Wie findet man einen Planeten, den man nicht sehen kann? Ganz einfach: Man sieht sich das an, was man sehen kann und sucht dort nach dem Einfluss des Planeten. So machen es die Astronomen schon seit knapp 20 Jahren auf der Suche nach extrasolaren Planeten. Die sind zu klein und zu weit weg um direkt gesehen zu werden. Aber sie bringen die Sterne, die sie umkreisen zum Wackeln oder zum Blinken und das kann man beobachten. In unserem Sonnensystem findet man unsichtbare Planeten am besten in dem man sich die sichtbaren Planeten ansieht. Jeder Himmelskörper übt eine Gravitationskraft auf alle anderen Himmelskörper aus und die gesamte Gravitationskraft bestimmt deren Bewegung. Wir müssen also nur die Gravitationskraft all der Planeten berechnen, die wir sehen können und überprüfen, ob diese Kraft ausreicht, um die Bewegung der Planeten zu erklären. Funktioniert das nicht, dann muss es irgendwo noch einen weiteren Planeten geben, der eine Gravitationskraft ausübt, die man nicht berücksichtigt hat. So hat man im 19. Jahrhundert den Planeten Neptun entdeckt und so hofft man seitdem, den „Planet X“ zu entdecken.
Und damit ist NICHT irgendein mysteriöser Himmelskörper gemeint, der laut irgendwelchen Prophezeiungen mit der Erde kollidieren soll. „Planet X“ steht wie das „X“ in der Mathematik einfach für einen hypothetischen Planeten. Und es kann durchaus sein, dass irgendwo, fern der Sonne, noch der eine oder andere unbekannte Planet seine Runden zieht. So ein Planet muss aber auch immer fern der Sonne bleiben und kann sich der Erde nicht nähern. Würde er das tun, würden wir das bemerken. Die Gravitationskraft eines Himmelskörpers hängt nicht nur von seiner Masse ab, sondern auch von seiner Entfernung. Je massereicher ein Planet ist, desto weiter weg muss er sein, damit seine gravitativen Störungen klein genug bleiben, um bisher nicht weiter aufzufallen.
Denn momentan ist da tatsächlich kaum etwas, das auffällt. Alle Planeten bewegen sich genau so, wie sie es tun sollten. Es gibt keinen Hinweis darauf, dass wir den gravitativen Einfluss irgendeines unbekannten Planeten verpasst haben. Das heißt nicht, dass es so einen Planeten nicht gibt. Aber es heißt, dass er weit genug entfernt sein muss, denn sonst wäre sein Einfluss viel größer. Ein paar sehr vage Hinweise wurden in den letzten Jahren bei Asteroiden in der Oortschen Wolke gefunden. Deren Bahnen verhalten sich so, als könnten sie von einem kleineren Planeten beeinflusst worden sein. Ein Planet mit einer Masse die zwischen der doppelten und 15fachen Erdmasse liegt und der 200 bis 300 Mal weiter von der Sonne entfernt ist als die Erde könnte die Asteroiden entsprechend beeinflusst haben.
Aber wäre so eine „Supererde“ auch weit genug weg, um die Bahnen der restlichen Planeten nicht zu beeinflussen? Das hat der Mathematiklehrer und Physiker Lorenzo Iorio kürzlich nochmal nachgerechnet („Planet X revamped after the discovery of the Sedna-like object 2012 VP113?“). Er hat sich die aktuellen Daten für die Veränderungen in den Planetenbahnen angesehen und überprüft, wie viel Spielraum da für einen „Planet X“ noch bleibt. Die Bahnen der Planeten verändern sich ständig (wenn auch nur um sehr kleine Beträge) aber all diese Veränderungen lassen sich durch den gravitativen Einfluss der bekannten Planeten erklären. Aber wir können die Bahnen nicht beliebig genau messen und dieser Messfehler hält dem „Planet X“ eine Tür offen. Wenn er nicht zu nahe an die Planeten heranrückt, könnten seine Störungen im allgemeinen Rauschen der Instrumentenfehler und Beobachtungsungenauigkeiten untergehen.
Iorio hat nun ausgerechnet, wie weit er mindestens weg sein muss: Mindestens 496 mal weiter als die Erde, wenn er die doppelte Erdmasse hat und 970 mal weiter weg bei 15facher Erdmasse. Also auch deutlich weiter weg, als der Planet, der für die Unregelmäßigkeiten in den Bahnen der Asteroiden in der Oortschen Wolke verantwortlich sein soll. Gäbe es diesen Planeten wirklich, dann müsste er sich eigentlich schon längst bemerkbar gemacht haben! Die Unregelmäßigkeiten der Asteroidenbahnen sind also höchstwahrscheinlich auf einen anderen Effekt zurückzuführen bzw. was noch wahrscheinlicher ist: Einfach nur Zufall! Immerhin kennt man noch nicht allzu viele Objekte in diesen fernen Regionen, da kann sowas durchaus passieren.
„Planet X“, sofern er tatsächlich existiert, ist auf jeden Fall weit weg. Wie weit er wirklich weg ist, könnte die „New Horizons“-Raumsonde klären, die nächstes Jahr beim fernen Zwergplaneten Pluto vorbeifliegt und sich dann weiter auf den Weg in die äußeren Regionen des Sonnensystems macht. Sie wird zwar noch SEHR lange nicht dort ankommen, wo sich ein noch unbekannter Planet verstecken kann. Aber ihre Flugbahn wird ebenfalls durch die gesamte Gravitationskraft aller Himmelskörper im Sonnensystem bestimmt. Und die Bahn so einer Raumsonde kann man enorm genau bestimmen. Wenn es da irgendwelche Abweichungen gibt, wird man das merken. Wenn auch New Horizon nichts besonderes auffällt, dann muss sich ein noch unbekannter Planet mindestens 4700 Mal weiter von der Sonne entfernt befinden als die Erde. Irgendwo wird es im äußeren Sonnensystem mit Sicherheit noch größere Himmelskörper geben. Aber sie sind mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit so verdammt weit entfernt, dass wir große Schwierigkeiten haben werden, sie jemals zu entdecken…
Ob bei New Horizon auch so ein Effekt auftritt, wie die lange Jahre unerklärte Pioneer-Anomalie?
@Wurgl: „Ob bei New Horizon auch so ein Effekt auftritt, wie die lange Jahre unerklärte Pioneer-Anomalie?“
Naja, das würde man dann ja auch jetzt schon messen können…
Okay.
Die Größenordnung der Bahnstörung wird wohl im selben Bereich liegen, daher ist mir das in den Sinn gekommen.
Wie weit er wirklich weg ist, könnte die “New Horizons”-Raumsonde klären, die nächstes Jahr beim fernen Zwergplaneten Pluto vorbeifliegt und sich dann weiter auf den Weg in die äußeren Regionen des Sonnensystems macht. […] Und die Bahn so einer Raumsonde kann man enorm genau bestimmen. Wenn es da irgendwelche Abweichungen gibt, wird man das merken.
Könnte man das nicht schon heute mit den Bahndaten der Voyager Sonden machen? Bzw. hat evtl. schon jemand geschaut, ob man aus den Bahndaten der Voyager Sonden Limits für unbekannte Planeten errechnen kann?
Wie weit geht denn das sonnensystem? Gibt es überhaupt eine sinnvolle grenze?
@Volker Racho: Wie das mit dem „Ende“ des Sonnensystems ist, habe ich hier erklärt: https://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2013/09/13/warum-voyager-1-das-sonnensystem-nicht-verlassen-aber-trotzdem-eine-historische-grenze-uberschritten-hat-und-medien-und-wissenschaftler-verwirrt-sind/
Spannender Artikel,
Kann es auch passieren, dass anstelle ein großer Planet X mehrere „Kleinplaneten“ o.ä. draussen sein könten? Also so wie Merkur, Mond, Mond Europa usw.?
@Ex-Esoteriker: „Kann es auch passieren, dass anstelle ein großer Planet X mehrere “Kleinplaneten” o.ä. draussen sein könten? Also so wie Merkur, Mond, Mond Europa usw.?“
Naja, es gibt immer mehr kleines Zeug als großes Zeug. Kleinkram wird man da draußen also sicher auch haben – aber noch schwerer finden…
@VolkerRacho:
Im Prinzip gibt es diese Grenze. Das Sonnensystem endet spätestens dort, wo vorkommende Himmelskörper nicht gravitativ an unsere Sonne gebunden ist. Knifflig wird es nur bei der Frage, wie weit draußen das genau ist.
@Captain E.
Da, wo die Kräfte der anderen Sterne der Milchstraße stärken werden als die der Sonne. Das hatten wir neulich in einer anderen Diskussion, 10^5 (Druckfehler war 10^6) AU oder rund 1,6 Lichtjahre. Da würde dann die Oortsche Wolke enden.
Ist es eigentlich nicht sehr unwahrscheinlich, dass New Horizons nahe genug an so einem hypothetischen Planeten vorbei fliegt, um merkbar beeinflusst zu werden? Ich meine, wenn der Planet 470 AE weit weg ist, dann hat er eine Periode von ca 10.000 Jahren, und New Horizons wird in ca 150 Jahren diese Umlaufbahn gekreuzt haben. Wenn der Planet sich dann auf der anderen Seite der Sonne befindet, oder auch nur halbwegs weit weg, dürfte sich kaum etwas bemerkbar machen.
Wenn sich etwas feststellen ließe, wäre das natürlich sehr spannend.
Ich glaube, die Voyager Sonden bewegen sich jetzt aus der Ekliptik weg; wenn der Planet nicht eine sehr exzentrische Umlaufbahn hat, entfernen sie sich inzwischen eher von dem Planeten oder kommen ihm zumindest nicht wesentlich näher, daher wird sich da vermutlich leider nichts feststellen lassen.
@camil7: „Ist es eigentlich nicht sehr unwahrscheinlich, dass New Horizons nahe genug an so einem hypothetischen Planeten vorbei fliegt, um merkbar beeinflusst zu werden? „
Der Einfluss ist da, egal ob die Sonde nahe oder weit weg vorbeifliegt. Je näher, desto stärker. Aber wenn da innerhalb vin 4700 AE ein Planet mindestens so groß wie die Erde ist, ist der Einfluss auf jeden Fall groß genug um bemerkt zu werden (zumindest laut Iorio).
@Florian
Du meinst, wir könnten ihn nicht an Messungen von erdnahen Objekten machweisen, weil diese von dem Planeten fast exakt gleich stark in die gleiche Richtung beschleunigt wird wie die Erde, aber eine Sonde in größerer Entfernung von der Erde würde in eine etwas unterschiedliche Richtung gezogen werden, wodurch der Einfluss nachweisbar wird?
Nachdem ich auch das von Iorio referenzierte Paper mit den Berechnungen überflogen habe, ist mir klar geworden, wieso sich das bemerkbar macht. Die Entfernung zu New Horizon soll sich auch eine Genauigkeit von 10 Metern bestimmen lassen! Unglaublich, das so etwas geht, aber damit dürfte sich einiges reißen lassen, wenn sich der Planet nicht gerade genau hinter der Sonne versteckt …
Aber die Angabe 15-fache Erdmasse ist ja nur eine „bis zu“-Angabe, die sich aus den Daten ergeben hat. Kann ja auch „nur“ eine Erdmasse haben. Ein weiterer Hinweis, dass da draussen was größeres ist, ist das Kupier cliff, was mit einem etwa marsgroßen Objekt in 60 AE erklärt wird bzw. mit einem erdgroßen Objekt in 100 AE. Aus diversen Simulationen des frühen Sonnensystem ergeben sich Möglichkeiten eines Objektes mit 0,3 bis 0,7 Erdmassen mit einer langgestreckten Umlaufbahn zwischen 101 und 200 AE von der Sonne, der das Kuiper Cliff und Sedna oder 2012 VP113 erklären kann ( https://arxiv.org/abs/0712.2198 ). MIt Zufall können diese Resonanzen nicht erklärt werden.
Das wäre natürlich eine Sensation, die Frage ist, ob das Objekt als Planet definiert werden kann, also ob er auch seine Umgebung tatsächlich leergeräumt hat oder ob er nur ein bis zu erdgroßer Komet ist – ich würde ja letztere Variante als faszinierender empfinden.
@camil7#14: Gravitation kann sich nicht „verstecken“.
@Gustav#15:
Wenn ein Komet erdgroß wäre, gäbe es ihn nicht, weil er sich dank seiner Schwerkraft zu einem ordentlichen Planeten oder Zwergplaneten zusammengeballt hätte.
@Kryptonoob Mit dem „verstecken“ meinte ich, dass der gravitative Einfluss im Fall „Planet steht hinter der Sonne“ nicht mehr unterscheidbar ist vom Einfluss kleinerer sonnennaher Körper.
Konkret habe ich vermutet, dass ein noch nicht entdeckter kleiner Asteroid aus dem Asteroidengrtel (mit < 5 AU ist der aus Sicht von Pluto "sonnenah") denselben Effekt wie ein in gleicher Linie hinter der Sonne stehender Planet hätte. Eine kurze Überschlagsrechnung hat mich aber überzeugt, dass das nicht stimmt: selbst bei einem Planetenabstand von 5000 AU ist die Gravitation immer noch genauso stark wie bei einem sonnenahen Objekt der Größe von Vesta – so was wäre aber schon aufgefallen. Also ist wider meiner Erwartung der Einfluss sogar in diesem Fall noch messbar.
@Kryptonoob: Ein Planet ist er nach der IAU definitionsgemäß dann, wenn er
i. die Sonne umkreist;
ii. im hydrostatischen Gleichgewicht ist und somit eine annähernde Kugelform besitzt; und
iii. wenn er der das dominierende Objekt seiner Umlaufbahn ist, das heißt, diese über die Zeit durch sein Gravitationsfeld von weiteren Objekten „geräumt“ hat
Bei einem erdgroßen Kometen trifft (i) und (ii) zu, aber nicht unbeding (iii). Wenn er weit draußen ist, ist es durchaus möglich, dass seine Gravitationskraft nicht ausreicht um seine Bahn frei zu räumen. Damit ist er laut Definition kein Planet.
Deine strikte Trennung von Kometen und Zwergplaneten ist mir nicht ganz klar. Komet definiere ich als Objekt mit sehr großem Wassereisgehalt, aber auch Trockeneis, CO-Eis, Methan und Ammoniak. Denke, dass „Komet“ nicht klar genug definiert ist, um diese nur in Kleinkörper einzuordnen zu können.
Mit „erdgroßer Komet“ könnte zweierlei gemeint sein: entweder ein Komet, dessen Kern erdgroß ist, oder ein Komet, dessen Koma erdgroß ist. Bei den Entfernungen, die hier im Spiel sind, bildet der Körper aber gar keine Koma aus, somit kann die auch nicht erdgroß sein. Und ein erdgroßer Körper würde von seiner eigenen Schwerkraft kompaktiert werden und ins hydrostatische Gleichgewicht kommen, also mindestens ein Zwergplanet sein.
@AmbiValent: Und wie und wo wird nun Komet als etwas definiert, dass nicht im hydrostatische Gleichgewicht sein darf?
Und was passiert, wenn ein – also falls das dann irgendwann in Jahrmilliarden doch mal passieren sollte – sich z.B. Pluto doch ins innere des Sonnensystem reinverirrt (nur mal theoretisch angenommen) und eine Koma ausbildet – darf er dann trotzdem kein Komet sein?
https://en.wikipedia.org/wiki/Dwarf_planet
„On 22 January 2014, ESA scientists reported the detection, for the first definitive time, of water vapor on Ceres, the largest object and only dwarf planet in the asteroid belt. […] he finding is unexpected because comets, not asteroids, are typically considered to „sprout jets and plumes“.“
https://www.nasa.gov/press/2014/january/herschel-telescope-detects-water-on-dwarf-planet
„The lines are becoming more and more blurred between comets and asteroids,“ said Seungwon Lee of JPL, who helped with the water vapor models along with Paul von Allmen, also of JPL. „We knew before about main belt asteroids that show comet-like activity, but this is the first detection of water vapor in an asteroid-like object.“
Was wenn mal ein Objekt aus der Oortschen Wolke geschluedert wird, dass im hydrostatischen Gleichgewicht ist und eine typische langperiodische Kometen-Bahn hat?
@Gustav
Es gibt Körper, die sowohl als Komet als auch als Asteroid klassifiziert wurden, zum Beispiel Chiron.
Aber ich wollte eigentlich ausdrücken, dass ein solches Objekt, wenn es weit entfernt ist, sich nicht von den sonstigen Eisklötzen da draußen unterscheidet, weil es so weit weg ist, dass es keine Kometen-Aktivität zeigt.
Bzgl der Aussage „Gravitation kann sich nicht “verstecken”.“
Spielt es eine Rolle in welcher Bahnebene sich ein Himmelskörper befindet? Ein Planet X könnte sich doch auch unter Umständen orthogonal zur planetaren Ebene befinden bzw würde man das dann ganz einfach feststellen können wenn dem so wäre?
@phunc: Ja, das könnte man durch die Gravitation ebenso feststellen.
Ok, das ist ja schon mal prima 🙂
Dann frage ich mich außerdem: sofern es Planet X tatsächlich gibt – würde seine Existenz dann auch andere offene Fragen beantworten oder ein „schöneres“ Gesamtbild unseres Systems liefern? Oder geht es hier ausschließlich nur darum eine einfache Erklärung für die Asteroidenbahnen zu finden?
@phunc
Die Möglichkeit, dass es weitere, nicht allzu große Planeten jenseits des Neptun gibt, ist gegeben, denn kleine, kalte Objekte sind sehr weit draußen kaum aufzuspüren; nur saturn- bis jupitergroße Planeten kann man ausschließen, weil die durch ihre Wärmeabstrahlung (Saturn und Jupiter strahlen Wärme ab, weil sie immer noch komprimieren) dem Weltraumteleskop WISE bei seiner kompletten Durchmusterung des Himmels aufgefallen wären.
Für den Aufbau des Sonnensystems braucht man keinen weiteren Planeten, lediglich die seltsamen Bahnen von Sedna und dem oben erwähnten KBO 2012 VP113 könnten damit erklärt werden, dass ein größerer Körper weiter außen mit im Spiel war. Irgendwo hier gab’s auch mal einen Artikel über eine Häufung der Orientierung von KBO-Bahnen, das könnte auch auf ein solches Objekt hindeuten. Wir werden uns wohl noch ein bisschen gedulden müsssen, bis es gefunden wird, falls es überhaupt existiert.
Es hieß zwar, durch die Beobachtung von New Horizons ließe sich dank der großen Genauigkeit feststellen, ob die Sonde von einem unbekannten Planeten abgelenkt würde. Aber wäre für solche Messungen nicht ein ungestörter, nur von Gravitation bestimmter Flug notwendig?
Wegen neuer Ziele im Kuiper-Gürtel bekommt die Sonde aber alle paar Wochen Manövrierbefehle zur Kurskorrektur. Hören die Manöver irgendwann auf, so dass eine Messung von unbekannten Schwerefeldern wieder möglich wird? Oder ist eine solche Messung nur rein theoretisch möglich, praktisch aber nicht mit der notwendigen Genauigkeit?
@AmbiValent:
„Aber wäre für solche Messungen nicht ein ungestörter, nur von Gravitation bestimmter Flug notwendig?“
Nein. Was bei den Kurskorrekturen passiert, weiss man ja ganz genau. Bis auf zich Nachkommastellen.
Sonst könnte man die Sonde ja nicht auf diese wahnsinnigen Entfernungen so zielgenau irgendwo hin bringen. Die Fehler die man dabei machen darf liegen im Millionstel Prozent Bereich.
Will meinen: Diese Manöver kann man einfach rausrechnen und würde auf jeden Fall bemerken, ob da noch irgendeine Störung vorliegt, mit der man nicht gerechnet hat.
Im Gegenteil: So eine Störung nicht zu bemerken, wäre bei der Genauigkeit mit der man manövrieren muss – sagen wir mal: ausgesprochen unvorteilhaft …
@PDP10
Ich hatte den Eindruck, die „Nadelöhre“, die der Kurs der Sonde treffen muss, würden im Bereich von Kilometern liegen. Und zwischen den Manövern würde der Kurs immer wieder gemessen, um zu bestimmen, welches Manöver genau als nächstes notwendig ist.
Gemessen am Sonnensystem mit seinen Astronomischen Einheiten sind Kilometer natürlich winzig. Aber ich dachtee, bei Iorios Berechnung der möglichen Ablenkung durch unbekannte Planeten ginge es um eine Abweichung von 10 Metern. Das wäre eine noch viel exaktere Genauigkeit als die für die Manöver.
Das dürfte dich interessieren, lieber Florian
https://motherboard.vice.com/de/read/wir-sind-wieder-vollzaehlig-forscher-finden-neunten-planeten-3534?utm_source=vicefb&utm_medium=link
@Tristan: Siehe hier: https://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2016/01/21/einige-informationen-zur-entdeckung-des-neuen-planeten-in-unserem-sonnensystems/
@Florian: Sehr schöner Artikel und so ausführlich mit weiteren Verweisen. Vllt. solltest du mal die Vice-Artikel verfassen, denn die sind oft schlecht recherchiert und enthalten viel zu wenig Informationen, sodass der Leser ohne Fachkenntnisse leicht zu verwirren ist. Danke! 🙂
@Tristan: „Vllt. solltest du mal die Vice-Artikel verfassen,“
Wenn Vice mich beauftragt und vernünftig bezahlt, dann gerne. Kenn aber niemand dort und hatte noch nie Kontakt mit denen.
@Florian: https://www.vice.com/alps/pages/jobs
Ganz unten ist eine Beschreibung für freie Mitarbeiter. Im Vice Magazine kann eigentlich jeder Journalist oder Freelancer seine Artikel verfassen. Mit verweise auf deinem Blog könnte deine Seite mit Lesern explodieren. Vice ist eine recht gut besuchte Webseite mit sehr vielen Followern weltweit incl. Facebook. Einfach mal rein lesen bei Bedarf. Lg Tristan
@Tristan: “ Mit verweise auf deinem Blog könnte deine Seite mit Lesern explodieren. „
Nun ja – ich hab derzeit genug zu tun und nicht wirklich die Zeit, mich um nen Job anderswo zu bewerben. Wenn VICE Interesse an Texten von mir hat, werden sie sich schon melden 😉 Bis dahin hat meine Seite auch so ausreichend Besucher damit ich zufrieden bin (und der Einfluss irgendeiner Verlinkung wird oft überschätzt…)