Wie ich Pluto killte: Mike Brown Understand article

Übersetzt von Alois Regl. Die Welt zu verändern ist schon spektakulär genug. Mike Brown hat gleich das Sonnensystem geändert. Eleanor Hayes erklärt, wie.

Pluto
© Calvin J Hamilton
(www.solarviews.com)

Bis 2006 war es für die meisten Nicht-Astronomen klar: Das Sonnensystem war etwas Unveränderliches und niemand zweifelte daran. Das galt bis zu dem Tag, an dem entschieden wurde, dass Pluto kein Planet mehr sei. Hören Sie die Geschichte von Mike Brown, der unabsichtlich Plutos Schicksal besiegelte und uns gleichzeitig ein neues Verständnis darüber gebracht hat, was ein Planet ist, oder was nicht.

Die Geschichte begann im späten 19. Jahrhundert mit der Suche nach „Planet X“, dem neuen Planeten des Sonnensystems. Im Jahre 1846 hatten Astronomen beobachtet, dass die Umlaufbahn des Uranus um die Sonne durch „irgendetwas“ gestört ist. Es stellte sich heraus, dass der Störfaktor der riesige Gasplanet Neptun war. Als man (fälschlicherweise) feststellte, dass Neptuns Umlaufbahn ebenfalls gestört war, vermuteten die Astronomen als Ursache dafür einen weiteren massiven Planeten, noch weiter von der Sonne entfernt: Planet X.

Dafür, dass der Planet X so riesig sein sollte, war er allerdings erstaunlich schwer zu finden. Als Clyde Tombaugh ihn im Jahre 1930 endlich entdeckte, wurde die Ursache dafür klar. Der eben entdeckte neue Planet Pluto – so benannt auf Grund eines Vorschlags eines 11 Jahre alten Schulmädchens – war vergleichsweise winzig. Der Durchmesser betrug nur etwa drei Viertel von jenem unseres Mondes. Mike Brown, Professor für Planetarische Astronomie am California Institue of Technology (Caltech)w1, USA, sagt dazu „Die meisten Leute glauben, dass Pluto ein ziemlich bedeutender Himmelskörper im Sonnensystem ist. Er wird oft gleich groß wie Merkur dargestellt.

Das Sonnensystem vor 2006. Die Planeten selbst sind maßstabgetreu dargestellt, die Abstände zwischen ihnen allerdings nicht. Von links nach rechts: Sonne, Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun und Pluto. Zum Vergrößern auf das Bild klicken
© Calvin J Hamilton (www.solarviews.com)

Obwohl man 1930 dachte, dass Pluto etwas größer und etwas massiver sei als er tatsächlich ist, fiel den Astronomen jedoch auf, dass seine Umlaufbahn etwas seltsam war. Die anderen Planeten umkreisen die Sonne auf nahezu kreisförmigen Bahnen, die gemeinsam eine flache Scheibe formen. Plutos Orbit ist im Gegensatz dazu um etwa 20° gegen diese Scheibe geneigt. Gleich nach seiner Entdeckung wurde Pluto als „der seltsame Planet am Rand des Sonnensystems“ gesehen, sagt Mike.

Neptune
© Calvin J Hamilton
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Etwa 60 Jahre später “begann Pluto plötzlich Sinn zu machen, weil durch die Entwicklung der digitalen Kameras und größerer Teleskope die Astronomen immer besser in der Lage waren, Objekte im äußeren Bereich des Sonnensystems, jenseits des Neptun, zu finden”. Das erste dieser Objekte wurde 1992 entdeckt, und innerhalb eines Jahrzehnts kannte man 500 davon. Alle wurden auf dieselbe Art gefunden wie Clyde Tombaugh Pluto entdeckte: ganze Serien von Bildern aufnehmen und nach bewegten Objekten suchen. Dieser Bereich von Objekten jenseits von Neptun wird heutzutage Kuiper Gürtel genannt. Alle Objekte hatten Umlaufbahnen ähnlich jener von Pluto – geneigt und elliptisch. Obwohl 2002 Pluto wesentlich größer war als alle anderen solchen Objekte, „war es klar, dass Pluto ein Teil der Kuiper Gürtel Objekte war und nicht Teil des Planetensystems. Aber viele Leute waren verzweifelt darum bemüht, ihn dennoch Planet zu nennen.“

Pluto wäre wahrscheinlich weiterhin als Planet bezeichnet worden, wäre da nicht diese frustrierende bewölkte Nacht im Dezember 1999 gewesen. Das Teleskop blieb unbenutzbar, und Mike sagte zu einer Kollegin: „Ich glaube, dass es jenseits von Pluto noch einen Planeten geben muss“. Er wies darauf hin, dass die kleinen Objekte des Kuiper Gürtels mit sehr gezieltem Suchen in einem sehr kleinen Ausschnitt des Himmels gefunden wurden. Wenn man nur herausfinden könnte, wie man gleichzeitig den gesamten Himmel durchmustern könnte, wäre er fest davon überzeugt, dass sie etwas Größeres als Pluto finden müssten.

“Ich wettete mit ihr, dass irgendjemand innerhalb der nächsten fünf Jahre einen Planeten jenseits von Neptun finden würde. Aber vor allem war ich überzeugt, dass ich derjenige sein würde!“

Mike wollte die Wette unbedingt gewinnen und machte sich daran, die beste Kombination aus Teleskop und Kamera zu finden, mit der man den gesamten Himmel würde überwachen können. „Astronomen wurden eigentlich immer schlechter beim Überwachen großflächiger Himmelsareale. Clyde Tombaugh benutzte fotografische Platten, die an das Teleskop montiert waren, aber in den späten 90ern benutzte man digitale Kameras. Diese waren lichtempfindlicher, aber nicht so gut geeignet, um große Bereiche am Himmel zu sehen.“

Eine digitale Kamera mag vielleicht keinen großen Bereich überdecken, aber durch das Zusammenschalten von 112 solcher Kameras erhielt Mike die zu diesem Zeitpunkt größte digitale Kamera der Welt. Er montierte sie an das Weitfeldteleskop am Palomar Observatorium des Caltech in Kalifornien. Über eine Mikrowellenverbindung konnte er es von zu Hause aus fernsteuern. Dieses Stück Kabel ist eines von Mikes Lieblingsstücken seiner Ausrüstung. „In den zehn Jahren, in denen ich fast jede Nacht an diesem Teleskop arbeitete, musste ich niemals nach Palomar fahren, immerhin eine dreistündige Fahrt von meinem Haus weg. Statt dessen konnte ich Dinge tun wie andere normale Menschen auch, zum Beispiel heiraten und ein Kind bekommen.“

Nacht für Nacht richteten Mike und seine Kollegen Chad Trujillo und David Rabinowitz ihr Teleskop auf einen kleinen Bereich des Himmels und nahmen drei Bilder innerhalb von drei Stunden auf. Eine Batterie von Computern verglich dann diese Bilder, um alles zu identifizieren, was sich bewegte. „Der Computer ist OK, aber das Auge kann Rauschen besser herausfiltern – das sind kleine von der Kamera produzierte Fehlstellen im Bild. Jeden Morgen präsentierte der Computer ein- oder zweihundert Objekte, von denen er glaubte, sie würden sich bewegen. Ich ging dann die Bilder durch und suchte diejenigen heraus, auf denen sich wirklich etwas bewegte.“

“Man kann eine ganze Menge über ein Objekt aus diesen Bildern herauslesen. Alles im Sonnensystem bewegt sich. Allein die Tatsache, dass sich etwas bewegt, bestätigt, dass es zum Sonnensystem gehören muss. Man kann daraus sogar schließen, wie weit es weg ist, indem man sich ansieht, wie schnell es sich bewegt. Die Objekte, die uns am nächsten sind, bewegen sich am schnellsten. Über die Helligkeit lässt sich die Größe abschätzen. Solche Objekte leuchten nicht von selbst; sie reflektieren nur das Sonnenlicht. Damit sie mehr Sonnenlicht reflektieren, müssen sie also größer sein.

“Es ist spannend, jeden Morgen zur Arbeit zu gehen und zu denken ‘heute könntest du etwas sehen, das sich über den Himmel bewegt, und du wirst das erste menschliche Wesen sein, das es jemals gesehen hat.’ In mein Büro zu gehen, mich hinzusetzen und durch die hundert Fotos zu blättern war der schönste Teil meines Arbeitstages.“

Die Bilder, die Mike Brown
zur Entdeckung eines neuen
potenziellen Planeten
führten. Auf das Bild klicken,
um die bewegte Version zu
sehen

Mit freundlicher Genehmigung
von Mike Brown

“Sie werden daher meine Reaktion verstehen, als ich am 5. Jänner 2005 die Bilder durchsah und das hier entdeckte.” Im Gegensatz zu rund 60 anderen Objekten, die Mike und seine Kollegen schon gefunden hatten, bewegte es sich sehr langsam. Das bedeutete, es war weit entfernt. „Es war weit hinter dem Kuiper Gürtel, weiter entfernt als alles, was wir vorher gesehen hatten, und es war gleichzeitig das hellste Objekt, das wir jemals entdeckt hatten. Diese Kombination war ein Hinweis darauf, dass das Ding sehr, sehr groß sein müsste.“

“Wir sahen sofort, dass es mindestens so groß war wie Pluto. Wenn Sie sich an meine Wette aus dem Dezember 1999 erinnern, war das unser Kriterium für einen Planeten. Ich hatte die Wette also gewonnen – aber leider war das am 5. Jänner 2005 und die Wette endete am 31. Dezember 2004. Glücklicherweise gab sie mir eine Fristverlängerung von fünf Tagen.”

Wie sah seine Umlaufbahn aus? Hatte das Objekt eine kreisförmige Umlaufbahn, wie sie die großen Planeten haben? Oder hatte es eine geneigte und ellipsenförmige wie Pluto und die Objekte im Kuiper Gürtel? Glücklicherweise haben Astronomen über die Jahrzehnte hinweg viele Bilder des Sternenhimmels aufgenommen. Mike Brown und seine Kollegen gingen die Bilder durch, zurück bis ins Jahr 1950. Dadurch konnten sie die Form der Umlaufbahn rekonstruieren: Sie war noch elliptischer als jene von Pluto, und rund 45° gegen die Ebene der acht großen Planeten des Sonnensystems geneigt.

Dann wendeten sie sich der Frage der Größe zu. Die Tatsache, dass das Objekt hell war – es reflektierte also sehr viel Sonnenlicht – , legte nahe, dass es groß sein musste. „Aber es gibt zwei Möglichkeiten, wie viel Sonnenlicht reflektiert werden kann: entweder ist der Himmelskörper groß und besteht aus dunklem Material, oder er ist klein und ist von Schnee oder Eis bedeckt. In beiden Fällen wird die gleiche Menge an Sonnenlicht reflektiert.“ Um herauszufinden, was hier zutraf, verwendeten Mike und seine Kollegen das Hubble Weltraumteleskop. Die Ergebnisse zeigten eine Überraschung: Ihr neu entdecktes Objekt war nur ungefähr so groß wie Pluto. Warum konnte es also so hell sein?

Eine künstlerische Darstellung von Eris, dem neuen Zwergplaneten, links davon die Sonne
Mit freundlicher Genehmigung von NASA / JPL-Caltech

Sie vermuteten, dass es wahrscheinlich eine Frage der Atmosphäre sei. “Pluto hat bei seiner größten Annäherung an die Sonne eine Atmosphäre; unser Objekt würde ebenfalls eine haben, aber es ist derzeit so weit entfernt von der Sonne, dass die Atmosphäre an der Oberfläche ausfriert. Wir dachten, die Atmosphäre bestünde wahrscheinlich aus Stickstoff, wie jene von Pluto und auch unsere, und sie wäre zu einer dünnen Schicht gefroren und machte dadurch das Objekt unglaublich reflektiv. Das Gleiche würde auf der Erde passieren, entfernte man sie nur weit genug von der Sonne. Einziger Unterschied: Sie hätte eine 10 Meter dicke Stickstoffschicht haben würden statt 0.5 Millimeter.

Welche Bedeutung hatte also die Entdeckung dieses ‘neuen’ Objekts? In gewisser Weise keine, sagt Mike. „Es ist noch immer exakt dasselbe Sonnensystem, nur mit etwas Rauschen am Rand.“ Die Diskussion um Pluto entfachte erneut: Falls das neue Objekt ein Planet sein sollte, wo zieht man die Trennlinie?

Nach längeren hitzigen Diskussionen entschied die Internationale Astronomische Vereinigung (IAU), die Anzahl der Planeten auf acht zu reduzieren: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Pluto, Ceres (früher als Asteroid eingestuft) und das neu entdeckte Objekt wurden der neuen Kategorie der Zwergplaneten zugeordnet (siehe Kasten).

Die drei Himmelskörper, die 2006 als Zwergplaneten klassifiziert wurden: Pluto, Ceres und Mike Browns neues Objekt, ursprünglich 2003 UB313 genannt.
Dieses Bild von Pluto wurde aus einer Karte erzeugt, die anhand einer Reihe von Aufnahmen des Hubble Weltraumteleskops angefertig wurde. Das Bild von 2003 UB313 ist eine künstlerische Darstellung. Das Bild von Ceres stammt wieder vom Hubble

© Calvin J Hamilton (www.solarviews.com)
Eine künstlerische
Darstellung des neuen
Zwergplaneten Eris

Mit freundlicher Genehmigung
von ESO / L Calçada

Mike glaubt, dass die Entscheidung richtig war – und er ist nicht einmal sehr enttäuscht über den Verlust seines Planeten. „Mein ursprüngliches Ziel 1999 war, den zehnten Planeten zu finden. Aber ich denke, wenn man die Welt dazu bringt, das Sonnensystem neu zu sehen, ist das sogar noch besser. Das Sonnensystem ist ein schöner und tiefgründiger Platz. Es wird aufgewertet durch die Erkenntnis, dass die acht Planeten die Basis sind, durch die unzählige kleinere Himmelskörper ununterbrochen ziehen.“

Eine weitere Konsequenz der endgültigen Klassifikation war, dass Mike und seine Kollegen das Recht hatten, das von ihnen gefundene Objekt zu benennen. Ziemlich passend nannten sie es „Eris, nach der griechischen Mythologie die Göttin der Zwietracht und des Streits.“

 

Die Geschichte geht weiter

Auch heute ist die Geschichte nicht zu Ende. „Bis Anfang 2011“, erklärt Mike, „hätte ich gesagt, dass die Zusammensetzung von Eris mehr oder weniger jener von Pluto entspricht: ein Kern aus Gestein und ein großer Mantel aus Eis auf der Oberfläche – irgendwie ähnlich wie die Erde, die einen Kern aus Eisen und einen Gesteinsmantel hat.“ Die jüngste Forschungw2 (Sicardy et al., 2011), hat jedoch die Astronomen dazu gebracht, ihre Ansichten zu überdenken. Man weiß jetzt, dass Eris nur etwa die Größe von Pluto hat, aber um 27 % schwerer ist. Wie ist das zu erklären? „Pluto und Eris sind viel unterschiedlicher, als ich je angenommen hätte. Eris besteht fast zur Gänze aus Gestein, mit einer dünnen Schicht Wassereis. Die äußerste Hülle besteht aus gefrorenen Gasen: Methan, und vielleicht Stickstoff und Kohlendioxid.


 

Das Sonnensystem wird neu geordnet

Am 24. August 2006 beschloss die Generalversammlung der IAU in Prag (Tschechische Republik), dass die Planeten und die anderen Körper des Sonnensystems, ausgenommen Satelliten, drei eindeutigen Kategorien zugeordnet werden sollten.

  1. Ein Planet ist ein Himmelskörper, der (a) die Sonne umrundet, (b) genügend Masse aufweist, um durch die Eigengravitation annähernd die Form eines hyd-rostatischen Gleichgewichts (d.h. nahezu kugelförmig) zu erreichen und (c) die Umgebung in seiner Bahn bereinigt hat.
  2. Ein Zwergplanet ist ein Himmelskörper, der (a) die Sonne umrundet, (b) genügend Masse aufweist, um durch die Eigengra-vitation annähernd die Form eines hydrostatischen Gleichgewichts (d.h. nahezu kugelförmig) zu erreichen, (c) die Umgebung in seiner Bahn nicht bereinigt hat und (c) kein Satellit ist.
  3. Alle anderen Objekte, außer Satelliten, die die Sonne umrunden, werden als Kleinkörper des Sonnensystems bez-eichnet.

Quelle: www.iau.org/public_press/news/detail/iau0603

 


 

Danksagung

Diese Artikel basiert auf einer Vorlesung von Professor Brown, als Teil der “Silicon Valley Astronomie Vorlesungen”w3, mit Genehmigung von Professor Brown und der Pazifischen.

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References

  • Sicardy B (2011) A Pluto-like radius and a high albedo for the dwarf planet Eris from an occultation. Nature 478: 493-496: doi: 10.1038/nature10550

Web References

  • w1 – Um mehr über Mike Browns Arbeit zu erfahren, besuchen Sie seine Webseite der Universität: www.gps.caltech.edu/~mbrown
  • w2 – Um mehr über die jüngsten Messungen an Eris zu erfahren, konsultieren Sie die Presseaussendung der ESO: www.eso.org/public/news/eso1142
  • w3 – Mike Browns Vorlesung und viele andere aus der Serie der „Silicon Valley Astronomie Vorlesungen“ können angehört oder downgeloadet werden, oder man kann sie als Podcasts über die Website der „Pazifischen Astronomischen Gesellschaft“ abonnieren: www.astrosociety.org/education/podcast

 

Resources

  • Die gesamte Geschichte der Mitwirkung von Mike Brown am Niedergang Plutos kann man in seinem Buch nachlesen:
    • Brown M (2010) How I Killed Pluto and Why it Had it Coming. New York, NY, USA: Spiegel & Grau. ISBN: 978-0385531085

  • Es ist eher unwahrscheinlich, dass Sie einen neuen Planeten finden werden, aber wie man Asteroiden im Schulunterricht entdecken kann, können Sie hier nachlesen:

Author(s)

Dr Eleanor Hayes ist die Chefredakteurin von Science in School. Sie studierte Zoologie an der Universität Oxford, UK, und schloss mit einem Doktorat in Insektenökologie ab. Anschließend arbeitete sie einige Zeit in der Universitätsverwaltung und ging dann nach Deutschland. Dort wandte sie sich der Wissenschaftspublizistik zu, zunächst für ein Bioinformatik-Unternehmen und dann für einen Verein. 2005 ging sie an das Europäische Molekularbiologische Labor, um dort Science in School aus der Taufe zu heben.


Review

Der Artikel beschreibt die Arbeit von Professor Mike Brown, seine Jagd nach dem zehnten Planeten des Sonnensystems – und dem unerwarteten Ergebnis. Er basiert auf einer Vorlesung von Professor Brown, daher ist der Stil angenehm, wie in einer spannenden Abenteuergeschichte.

Der Artikel könnte im Physik-, Astrophysik- oder Geografie-Unterricht hilfreich sein, aber auch im Sprachunterricht, in Biologie oder sogar im Geschichtsunterricht. Jeder Lehrer wird einen Weg finden, diesen Artikel dazu zu benützen, um Interesse an Wissenschaftsthemen zu wecken – auch solche Lehrer, die wenig Wissen über Physik haben.


Gerd Vogt, Höhere Lehranstalt für Umwelt und Wirtschaft, Ysperrtal, Österreich




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