Jenseits von Pluto: Max-Planck Radioastronomen vermessen ferne Kleinplaneten

Der neuentdeckte Kleinplanet Quaoar im Grössenvergleich mit Pluto, Mond und Erde. (Bild: NASA & Bertoldi)

Wissenschaftlern vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn gelang es, den Durchmesser von vier der fünf größten und fernsten Kleinplaneten unseres Sonnensystems zu bestimmen

Der grösste dieser Himmelskörper wurde im Juni von Planetenforschern des California Institute of Technology entdeckt und von diesen nach einem Schöpfungsmythos der kalifornischen Tongva-Stammes „Quaoar“ getauft. Die Radiobeobachtungen der Bonner Astronomen mit dem IRAM-30m-Teleskop zeigen, daß Quaoar mit einem Durchmesser von ca. 1250 km das größte Objekt ist, dass seit der Entdeckung von Pluto im Jahre 1930 im Sonnensystem gefunden wurde.

Die neuen Kleinplaneten wurden zunächst als punktförmige und sich langsam bewegende Objekte auf optischen Himmelsaufnahmen identifiziert. Die Bonner Astrophysiker Frank Bertoldi und Wilhelm Altenhoff konnten nun durch Messung der Wärmestrahlung der vier hellsten Kleinplaneten deren Durchmesser auf zwischen 700 bis 1200 km bestimmen. Ihre kalifornischen Kollegen, die ihre Entdeckung von Quaoar am 7. Oktober 2002 auf einem Kongress der American Astronomical Society in Birmingham im US Bundesstaat Alabama bekannt gaben, konnten Quaoar in optischen Bildern des Hubble Space Teleskops sogar direkt vermessen, was bisher wegen ihrer winzigen Ausdehnung bei keinem anderen solcher Objekte gelungen war.

Die vier Kleinplaneten befinden sich in den äußersten Regionen unseres Sonnensystems, jenseits von Pluto in einer Entfernung von mehr als 4 Milliarden km, über 30 mal weiter als der Abstand zwischen Erde und Sonne. Sie sind Mitglieder des sogenannten Kuiper-Gürtels von etwa hunderttausend Kleinplaneten, die unsere Sonne auf stabilen Bahnen mit Umlaufzeiten von ca. 300 Jahren umkreisen. Die Existenz solch eines Rings von Kleinplaneten wurde Mitte letzten Jahrhunderts von den Astronomen Kenneth Edgeworth (1880-1972) und Gerard P. Kuiper (1905-1973) vermutet. Die erste Sichtung eines Edgeworth-Kuiper-Objekts (EKO) gelang aber erst 1992, und seitdem wurden über 550 EKOs entdeckt.

Eine direkte Größenbestimmung der EKOs war bisher wegen ihrer grossen Entfernung nicht möglich. Mit dem 30-Meter Teleskop von IRAM in Südspanien und MAMBO, einem sehr empfindlichen Wärmesensor des Bonner Max-Planck-Instituts, gelang es den Bonner Forschern nun, die Wärmestrahlung von vier der fünf grössten EKOs zu messen.

„Die Geschwindigkeit, mit der sich ein Kleinplanet am Himmel bewegt, verrät uns dessen Entfernung“, erklärt Dr. Frank Bertoldi, „und damit können wir die durch Sonnenstrahlung bestimmte Oberflächentemperatur des Objekts ausrechnen. Die von uns gemessene Stärke der Wärmestrahlung, die von der Oberflächentemperatur und der Grösse abhängt, zeigt uns dann, wie gross der Kleinplanet ist. Hingegen erlaubt die optische Helligkeit, die nur reflektiertes Sonnenlicht ist, keinen genauen Aufschluss über die Grösse, weil das recht niedrige Reflektionsvermögen der Oberfläche nicht vorab bekannt ist“.

„Die Entdeckung der beiden grossen EKOs durch die amerikanischen Kollegen ist beeindruckend und wichtig“, bekennt Dr. Wilhelm Altenhoff, der seit Jahrzehnten die Planeten und Kometen erforscht. „Es werden im kommenden Jahr bestimmt noch viele neue und vielleicht noch grössere dieser Objekte dazukommen. Uns interessiert dabei die Ausdehnung der EKO-Wolke und besonders, wieviel Masse in all den EKOs insgesamt steckt. Denn dies erlaubt interessante Rückschlüsse auf den Ursprung unseres Planetensystems; die EKOs sind eine Art Schutthalde, eine archäologische Fundstätte, die ursprüngliche und unveränderte Überreste des Sonnennebels enthält, aus dem sich die Sonne und Planeten entwickelt haben. Die Bestimmung der Grösse und Reflektivität der grossen EKOs ist wichtig, weil deren Kenntnis uns erlaubt, die Gesamtmasse der vielen kleineren EKOs abzuschätzen, die ja zu winzig sind, als dass wir ihren Durchmesser direkt messen könnten.“

Die fünf grössten bekannten Edgeworth-Kuiper Objekte

Name Sonnenabstand  Durchmesser bestimmt durch mit
Quaoar 42 au 1250 +-50 km 1200 +-200 km Brown, Trujillo Bertoldi, Brown, Trujillo, Margot HST IRAM 30m
Ixion 43 au 1055 +-165 km Altenhoff, Bertoldi IRAM 30m
Varuna 43 au 900 +-140 km Jewitt, Aussel, Evans JCMT
2002AW197 48 au 890 +-120 km Margot, Brown, Trujillo, Bertoldi IRAM 30m
1999TC36 31 au 675 +-100 km Altenhoff, Bertoldi IRAM 30m
      Anmerkungen:

  • JCMT = James-Clerk-Maxwell Teleskop, Hawaii
  • HST = Hubble Space Telescope
  • au = „Astronomische Einheit“ = mittlerer Erde-Sonne Abstand, ca. 150 Mio. km.
  • Ixion, griech. Mythologie, thessalischer König, der zur Strafe für seine Annäherung an Hera in Tartarus an ein drehendes Rad gebunden wurde.

Die Messungen bei Millimeter-Wellenlängen wurden mit dem IRAM 30-m Teleskop auf dem Pico Veleta bei Granada in Spanien durchgeführt (Abb. 2).

Der an diesem Teleskop benutzte äusserst empfindliche Bolometer-Detektor wurde am Max-Planck-Institut für Radioastronomie von Dr. Ernst Kreysa und seiner Gruppe entwickelt und gebaut. Das Institut für Radioastronomie bei Millimeterwellenlängen (IRAM) wird gemeinsam von der Max-Planck-Gesellschaft, dem französischen Centre National de Recherche Scientifique und dem spanischen Instituto Geografico Nacional mit Hauptquartier in Grenoble betrieben.

Dr. Frank Bertoldi
Telefon: 0228/525-377 oder 0179/8567872
Fax: 0228/525-229
e-mail: bertoldi@mpifr-bonn.mpg.de

Dr. Wilhelm Altenhoff
Telefon: 0228/525-293 Fax: 0228/525-229
e-mail: waltenhoff@mpifr-bonn.mpg.de

Dr. Norbert Junkes (MPIfR Öffentlichkeitsarbeit)
Fax: 02257/301-105
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