Eine Illustration des Kuipergürtels (Bildnachweis: NASA/SOFIA/Lynette Cook)
Die NASA-Mission New Horizons, die 2015 auf Pluto gestoßen ist, durchquert nun die tiefsten Tiefen des Kuipergürtels und stößt dabei auf einen kosmischen Staubsturm, der darauf hindeutet, dass in den äußersten Bereichen des Sonnensystems mehr vor sich geht, als wir uns vorstellen.
Der Weltraum ist voll von Staub, der aus winzigen Partikeln besteht, die nur wenige Mikrometer – Millionstel Meter – groß sind. Ein Großteil des Staubs in unserem Sonnensystem ist ein Überbleibsel der Entstehung der Planeten, die eine gewaltige Angelegenheit war, bei der eine Vielzahl von Objekten aufeinander prallte. Zu diesem alten Staub gesellt sich heute auch frischer Staub, der durch Mikrometeoriteneinschläge von den Oberflächen der Asteroiden und Kometen abgesprengt wurde. Dieser Staub, sowohl der frische als auch der alte, ist die Ursache für das rätselhafte „Zodiakallicht“. Der Staub reicht bis in die entferntesten Bereiche des Sonnensystems. Die Astronomen sind sich immer noch nicht ganz sicher, wie diese letzte Grenze beschaffen ist.
Der Kuipergürtel (oder Kuiper-Edgeworth-Gürtel, benannt nach den Astronomen Gerard Kuiper und Kenneth Edgeworth, die unabhängig voneinander seine Existenz vorschlugen) ist so weit entfernt, und seine eisigen Bewohner sind so klein und schwach, dass erst 1992 das erste Kuipergürtel-Objekt (KBO) jenseits von Pluto entdeckt wurde. Diese Entdeckung wurde von den Astronomen der University of Hawaii, Dave Jewitt und Jane Luu, gemacht. Seitdem wurden jedoch Tausende von KBOs gesichtet, und die Astronomen konnten vorläufig mit der Kartierung des äußeren Sonnensystems beginnen.
Jenseits des Kuipergürtels befindet sich die Streuscheibe, die von KBOs bevölkert wird, die durch Gravitationsgezeiten, die vom äußersten Planeten des Sonnensystems, Neptun, ausgehen, aus dem Kuipergürtel gestreut wurden. Die Objekte in der Scattered Disk haben in der Regel stark elliptische Bahnen, die steil zur Ebene des Sonnensystems geneigt sind und sich bis zu Hunderten von AE von der Sonne entfernen können. Eine AE, oder astronomische Einheit, entspricht der Entfernung zwischen Erde und Sonne.
Weit jenseits des Kuipergürtels und der Streuscheibe befindet sich die Oortsche Wolke, eine riesige kugelförmige Region aus gefrorenen Objekten, die sich über ein Lichtjahr von der Sonne entfernt befindet. Obwohl die Oortsche Wolke aufgrund ihrer Entfernung noch nie direkt beobachtet wurde, wissen die Wissenschaftler, dass sie existiert, da die Bahnen langperiodischer Kometen dorthin zurückverfolgt werden können.
Nun aber drohen neue Erkenntnisse von New Horizons vieles von dem, was wir anfangs über das äußere Sonnensystem zu wissen glaubten, in Frage zu stellen.
„New Horizons macht die ersten direkten Messungen von interplanetarem Staub weit jenseits von Neptun und Pluto, so dass jede Beobachtung zu einer Entdeckung führen könnte“, sagte der Astronom Alex Doner von der University of Colorado, Boulder, in einer Erklärung.
Die Entfernung zwischen dem äußeren Rand des Kuipergürtels und der Sonne wird auf etwa 50 Astronomische Einheiten geschätzt (eine AE entspricht 149,5 Millionen Kilometern oder 93 Millionen Meilen). Am 1. Januar 2019 begegnete New Horizons dem KBO namens Arrokoth, der sich in einer Entfernung von 44,5 AE von der Sonne befindet; heute befindet sich New Horizons in einer Entfernung von 58,25 AE von der Sonne und hat im April 2021 die 50 AE-Marke überschritten. In den vergangenen fünf Jahren sollte New Horizons den Rand des Kuipergürtels überflogen haben. Da die KBOs jedoch Millionen von Kilometern voneinander entfernt sind, würde New Horizons visuell nicht bemerken, dass es sie hinter sich gelassen hat. Stattdessen wäre das Zeichen ein Nachlassen der interplanetaren Staubkonzentration.
Doch der Venetia Burney Student Dust Counter (SDC) der Raumsonde, benannt nach dem kleinen Mädchen, das Pluto 1930 seinen Namen gab, hat dieses Nachlassen nicht beobachtet. Tatsächlich gibt es dort draußen so viel Staub wie immer, was die Astronomen verwirrt.
Die Flugbahn, die New Horizons durch das äußere Sonnensystem nimmt. Arrokoth wurde bei 44,6 AE angetroffen. (Bildnachweis: NASA/Johns Hopkins APL/SwRI)
Der SDC ist an der Vorderseite der Raumsonde New Horizons angebracht. Er besteht aus 14 Plastikfilm-Detektoren, die jeweils 14,2 mal 6,5 Zentimeter groß und nur 28 Mikrometer dick sind. Ein Dutzend der Detektoren ist dem Weltraum ausgesetzt, während die anderen beiden abgeschirmt sind, so dass sie als Referenzdetektoren fungieren können, die alle Ereignisse aufzeichnen, die nicht mit Staubeinschlägen in Verbindung stehen, um falsch positive Ergebnisse auszuschließen. Jedes Mal, wenn ein Staubpartikel auf einen der Detektoren trifft, hinterlässt der Aufprall eine kleine Vertiefung in der Kunststofffolie, die die Art und Weise, wie die Oberfläche Elektrizität leitet, auf subtile Weise verändert.
Eine Möglichkeit ist, dass der überschüssige Staub tatsächlich näher an der Sonne produziert und durch den Druck des Sonnenlichts, der auf die Partikel einwirkt, aus dem Kuipergürtel geblasen wurde. Das Team von Döner hält diese Theorie jedoch für unwahrscheinlich. Stattdessen wird eine verlockendere Möglichkeit favorisiert, sagen sie.
Der Kuipergürtel hat vielleicht einfach mehr zu bieten, als den Astronomen bisher bewusst war.
Das anhaltende Vorhandensein von Staub deutet darauf hin, dass sich New Horizons immer noch im Kuipergürtel befindet und dass der Kuipergürtel weitaus umfangreicher ist, als man bisher wusste, und sich über Milliarden von Meilen weiter von der Sonne entfernt erstreckt, als unsere Karten derzeit schätzen.
Es sind nicht nur die Staubzahlen, die uns das sagen. Astronomen haben mithilfe von Algorithmen des maschinellen Lernens die Beobachtungen des 8,2-Meter-Teleskops Subaru auf dem Mauna Kea in Hawaii und des Vier-Meter-Teleskops Victor M. Blanco am Cerro Tololo Inter-American Observatory in Chile durchsucht, um nach weiteren eisigen Objekten zu suchen, die New Horizons untersuchen könnte. Bislang wurden 154 Objekte in der Richtung gefunden, in die New Horizons fliegt, darunter etwa 20, denen sich die Sonde bis auf wenige Millionen Kilometer nähern wird, nahe genug für einige rudimentäre Beobachtungen. Einige dieser 154 Objekte scheinen sich jedoch jenseits des Kuipergürtels zu befinden, und zwar nicht auf einer exzentrischen Umlaufbahn, wie sie für die Streuscheibe typisch ist, sondern in der Ekliptikebene, die auch der Kuipergürtel teilt.
Gehören sie zu einem größeren Kuipergürtel oder vielleicht sogar zu einem zweiten Gürtel?
„Die Idee, dass wir einen erweiterten Kuiper-Gürtel entdeckt haben könnten – mit einer ganz neuen Population von Objekten, die kollidieren und mehr Staub produzieren – bietet einen weiteren Anhaltspunkt, um die Geheimnisse der am weitesten entfernten Regionen des Sonnensystems zu lösen“, so Doner.
Eine künstlerische Darstellung der NASA-Raumsonde New Horizons. Der Student Dust Counter befindet sich auf der Unterseite des Fahrzeugs, wie aus dieser Perspektive zu sehen ist. (Bildnachweis: NASA/Johns Hopkins APL/SwRI/Steve Gribben)
New Horizons segelt durch unerforschte Gewässer. Nur vier Raumsonden haben diese Strecke bisher passiert – Pioneer 10 und 11 sowie Voyager 1 und Voyager 2; keine war mit einem Staubzähler wie New Horizons ausgestattet.
Während die Pioneer-Sonden seit langem inaktiv sind und die Voyager-1-Sonde zu schwächeln beginnt, verfügt New Horizons über genügend Treibstoff und Energie, um bis in die 2040er Jahre zu überleben, wenn sie sich weit über 100 AE von der Sonne entfernt haben könnte. Wenn seine Energie nachlässt, wird er wahrscheinlich die Karte des äußeren Sonnensystems völlig neu gezeichnet haben.
Die neuen Ergebnisse der SDC wurden am 1. Februar in der Zeitschrift Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
