Die folgenschwere Wanderung des blauen Gasplaneten

Wie Neptun den Kuiper-Gürtel vertrieben hat

Im Anfang war eine Scheibe. Zumindest war eine Scheibe der Anfang unseres Sonnensystems (und vermutlich aller anderen ebenfalls). Um unsere junge Sonne wirbelte Materie in Form einer so genannten protoplanetaren Scheibe, eine ringförmige Wolke aus rotierendem Gas und Staub (vgl. Entstehung und Entdeckung von Planeten). In ihr verklumpt die Materie zunehmend und wird zu kleinen Planetesimalen, den Grundbausteinen für Planeten, die dann auf Umlaufbahnen um die Sonne kreisen (vgl. Babystern bemuttert exoplanetares Riesenbaby). So war das auch mit Neptun, er entstand in einer solchen Scheibe und zwar sehr viel näher an der Sonne als seine heutige Position vermuten lässt. Das ist schon länger bekannt, aber was hat das mit dem Kuiper-Gürtel zu tun?

Im Wissenschaftsmagazin Nature berichten jetzt Harold F. Levison und Alessandro Morbidelli vom Southwest Research Institute, dass Neptun auf seiner frühen Wanderung von der Sonne die kleinen Objekte aus ihrer Ursprungsbahn warf und verschleppte. Der blaue Gasplanet trieb sie vor sich her, bis sie an ihrer heutige Positionen weit draußen am Rand des Sonnensystems zur Ruhe kommen konnten.

Der Kuiper-Gürtel (oder Kuiper-Disk) befindet sich von der Sonne aus gesehen hinter dem Neptun, deswegen werden die Himmelskörper in ihm auch Trans-Neptun-Objekte (TNO) genannt. Die Region, in der viele kleine eisige Brocken kreisen, wurde 1992 entdeckt und gab seither den Astronomen viele Rätsel auf. Inzwischen sind dort fast tausend Objekte entdeckt worden, darunter auch einige ziemlich große, die einen Durchmesser bis zu tausend Kilometern haben können. Inzwischen sind viele Wissenschaftler überzeugt, dass auch Pluto ein Trans-Neptun-Objekt und kein "echter Planet" ist, da er in vielen Merkmalen den im Kuiper-Gürtel kreisenden Eisbergen gleicht (vgl. Quaoar zeigt Pluto die rote Karte).

Aber am allermeisten beunruhigte die Astrophysiker, dass Materie zu fehlen scheint. Nach den Modellrechnungen müsste die Kuiper Disk sehr viel Masse enthalten müssen, als sie bisher aufspüren konnten. Präzise gesagt mindestens das zehnfache der Masse der Erde, damit sich die größeren Objekte dort zusammen klumpen konnten. Der Überblick durch die Teleskope zeigte jedoch, dass die Region nur ungefähr ein Zehntel der Masse der Erde enthält. Levison und Morbidelli präsentieren nun des Rätsels Lösung und sie ist so einfach, dass es einleuchtet. Wenn der Kuiper-Gürtel innerhalb der protoplanetaren Scheibe sehr viel näher an der Sonne entstand und dann vom ebenfalls nach Außen drängenden Neptun vor sich hergeschoben wurde, dann stimmt die vorhandene Masse mit den theoretischen Voraussagen überein. Es ging also nichts verloren, schon gar nicht 99 Prozent der ursprünglichen Masse, sondern ein Verdrängungseffekt ist die Ursache für die heute zu beobachtenden Fakten.

Das Masseschwund-Problem steckte uns eine ganze Weile quer im Hals. Jetzt sieht es so aus, als hätten wir endlich eine mögliche Antwort gefunden. Dabei haben wir das Masseschwund-Problem nicht wirklich gelöst, wir haben es umgangen. Nach den Ergebnissen unserer Arbeit war der Raum hinter Neptun wahrscheinlich völlig leer, ohne Objekte.

Levison

Die beiden Forscher sind überzeugt, dass sich die Kuiper Disk in einer Distanz von nur fünf Milliarden Kilometer zur Sonne bildete. Neptun trieb sie dann auf seiner eigenen Wanderung am Ende der Planetenentstehungsphase noch zwei Milliarden Kilometer weiter, bis sie ihre heutige Position erreicht hatten. Levison und Morbidelli gehen davon aus, dass die protoplanetaren Scheibe sich bis dort erstreckte, wo heute Neptun residiert, also bei 30 Astronomischen Einheiten (AE - eine Astronomische Einheit entspricht dem Abstand zwischen Sonne und Erde). Der Raum innerhalb dieser Distanz enthielt und enthält genug Masse, dass die Bildung der Trans-Neptun-Objekte dort problemlos möglich gewesen wäre. Morbidelli ist zuversichtlich, dass die neue Erklärung schlüssig ist:

Einer der verwirrenden Aspekte von Neptuns Migration ist die Frage, warum er dort stoppte, wo er es tat. Unser neues Modell erklärt auch das. Neptun wanderte so lange, bis er an die Grenzen der protoplanetaren Scheibe stieß und an diesem Punkt hielt er abrupt an.