Kuipergürtel

Kuipergürtel (nichtmaßstäbliches Schema)

Der Kuipergürtel (engl. Kuiper belt) ist eine ringförmige, relativ flache Region, die sich in unserem Sonnensystem außerhalb der Neptunbahn in einer Entfernung von ungefähr 30 bis 50 Astronomischen Einheiten (AE) nahe der Ekliptik erstreckt und tausende Objekte, darunter schätzungsweise mehr als 70.000 Objekte mit mehr als 100 km Durchmesser, enthält.

Probleme mit der Benennung

Der Kuipergürtel ist nach Gerard Kuiper benannt, der 1951 einen Artikel über Objekte jenseits des Pluto veröffentlichte. Da diese Theorie jedoch kaum mit der heutigen Sicht dieser Region übereinstimmt, ist vor allem im englischsprachigen Raum auch häufiger vom Edgeworth Belt oder Edgeworth-Kuiper Belt (nach Kenneth Edgeworth) die Rede. Die im englischsprachigen Raum verwendete Bezeichnung „Edgeworth-Kuiper-Belt“ ist auch die historisch bessere Benennung, da sowohl Edgeworth (1949) als auch Kuiper (1951) unabhängig voneinander die These aufgestellt hatten, dass sich hinter der Neptunbahn ein Bereich befindet, in dem sich aus planetarischem Material (Staub) Kometen bilden. Die Objekte in diesem Bereich werden als Kuiper Belt Objects (KBO) oder transneptunische Objekte (TNO) bezeichnet.

Klassifizierung

Verteilung der bisher bekannten Objekte im Kuipergürtel. Die strahlenförmige Verteilung ist durch die bisherigen, punktuellen Suchprogramme verursacht.

Die bis jetzt circa 1000 bekannten Objekte dieser Region lassen sich aufgrund ihrer Bahnelemente in mehrere unterschiedliche Gruppen unterteilen:

• Resonante KBOs sind Objekte, die sich auf resonanten Bahnen zu Neptun bewegen und dadurch in ihrer Bahn bei ungefähr 40 AE stabilisiert werden (zum Beispiel Plutinos mit einer 3:2-Resonanz). Ein Drittel der heute bekannten KBOs sind resonante KBOs.
• Klassische KBOs (CKBO oder Cubewanos) bewegen sich mit kleinen Exzentrizitäten auf nahezu kreisförmigen Bahnen zwischen 41 und 50 AE mit Bahnneigungen von bis zu 30°. Die Bezeichnung Cubewano leitet sich vom Asteroiden (15760) 1992 QB₁ ab (Q B One), der als erstes dieser Objekte entdeckt wurde. Etwa zwei Drittel der bekannten KBOs bewegen sich auf einer solchen kreisähnlichen Bahn um die Sonne.
• Gestreute KBOs (SKBO oder SDO) 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 (zum Beispiel (15874) 1996 TL₆₆ mit einer stark elliptischen Bahn und einer Bahnneigung von 24°).

Seit 1978 ist bekannt, dass Pluto mit Charon einen sehr großen Begleiter hat, man spricht deshalb auch vom Pluto-Charon-System. Zwischen 1997 und 2001 wurden unter den bis dahin bekannten etwa 500 KBOs weitere acht Zweifachsysteme gefunden, die sich auf alle drei KBO-Gruppen verteilen.

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.

Entstehung

Verteilung der bisher bekannten Objekte im Kuipergürtel senkrecht zur Ekliptik.

Die KBOs sind während der Planetenbildung vermutlich nahe der Region entstanden, in der sie heute beobachtet werden. Während sich im dichteren inneren Bereich sehr schnell sehr viele Planetesimale bildeten und sehr bald zu Planeten heranwuchsen, vollzog sich dieser Vorgang in den dünneren äußeren Bereichen sehr viel langsamer. Die Überbleibsel bilden die heute beobachtbaren KBOs.

Die CKBOs bewegen sich nahezu kreisförmig, wie man es für in diesem Bereich entstandene Objekte erwartet. Die teilweise recht großen Bahnneigungen erfordern jedoch einen Mechanismus, der sie aus der Ekliptik ablenkt. Dieser Mechanismus ist noch nicht verstanden:

• Eine Möglichkeit besteht darin, dass Neptun in den frühen Phasen der Planetenentwicklung massive Planetesimale (größer als die Erde) in den Kuipergürtel gestreut hat. Diese massiven Objekte könnten die großen Bahnneigungen erklären, aber sie hätten auch die resonanten KBOs stärker abgelenkt als es den heutigen Beobachtungen entspricht.
• Ein nahe vorbeiziehender Stern verursachte die Auslenkung aus der Ekliptik. Dieser Prozess würde die resonanten KBOs verschonen und auch den äußeren Rand des Kuipergürtels bei 50 AE erklären, aber der Stern hätte sich der Sonne auf einige hundert AE nähern müssen.

Die SKBOs wurden vermutlich während der Entstehung des Planetensystems von den großen Planeten nach außen gestreut. Ein Teil wurde von Neptun auf Bahnen nahe 35 AE Periheldistanz eingefangen, der Rest wurde weiter hinaus gestreut und hat sogar teilweise das Sonnensystem verlassen.

Die Bildungsprozesse der Zweifachsysteme sind bisher reine Spekulation. Das Hauptproblem der meisten Vorschläge ist dabei die große Anzahl dieser Systeme aus großen KBOs.

Kometen

Man vermutet, dass ein Großteil der Kometen mit mittleren Perioden aus dem Kuipergürtel stammt. Während man früher davon ausging, dass die Kometenkerne nahezu unverändert aus ihrer Bahn geworfene KBOs sind, geht man heute jedoch davon aus, dass es sich bei den Kometenkernen um Fragmente handelt, die aus Zusammenstößen von KBOs stammen.

Große KBOs

Schematische Darstellung der Verteilung der Objekte des Kuipergürtels; die Entfernung in astronomischen Einheiten (waagerechte Achse) ist gegen die Bahnneigung (senkrechte Achse) abgetragen, (rot: resonante KBOs, blau: CKBOs, grau: SKBOs).

Mit Stand 2005 sind acht KBOs bekannt, deren Durchmesser (bei Unsicherheiten von 10–15 %) um 1000 km oder mehr liegt. Die größten bekannten Objekte im Kuiper-Gürtel sind:

• Plutinos: Pluto (2320 km), (90482) Orcus (1600–1800 km), Charon (1270 km), (28978) Ixion (400–550 km)
• CKBOs: (136472) Makemake (1800 km), (136108) Haumea (1300 × 1800 km), (50000) Quaoar (1250 km), (20000) Varuna (450–750 km)
• SKBOs: (136199) Eris (2400 ± 100 km), (55565) 2002 AW₁₉₇ (890 km)

Geschichte

• 1930 wird mit Pluto das erste Objekt der später als Kuipergürtel bekannten Region des Sonnensystems entdeckt, jedoch noch nicht als solches erkannt, sondern als Planet eingestuft.
• 1951 veröffentlicht Gerard Kuiper eine Theorie über Objekte jenseits des Pluto.
• 1978 wird der Pluto-Trabant Charon entdeckt.
• 1992 wird mit (15760) 1992 QB₁ das erste Objekt jenseits der Plutobahn entdeckt.
• 1993 werden die ersten Plutinos (nach Pluto) entdeckt, die auch eine Diskussion über den Planetenstatus des Pluto auslösen.
• 1996 wird mit (15874) 1996 TL₆₆ das erste gestreute KBO entdeckt.
• 1998 wird mit 1998 WW₃₁ das zweite Zweifachsystem (nach Pluto) entdeckt.
• 2001 wird mit (20000) Varuna das zweite TNO (nach Pluto/Charon) mit einer Größe von etwa 1000 km entdeckt.
• 2002 wird (50000) Quaoar entdeckt.
• 2003 wird mit (90377) Sedna (vorheriger Name 2003 VB₁₂) ein TNO entdeckt, das bisher in kein Schema passt. Es scheint nicht mehr zum Kuipergürtel zu gehören, aber auch noch nicht zur Oortschen Wolke.
• 2005 wird mit (136199) Eris ein TNO entdeckt, dessen Größe die von Pluto übersteigt.
• 2006 wurden Pluto und Eris von der Internationalen Astronomischen Union offiziell als Zwergplaneten deklariert.

Extrasolare Gürtel

Kuiperähnliche Staubwolke um Fomalhaut.

Kuiperähnliche Strukturen scheinen sich auch in anderen Sonnensystemen gebildet zu haben. Ein Beispiel ist Fomalhaut. Dort wurde ein massereicher Begleiter gefunden, dessen Umlaufbahn innerhalb des Staubgürtels verläuft. Vergleichbare Planeten sind im Sonnensystem nicht zu erwarten. Ihre Existenz würde sich durch eine Verschiebung des Gesamtschwerpunkts relativ zur Sonne bemerkbar machen.

Zooniverse - Projekt IceHunters

Im Rahmen des Citizen Science Projekts IceHunters, einem Schwesterprojekt von Galaxy Zoo im Zooniverse, suchen Freiwillige in ihrer Freizeit nach Objekten im Kuiper-Gürtel, um ein Nachfolgeziel für die New Horizons-Raumsonde zu finden. Hierzu werten sie Bilder aus, die aus der Subtraktion von in zeitlichen Abständen aufgenommenen astrononischen Aufnahmen gewonnen werden. Astronomische Kenntnisse sind für diese Tätigkeit nicht notwendig.

Siehe auch

• Liste der Asteroiden

Literatur

• John K. Davies: The first decadal review of the Edgeworth-Kuiper belt. Kluwer, Dordrecht 2004, ISBN 1-4020-1781-2

Weblinks

• Artikel zum Kuipergürtel auf ajoma.de
• NASA – Kuiper Belt Gallery
• ESO – Kuiper Belt Objects
• Citizen Science Projekt ICEHUNTERS