Planet 9! Der Planet im äußersten Sonnensystem den es vielleicht gibt oder vielleicht auch nicht war schon oft Thema hier im Blog. Anlässlich seiner „Entdeckung“ habe ich eine lange Artikelserie (Teil 1, Teil 2, Teil 3, Teil 4) geschrieben und auch später immer mal über die Versuche ihn aufzuspüren. Wir vermuten, dass weit außerhalb der Bahn des Neptun noch ein weiterer Planet seine Runden um die Sonne ziehen könnte, weil die Bahnen von Asteroiden und Kometen die wir in diesen Regionen beobachtet haben nicht ganz so verlaufen, wie man es eigentlich erwarten würde. Der gravitative Einfluss eines noch unentdeckten Planeten wäre eine Erklärung dafür (allerdings nicht die einzige). Ein so weit entferntes Objekt – Planet 9 wäre circa 500 mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde – ist schwer zu finden. Weswegen wir das auch noch nicht getan haben. Und so lange Planet 9 nur hypothetisch existiert, existieren auch jede Menge Spekulationen. Zum Beispiel, dass es sich nicht um einen Planeten handelt, sondern um ein schwarzes Loch.
Das ist rein theoretisch natürlich möglich. Die bisherigen Befunde sagen ja genaugenommen nur, dass die beobachtete Abweichung bei den Bahnen der Kleinkörper im äußeren Sonnensystem durch die Existenz einer unbekannten Masse hervor gerufen werden kann. Und eine „Masse“ muss kein Planet sein – auch ein schwarzes Loch hat Masse und kann genau den gleichen Effekt verursachen. Wenn die Masse eines schwarzen Lochs aber so groß wie die eines kleinen Planeten sein soll (Planet 9 ist circa 10 mal schwerer als die Erde), dann kann es kein normales schwarzes Loch sein. Denn die sind ja normalerweise die Überreste schwerer Sterne und dementsprechend massereich (mit einem Vielfachen der Sonnenmasse). Sowas kann dort draußen definitiv nicht rumfliegen; einen so starken gravitativen Einfluss hätten wir längst unzweifelhaft bemerkt. Schwarze Löcher mit Massen die der eines Planeten entsprechen können nicht so einfach entstehen. Planeten kollabieren nicht einfach zu einem schwarzen Loch. Solche „Mini-Löcher“ können nur kurz nach dem Urknall selbst entstanden sein; weswegen man sie auch „primordiale schwarze Löcher“ nennt. Wir wissen nicht, ob solche seltsamen Objekte vor 14 Milliarden Jahren wirklich entstanden sind; sie sind genau so hypothetisch wie Planet 9 selbst. Weswegen ich persönlich es auch für enorm unwahrscheinlich halte, dass da im äußeren Sonnensystem wirklich ein primordiales schwarzes Loch rumfliegt.
Wir wissen dagegen sehr wohl, dass Planeten bei den chaotischen Prozessen während der Entstehung von Sonnensystemen in genau die weit entfernten Regionen geschleudert werden, wo wir jetzt Planet 9 suchen. Es wäre eigentlich sehr unwahrscheinlich, wenn wir in den fernen Regionen hinter Neptun keine weiteren Planeten mehr hätten. Aber gut, wenn man gerne spekulieren möchte, dann kann man natürlich spekulieren und warum soll man dann nicht auch über primordiale schwarze Löcher im äußeren Sonnensystem nachdenken? Einer, der auf jeden Fall kein Problem mit Spekulationen hat, ist Edward Witten, der weltweit führende Stringtheoretiker, der genau auch mal als der „klügste Mensche der Welt“ bezeichnet wird. Darüber kann man diskutieren; nichtsdestotrotz ist es natürlich nicht überraschend, wenn sich jemand wie Witten über primordiale schwarze Löcher Gedanken macht. Immerhin ist sein Arbeitsgebiet die suche nach einer Theorie die Gravitation mit der Quantenmechanik vereint; Objekte die enorm schwer und enorm klein sind gehören da quasi zum Arbeitsalltag. Und wenn wir tatsächlich irgendwann mal ein Mini-Loch finden würden, wäre das absolut relevant um besser zu verstehen, wie die Welt der Gravitation mit der Teilchenwelt der Quanten in Einklang zu bringen ist.
Witten also hat sich überlegt, wie man die Existenz eines kleinen schwarzen Lochs nachweisen kann („Searching for a Black Hole in the Outer Solar System“). Obwohl sich seine Arbeit vorranging damit beschäftigt, wie man irgendwas mit entsprechender Masse dort draußen lokalisieren kann. Handelt es sich um einen Planeten, werden die Teleskope der Astronomie ihn irgendwann finden. Ist es aber ein schwarzes Loch, dann können wir noch so lange schauen ohne dabei Erfolg zu haben. Deswegen hat Witten einen direkteren Ansatz untersucht: Angenommen wir schicken jede Menge kleine Raumfahrzeuge hinaus ins All; in alle Richtungen und möglichst schnell. Die Geschwindigkeit ist vor allem deswegen wichtig, wenn man in absehbarer Zeit Resultate haben will; ansonsten kann man sich natürlich auch ein paar Jahrhunderte Zeit lassen. Wenn man aber in ~10 Jahren schon wissen will, was los ist, dann muss man mit circa einem Zehntel Prozent der Lichtgeschwindigkeit unterwegs sein. Was kein aktuelles Raumfahrzeug schafft. Aber das private Breakthrough Starshot Projekt. Hier will man – ganz simpel gesagt – winzige, leichte Mini-Raumschiffe (eher fliegende Mikrochips) ins All schicken. Die nicht mehr können, also ihre Position durchzugeben und vielleicht ein paar Bilder zu machen. Angetrieben werden sie durch gigantische Laserstrahlen die von der Erde aus auf sie gerichtet werden. Der Druck des Laserlichts beschleunigt die „starchips“ dann und bringt sie auf den Weg. Und wenn sie dann im äußersten Sonnensystem sind, können sie von Planet 9 vom Weg abgebracht werden. Man muss, wie Witten vorrechnet, die Signallaufzeit zwischen starchip und Erde auf 0,00001 Sekunden genau messen können. Dann lassen sich Abweichungen registrieren die von der Gravitationskraft von Planet 9 verursacht werden. Wenn man 1000 von den winzigen Dingern in alle Richtungen losschickt, hat man gute Chancen, die Position des Objekts zu identifizieren. Und wenn man die erst mal hat, kann man gezielt hinfliegen und den Planet bzw. das schwarze Loch im Detail untersuchen.
Alles so weit klar; rein theoretisch spricht nichts gegen den Plan. Praktisch aber sehr viel; zum Beispiel dass es „Breakthrough Starshot“ nur auf dem Papier gibt. Wo es auch auf absehbare Zeit bleiben wird. Die kleinen „starchips“ wird man sicher bald gebaut kriegen. Etwas kritischer sehe ich aber die Produktion des Laserantriebs. Man braucht einen wirklich starken Laser (100 Gigawatt) und ich kann mir nicht vorstellen, dass man so etwas ohne gröbere weltpolitische Verstimmungen einfach bauen und in die Gegend stellen kann. Der wer garantiert, dass man damit wirklich nur kleine Forschungssonden antreibt. Und nicht vielleicht doch mal schnell den einen oder anderen Spionagesatellit abschießt o.ä.
Also: Ein hypothetischer Himmelskörper könnte durch ein hypothetisches kosmologisches Konzept erklärt und ein hypothetisches Raumfahrtprojekt erforscht werden. Das ist zwar sehr interessant. Aber ich würde trotzdem nicht allzu gespannt auf die Realisierung all dessen warten…
Den Streit bei Bau und Betrieb solcher Superlaser gäbe es sicherlich. Aber wer hat schon Interesse daran, Satelliten abzuschießen? Die entstehenden Trümmer gefährden letztlich auch immer die eigenen teuren Anlagen, mit denen man auch noch etwas anderes vorgehabt hätte.
Aber etwas anderes: Wie groß und wie aktiv wäre denn die Akkretionsscheibe eines primordialen Schwarzen Lochs im äußeren Sonnensystem? Klar, sie wäre eine schwache Mikroscheibe, aber die Strahlung müsste man angesichts der vergleichsweise geringen Distanz doch eigentlich trotzdem nachweisen können, oder? Selbst wenn die Teleskope nur ab und an einzelne Peaks im Gamma- oder Röntgenbereich detektieren sollten, müsste das doch hilfreich sein.
@Captain: „wer hat schon Interesse daran, Satelliten abzuschießen? Die entstehenden Trümmer gefährden letztlich auch immer die eigenen teuren Anlagen“
Wer hat schon Interesse daran Krieg zu führen? Schädigt letztlich immer auch das eigene Land und die eigene Wirtschaft…
@Captain: „Wie groß und wie aktiv wäre denn die Akkretionsscheibe eines primordialen Schwarzen Lochs im äußeren Sonnensystem?“
Nicht jedes Loch muss ne Akkretionsscheibe haben. Die hat man nur, wenn da auch was ist was akkretiert werden kann. Wenn da nix ist, gibts auch keine Scheibe. Das wird im äußeren Sonnensystem vermutlich der Fall sein. Deswegen kann man so ein Ding ja nur über Gravitation aufspüren. Ich glaube nicht, dass man „ab und an einzelne Peaks“ aus dem Grundrauschen identifizieren könnte.
Wie lange würde denn ein schwarzes Loch mit der 5 bis 15fachen Masse der Erde überhaupt existieren bevor es verdampft? Und das Loch (also der Ereignishorizont) wäre ja so extrem winzig, dass man das wohl auch kaum mit einer Raumsonde nach der Entdeckung treffen kann. Mal kurz den Rechner angeschmissen: Masse 5-15 mal die Erde würde einen Schwarzschildradius von 45 bis 135 mm. Dazu so schwarz wie nichts anderes im Weltall. Wird mit der Anpeilung sicherlich ziemlich schwierig 🙂
@René: „Wird mit der Anpeilung sicherlich ziemlich schwierig „
Es kommt nicht auf die Größe an. Sondern auf die Masse. Ein Trumm mit den 5fachen Erdmasse kann man nicht „übersehen“. Denn die gravitative Wirkung ist ja trotzdem da, auch wenn das Objekt selbst winzig ist. Aus den Flugbahnen der Raumsonden und den durch das Loch verursachten Abweichungen kann man seine Umlaufbahn und Position recht exakt berechnen.
@René:
Wenn du das Verdampfen wegen der Hawking-Strahlung meinst: Die Hawking-Temperatur eines (Schwarzschild-)Schwarzen Lochs mit einer Masse im Bereich der eines Planeten ist deutlich kleiner als die Temperatur der Hintergrundstrahlung. D.h. das Schwarze Loch würde eher durch Absorption von Hintergrundstrahlung größer werden, als durch Emission von Hawking-Strahlung kleiner zu werden.
Wenn ich mich nicht verrechnet habe, sind beide Temperaturen gleich für eine Masse von etwa 0.8% der Erdmasse. (Ich würde mal vermuten, dass der Punkt, an dem sich beide Effekte gegenseitig aufheben, nicht exakt bei 0.8% der Erdmasse liegt. Denn die Hintergrundstrahlung besteht nur aus Photonen, die Hawking-Strahlung gibt es aber meinem Verständnis nach für alle Arten von Teilchen (wobei die abgestrahlte Leistung von der Ruhemasse abhängt).)
Wikipedia-Artikel zur Hawking-Strahlung:
Bedeutet: ein planetenmassengroßes Schwarzes Loch ist heiß und damit mit jedem Infrarotfernglas in der Erdumlaufbahn zu sehen.
Bedeutet 2:Wenn man als Masse des zu entdeckenden Körpers 10^26 kg annimmt und der schon seit Anfang Bestandteil des Sonnensystems und gleichzeitig ein Schwarzes Loch sein soll, dann ist dessen Lebensdauer mit etwa (1/10.000 M[Sol]^3 = 10^-12 Lebensdauer[Sol]). Für 10^64 * 10^-12 ergeben sich dann 10^52 Jahre.
Ein primordiales SL, das also bereits seit Urknall am Start ist, ist zur Zeit der Bildung des Sonnensystems schon läppische ~10^10 Jahre am Start, kann also noch mal 10^42 Urknälle bis jetzt überdauern.
„Verdampfen“ ist also noch’n bissl hin, wenn ich das richtig verstanden habe.
@Tox: weiter auseinanderliegen als wir beide gerade kann man nicht so leicht, oder? 😀
@Bullet: Im Wikipedia-Artikel zur Hawking-Strahlung steht auch, dass die Hawking-Temperatur proportional zum Kehrwert der Masse ist.
Wenn ein SL von 10^12Kg eine Temperatur von 10^11K hat, dann ist der Wert für 10^24kg entsprechend 0.1K.
Also niedriger als die Temperatur des CMB.
Wird nichts mit dem Infrarot-Fernglas 🙁
@Florian Freistetter:
Einerseits hinkt dieser Vergleich, und zum anderen läuft nicht jeder Krieg ab wie die beiden Weltkriege für die Länder Europas. Die USA betrachten beide Kriege wohl erheblich entspannter, da die Auswirkungen erheblich geringer waren.
Satellitenabschüsse hat es in der Vergangenheit testweise bereits gegeben, aber die Frage ist doch, ob der kurzfristige Vorteil, einem Gegner seiner Optionen zu berauben, es wert ist, sich am Ende seine Technik zu zerschießen – selbst wenn der Gegner gar nicht zurück schießt!
Was ich überhaupt nicht verstehe ist, warum das Segel bei Leistung im Gigawattbereich, die sie ja reflektieren muss, nicht augenblicklich schmilzt?
Sollte das Schwarze Loch etwa das gleiche Schicksal ereilen, wie den Pluto?
Doch kein Planet?
Dann hätte ich schon mal einen Namen: Planet
So wie der Mond Mond heißt: Und Im Fall, dass Planet der Planetenstatus wieder aberkannt wird, hätten wir wieder das P für „Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unsere neuen Planeten“.
@Karl-Heinz:
Was glaubst du denn, was vom Laser da oben ankommt beim Weg komplett durch die Atmosphäre? Schließlich ist die Rayleigh-Streung im Rückwärtsbereich sehr stark, so ca. 50%? Natürlich hängt das auch von der Farbe des Lasers ab. Aber um den Reflektor zu schmelzen, braucht es eine hohe Temperatur, so ca 2000°C schätze ich. Hat so ein Laser eigentlich eine Temperatur, und wie könnte ich die abschätzen, so bei 100GW?
@Fluffy
Die Segel der Raumsonden müssten das Laserlicht nahezu vollständig reflektieren. Würden sie auch nur 0,01 Promille der Laserenergie absorbieren, würden sie augenblicklich gegrillt und damit zerstört. Trotzdem müssen sie stabil genug sein, um Kräfte bis zum 60 000-fachen der Erdbeschleunigung auszuhalten. Ich denke, dass man sicher mehr als die 1000 Segler losschicken muss, da viele es nicht schaffen werden. 🙂
Was sind denn 0.01 Promille von 100 MegaWatt?
Ich glaube ungefähr 1000 Watt, also 1 KiloWatt.
Glaubst das reicht aus um einen Metallspiegel zu schmelzen?
Und wie kommst du auf das 60 000-fache der Erdbeschleunigung?
@Fluffy
Welch Fläche haben die Segeln?
@Fluffy
Tust du Zahlen unterschlagen?
Von 100 GigaWatt auf 100 MegaWatt!
Der logische Ort für so einen übergroßen Laser wäre die abgewandte Seite des Mondes, aber natürlich auch die am schwierigste zu realisierende.
Was ich mich bei Projekten wie Starshot frage ist wie groß soll denn die Antenne sein welche die schwächlichen Signale dieses Projektils auffängt. Selbst wenn das Segel als Antenne fungiert, ein paar mW Sendeleistung vom Centauri System aus sind verdammt wenig.
@Thomas
Bezüglich Machbarkeit zum Breakthrough Starshot Projekt gibt’s noch ziemlich viele offene Fragezeichen. Ein Beispiel gefällig?
So ein Solarsegel, dass mit einem 100 GigaWatt-Laser bestrahlt wird, ist zwischen 20 und 100 Quadratmeter groß. Jetzt kannst du mal versuchen ausrechnen, wie groß das Reflexionsvermögen des Lichtsegels mindestens sein muß, damit das Segel nicht augenblicklich verdampft. Das Ergebnis ist erschreckend und zugleich niederschmetternd.
Ich drücke mich mal ganz lieb aus. So ein Matetial gibt es nicht und wird es auch in naher Zukunft nicht geben! Punktum!
Wie sagt man so schön: Man muß nicht alles glauben, was einem so erzählt wird.
Aber andererseits, bezüglich Machbarkeit eines LASERARRAY zum Satelliten abschießen, das klingt schon interessanter. Da hat Florian gar nicht so Unrecht, wenn ihm das ganze nicht koscher vorkommt. 😉
Flüssigkristall-Segel, Beugung
https://www.scinexx.de/news/kosmos/lichtsegel-reitet-laserstrahl/
@Fluffy
Schubkraft F= 2*P/c
P … Leistung = 100 GigaWatt
F … Schubkraft
c … Lichtgeschwindigkeit =3 • 10^8 m/s
g = 10 m/s^2 Erdbeschleunigung
m … Masse der Sonde = 1,11g = 1,11 • 10^(-3) kg
F = 2 * 10^11 / (3•10^8) = 667 N
Man beachte die nur Schubkraft von 6,7 Newton bei 1 GigaWatt Leistung!
a … Beschleunig
a = F/m = 667/ (1,11 • 10^-3) =600.900 m/s^2
a = 60.900 fache Erdbeschleunigung
Ist aber unrealistisch, da ich der Meinung bin, dass kein Segel eine Leistungsdichte von 1 GigaWatt/ m^2 aushält.
Das ist zwar viel weiter weg als Planet 9, aber sehr interessant:
https://www.fr.de/wissen/schwarzes-loch-erdnaehe-sonnensystem-begleitsterne-universum-milchstrasse-galaxie-zr-13750745.html?utm_source=pocket-newtab
@Funsailor
Oh Schreck
Ich musste gleich nachsehen, ob das System HR 6819 mit seinem Schwarzen Loch uns näher kommt oder nicht. Dabei lebe ich ja gar nicht so lange, dass dies relevant wäre. 🙂
Das ist im Prinzip möglich, denn nach meinen Rechnungen muss man nur erklären, wie es dann zu der errechneten Dichte kommen kann.
Antwort gibt die “Dynamisch Gravitationstheorie” die zur Weltformel führt,
danach soll die Lichtablenkung an einer Masse sich ergeben aus dem
Gradienten der Oberflächenentwicklung, also ergibt sich, wenn man den Radius
um eine Einheit ändert ein Gradient zu
(r+1)^2/r^2
und ausgerechnet, dann
1 + 2/r + 1/r^2,
und das wäre dann für kosmische Radien etwa
1 + 2/r,
das dürfte dann der Brechungsindex BI einer Masse sein. Folglich ist die
Änderung dann
2/r
Benutzen wir nun diesen Bi und betrachten, bei welchen Radius ist die
Krümmung dann 360 ° damit sich Licht nicht mehr von der Masse entfernt, dann
ergibt sich aus den Brechungsgesetz
BI = c_0/c_r
dann ergibt sich nach obigem für 360 ° ein Radius der Masse zu
r = 2/360*c_0 = 1/180*c_0. = 1,85E-11 m
Nun hatte ich festgestellt, dass auf der Erde gilt
c = sqrt(m*G/r*pi^2)
worin G = 1 m^3/ kgs^2 gesetzt ist,was dann nach m aufgelöst
m = c_0^2*r*pi^2 kg
ergibt und wenn man dann r normiert. also = 1 m setzt, ergibt sich
m = c_0*pi^2/180 = 1,64E7 kg
Das ergibt dann für eine Kugelmasse eine Dichte von
1,64E7/(4*Pi/3) = 3,91E6 kg/m^3