wusste man schon von 300 Asteroiden in dieser „Planetenlücke“ – bis heute sind es über 400.000 Objekte; darunter auch solche, die, wie im Falle der (243) Ida und ihres Begleiters Dactyl, sogar einen eigenen kleinen Mond haben.

Weil der größte Asteroid Ceres nahezu kugelförmig ist und einen planetenartigen Aufbau besitzt, wurde er am 24. August 2006 von der IAU zur neuen Objektklasse der Zwergplaneten hochgestuft. Der 1930 entdeckte Pluto hingegen wurde wegen seiner geringen Größe und dem Vorhandensein vergleichbarer Objekte in seiner Umlaufbahn vom neunten Planeten zum Zwergplaneten herabgestuft.

Es wird heute allgemein angenommen, dass der Asteroidengürtel gleichzeitig mit dem restlichen Sonnensystem aus einem präsolaren Urnebel hervorgegangen ist und aufgrund der Einwirkung des Jupiter nicht zu einem Planeten zusammenwachsen konnte. Eine in der Vergangenheit populäre These, nach der es an der entsprechenden Stelle einmal einen kleinen Planeten – genannt Phaeton – gab, der aber durch die Kollision mit einem größeren Asteroiden in Stücke gerissen wurde, wird heute kaum noch vertreten.

Objekte

Verteilung der Bahnhalbachsen der Asteroiden im Hauptgürtel. Die Pfeile markieren Entfernungen, in denen sich Objekte in einer Bahnresonanz mit Jupiter befänden, wobei die erste Ziffer die Zahl der Asteroidenumläufe angibt.

Diagramm, in dem die Länge der Bahnhalbachsen der Asteroiden gegen ihre Bahnneigung abgetragen wird.
Rot: Hauptgürtelobjekte, Blau: sonstige Asteroidengruppen

Es handelt sich bei den Asteroiden um Objekte in der Größe von kleinen, unregelmäßig geformten Brocken bis zu dem Zwergplaneten im Hauptgürtel, Ceres, dessen Durchmesser mit etwa 945 Kilometern gut einem Viertel des Durchmessers unseres Mondes entspricht, aber nur 1,6 Prozent dessen Masse hat, was der Relation zwischen Mond und Erde nahe kommt. Bis auf das hellste Gürtelmitglied, Vesta, sind sie von der Erde aus nicht mit bloßem Auge auszumachen.

Die Zusammensetzung der Asteroiden ist nicht im gesamten Hauptgürtel gleich. Im inneren Bereich (zwischen 2,0 und 2,5 AE) dominieren helle Objekte der Spektralklassen E (Albedo ~0,4) und S (Albedo ~0,2), auch die V-Klasse ist dort angesiedelt. Es handelt sich dabei um silikatreiche Objekte, die im Laufe ihrer Geschichte teilweise oder auch ganz aufgeschmolzen wurden. Ab einem Abstand von etwa 2,5 AE dominieren die dunklen, kohlenstoffhaltigen Asteroiden der Spektralklasse C (Albedo ~0,05). Ihre Zusammensetzung unterscheidet sich deutlich von den Asteroiden im inneren Bereich des Hauptgürtels: Sie dürften aus einer Mischung von Eis und Gestein hervorgegangen sein, die nur mäßig erhitzt wurde. Im äußeren Bereich des Asteroidengürtels treten dann vermehrt Objekte der Spektralklassen D und P auf. Diese sind dem C-Typ zwar ähnlich, wurden aber in ihrer Geschichte offenbar kaum nennenswert erhitzt, sodass auf ihrer Oberfläche noch Eis vorhanden sein könnte. Mit zunehmendem Abstand von der Sonne ist also eine Entwicklung von Objekten mit komplexer geologischer Vergangenheit bis hin zu primitiven (wenig veränderten) Asteroiden feststellbar, die noch den hypothetischen Planetesimalen aus der Frühzeit des Sonnensystems entsprechen.

Verteilung

Die Asteroiden zwischen Mars und Jupiter sind nicht gleichmäßig verteilt, da die Gravitation des Planeten Jupiter – er vereint rund 70 Prozent der Gesamtmasse der Planeten unseres Sonnensystems in sich – Bahnstörungen verursacht. Bei ganzzahligen Verhältnissen der Umlaufzeiten der Asteroiden und des Jupiter treten Resonanzen auf, die den Gravitationseffekt verstärken. In manchen dieser Bereiche sind keine stabilen Asteroidenbahnen möglich, so dass hier Lücken im Hauptgürtel auftreten. Nach dem Astronomen Daniel Kirkwood, der diese Lücken bereits 1866 festgestellt hatte, wurden sie Kirkwoodlücken genannt.

Auffällig sind die 4:1 Resonanz bei 2,06 AE, die den Hauptgürtel nach innen begrenzt, die Hestia-Lücke (3:1), die 5:2 Resonanz-Zone und die Hecuba-Lücke (2:1), die die äußere Grenze des Hauptgürtels bei 3,3 AE bildet. Zwischen der 4:1 und 2:1 Resonanz befindet sich die überwiegende Mehrzahl der Objekte zwischen Mars- und Jupiterbahn, außerdem besitzen sie verhältnismäßig geringe Bahnneigungen. Außerhalb dieses Hauptgürtels liegen vereinzelt kleinere Asteroidengruppen, die sich an Resonanzbereichen ansammeln, welche einen stabilisierenden Effekt auf ihre Umlaufbahnen ausüben.

Umgebung des Hauptgürtels (Entfernungen in AE)

Die Bereiche der Hauptgürtelasteroiden sind rot dargestellt, die der kleineren Asteroidengruppen blau.

Asteroidengruppen im Hauptgürtel

Diagramm in dem die Länge der Bahnhalbachsen von Asteroiden des Hauptgürtels gegen ihre Bahnneigung abgetragen wird. Asteroidenfamilien machen sich als signifikante Häufungen bemerkbar.

Gruppen von Asteroiden, die gemeinsame Bahnelemente, wie Länge der Halbachse, Bahnneigung oder Exzentrizität, teilen und eine ähnliche Zusammensetzung aufweisen, werden als Asteroidenfamilien bezeichnet. Die Familien entstanden durch die Kollision größerer Objekte und bestehen aus den resultierenden Fragmenten. Viele Planetoiden des Hauptgürtels lassen sich so in neun größere Gruppen einteilen, die jeweils nach dem zuerst entdeckten Vertreter benannt sind.

Innerer Hauptgürtel:

• Die Flora-Familie ist eine relativ große Gruppe von Asteroiden der S-Klasse im inneren Gürtel (2,15 – 2,35 AE). Ihre Bahnen weisen eine Neigung von 1,5° bis 8° auf. Etwa 4 – 5 % aller Hauptgürtelasteroiden gehören zu dieser Gruppe.

• Zur Vesta-Gruppe gehören Planetoiden mit Bahnneigungen zwischen 5° und 8° in einer Entfernung von 2,25 bis 2,5 AE (außerhalb der 7:2 Resonanz). Sie gehören meist der V-Klasse an. Etwa 6 % aller Hauptgürtelasteroiden gehören zu dieser Familie, deren bekanntestes und größtes Mitglied der Namensgeber Vesta ist.

• Die Nysa-Gruppe liegt in einer ähnlichen Entfernung wie die Vesta-Asteroiden, jedoch weisen ihre Mitglieder Bahnneigungen von nur 1° bis 5° auf. In der Nähe befinden sich auch Objekte der Massalia-Gruppe, deren Bahnen nur um 0 – 2,5° geneigt sind.

Mittlerer Hauptgürtel:

• Eine weitere große Gruppe wurde nach dem Asteroiden Eunomia benannt und erstreckt sich hinter der Hestia-Lücke mit Bahnhalbachsen zwischen 2,5 und 2,8 AE. Die Objekte gehören meist der S-Klasse an und besitzen Bahnneigungen zwischen 11° und 16°. Mit über 4600 Mitgliedern gehören etwa 5 % aller Hauptgürtelasteroiden zu dieser Familie.

• Die Gefion-Familie befindet sich in Entfernungen zwischen 2,7 und 2,8 AE. Die Bahnneigung der Mitglieder, die meist zur S-Klasse gehören, beträgt 7,5° bis 10,5°. Innerhalb der Gruppe liegt die Bahn des Zwergplaneten Ceres, der jedoch nicht zu dieser Familie gehört, da sich seine Zusammensetzung deutlich von der der anderen Objekte unterscheidet.

Äußerer Hauptgürtel:

• Die Objekte der Koronis-Gruppe besitzen geringe Bahnneigungen (0° – 3,5°) und stellen die Mehrheit der Asteroiden, die sich in einer Entfernung von 2,8 bis 2,95 AE befinden, und werden von den Zonen, auf denen eine 5:2 bzw. 7:3-Resonanz zu Jupiter herrscht, begrenzt. Das bekannteste Mitglied der Familie ist der Asteroid (243) Ida.

• Die Eos-Gruppe liegt in einer Entfernung von 2,99 – 3,03 AE und weist Bahnneigungen zwischen 8° und 12° auf.

• Die Themis-Familie enthält Asteroiden mit Bahnhalbachsen im Bereich von 3,08 und 3,24 AE und Bahnneigungen mit weniger als 3°.

• Zur Hygiea-Gruppe zählt ca. 1 % der Hauptgürtelasteroiden. Sie befinden sich in ähnlicher Entfernung wie Asteroiden der Themis-Gruppe, haben allerdings eine höhere Bahnneigung (4° – 6°). Die Mitglieder sind meist Objekte der B- und C-Klasse.

Sonstige Vorkommen

Etwa zehn Prozent der bekannten Asteroiden laufen nicht auf Bahnen zwischen Mars und Jupiter.

• Innerhalb der Marsbahn bewegen sich die Amor-Typ-, Apollo-Typ- und Aten-Typ-Asteroiden.
• Auf den Bahnen der Planeten Mars, Jupiter und Neptun laufen Asteroiden um die Sonne, die als Trojaner bezeichnet werden.
• Zwischen Jupiter und Neptun umkreisen nur wenige Asteroiden die Sonne, die als Zentauren bezeichnet werden.
• Jenseits des Neptun bewegen sich Transneptune bzw. Objekte des Kuipergürtels (KBO - Kuiper Belt Objects). In diesem Bereich werden mehr Objekte vermutet als im Hauptgürtel, aufgrund der großen Entfernung sind sie aber schwieriger nachzuweisen. Zudem finden sich unter den Transneptunen auch einige Objekte, deren Durchmesser über 1000 km liegt, und die somit die größten Asteroiden im Hauptgürtel übertreffen.

Ein weiterer Asteroidengürtel, die Vulcanoiden, ist innerhalb der Merkurbahn zu erwarten, konnte aber bisher wegen der Sonnennähe nicht nachgewiesen werden.

Fiktionen

Asteroidengürtel bieten in Science-Fiction-Filmen ein dramaturgisches Element, sind in der Darstellung der Objektdichte in aller Regel aber maßlos übertrieben. Szenen wie die Verfolgungsjagd in den Star-Wars-Filmen Das Imperium schlägt zurück oder Angriff der Klonkrieger zeigen extrem dichte Felder aus sich schnell bewegenden Objekten, die nur durch Pilotenkunst zu meistern sind. Die bislang einzige wirklichkeitsnahe Darstellung nach dem Beispiel des Asteroidengürtels im Sonnensystem bot der SF-Film 2001: Odyssee im Weltraum, welcher eine Szene enthält, in der das Schiff einem einsamen Asteroiden begegnet.
Eine Raumfahrt durch den Hauptgürtel bedeutet in der Regel nur eine geringe Gefahr, wie die zahlreichen Raumsonden, die ihn schon durchquerten, bewiesen haben. Tatsächlich sind aufwendige Kursberechnungen nötig, um einen Asteroiden zu treffen, da sich die scheinbar große Zahl von mehr als 400.000 auf ein immenses Raumgebiet verteilt.

Literatur

• Sternenbote: Jahrgang 45/12, Seite 222-234: Die Asteroiden - Dramatik und Schutt im Planetensystem: Gottfried Gerstbach: Artikel auf der Seite des Autors im PDF-Format abrufbar: http://www.g.gerstbach.at/papers/Asteroid1202gg.pdf
• Mario Trieloff, Birger Schmitz, Ekaterina Korochantseva: Kosmische Katastrophe im Erdaltertum. Sterne und Weltraum 46(6), S. 28 - 35 (2007), ISSN 0039-1263

Siehe auch

• Liste der Asteroiden
• Liste der Entdeckungen der Planeten und ihrer Monde

Weblinks

• Überblick über die Asteroidengruppen
• Wiener Zeitung; Chr. Pinter: „Der zertrümmerte Planet“
• Minor Planet Center (Englisch)

Das Sonnensystem

Zentralgestirn: Sonne

Planeten: Merkur · Venus · Erde · Mars · Jupiter · Saturn · Uranus · Neptun

Zwergplaneten: Ceres · Pluto · Haumea · Makemake · Eris

Himmelskörper: Planeten · Zwergplaneten · Monde · Meteoroiden · Asteroiden · Kometen

Objekthäufungen: Asteroidengürtel · Kuipergürtel · Oortsche Wolke · Heliopause