Kleinkörper im universum
Vortrag vom Jahr 1998:
Kleinkörper im
Sonnensystem
1. Einführung:
- eine exakte Abgrenzung zw. den verschiedenen Kleinkörpern ist nicht möglich
- keine genauen Angaben bei welcher Masse oder Größe von Meteorid oder Planetoid zu sprechen ist
- sowie: Übergang von Meteorit zu den interplanetaren Partikeln (Mikrometeoride) bis zum interplanetaren Staub-Gas-Medium ( an dem sich das Sonnenlicht einmal in der Korona und im Zodiakallicht streut)
- die Kleinkörper unterscheiden sich in ihren physikalischen Eigenschaften und Größen wenig von einigen Monden und von den Partikeln der Planetenringen
( d.h.: Mars-Mond Phobos könnte ein eingefangener Planetoid sein)
- stehen in Verbindung mit Planeten
- jedoch zeichnen sie sich besonders durch ihre Bewegung um die Sonne aus
( sie beschreiben mehr oder weniger exentrischen Ellipsenbahnen, Parabelbahnen u. Hyperbelbahnen um die Sonne)
2.
Planetoiden
Entdeckung:
- Nacht des 1. Januars 1801 entdeckte Giuseppe Piazzi einen Himmelskörper
(Name: Ceres)
- es war ein Himmelskörper der sich in einer Bahn zwischen der Mars. und der Jupiterbahn um die Sonne bewegt
- bis 1807 kamen noch Pallas, Juno u. Vesta hinzu
- einige weitere 100 wurden bis zum Ende des Jh. gefunden
- erst als 1890 die Himmelsphotographie zur Suche nach diesen Himmelskörpern eingesetzt wurde, wuchs die Anzahl schnell, ® heute sind über 5500 in ihre Bahn gesicherte Planetoiden bekannt
- es gibt jedoch noch Tausende
Entstehung
1.: Urwolke: war Materie ® zu wenig Gravitationskräfte Þ kein Planet
oder 2.
: früheren Planet der durch Meteoriten einschläge zerspaltet Þ Asteroiden
- es wird vermutet das die Planetoiden Reste kleiner fester Körper aus der Entstehung des Planetensystems sind
Himmelsmechanik:
- für die Himmelsmechanik ist Erforschung der Kleinkörper sehr fruchtbar gewesen
® kann man mit Hilfe der Planetoiden die Entfernung Sonne - Erde messen, etc.
- die Gravitationskräfte der großen Planeten haben die Schar der Planetoiden so geordnet wie sie heute zu finden sind ® wahrscheinlich
- die meisten Planetoiden bewegen sich im Hauptgürtel zw. Mars und Jupiter
- Umlauf ist rechtsläufig
- jedoch können auch Planetoiden wie Hermes der Erde bis auf 0.004AE (doppelte Mondentfernung) nahe kommen, der Sonne bis auf 0,24 AE ® bisher sonnennächste Planetoid
® Frage: zw. welchen beiden Planeten bewegt er sich? = Erde - Mars
- Buch: Die Trojaner ..
.
Größe:
- größte Planetoid: Ceres: Durchmesser: 940km
Masse: 1.2 * 10 21
- die 3 nächstgrößten P. haben einen Durchmesser zw. 200 und 940km
- alle anderen Planetoiden Durchmesser sind kleiner
® 250 P. mit Durchmessern über 100km
ca.
1Million über 1km
- Gesamtmasse aller Planetoiden ist kleiner als die Mondmasse
Helligkeit:
- einige Planetoiden zeigen einen Lichtwechsel (heller - dunkler)
® bemerkenswert: nicht durch Ahel und Perihel
sondern: Lichtwechsel als Folge der Rotation eines unregelmäßigen Körpers
Zusammensetzung / Oberfläche:
- auf vielen Planetoiden vorwiegend Ni-Fi-Verbindungen, silikatische Minerale ( Olivin, Forsterit), oder kohlenstoffhaltige Strukturen (Chondrin)
- mit Sicherheit: es gibt keine gefrorenen Ablagerungen
- und: die Struktur unterscheidet sich offenbar von der des Mondes
® dies ergaben Polarisationsmessungen
- sind Erdähnlich
3. Kometen:
- Entdeckung der allgm. Gravitation und der Aufstellung des Gravitationsgesetzes durch Newton beginnt die wissenschaftliche Erforschung der Kometen
- ca. 20 bis 30 Kometen werden pro Jahr entdeckt
- doch selten erreichen diese Himmelskörper eine solche Helligkeit, daß sie mit bloßem Auge sichtbar werden
- Kometen sind seit der Entstehung her Mitglieder des Sonnensystems
- sie sind Relikte, sogenannte Planetisimale aus der Zeit der Planetenentstehung ( vor rund 4.4 * 109 Jahren)
- die "Oortsche Wolke" (J. Oort) bildet die äußerste Grenze des Sonnensystems ( 5 * 104 AE )
- sind Reste der Materie, aus denen Planeten entstanden sind
Benennung:
- in der Reihenfolge der Entdeckungen bezeichnet man Kometen mit der Jahreszahl, einen Buchstaben und in der Reihenfolge ihrer Periheldurchgänge
d.
h.: im Jahr 1977 entdeckten ersten Komet: 1977a
zweiten K. : 1977b usw.,
- nach der definitiven Festlegung ihrer Bahn, werden sie in der Reihenfolge ihrer Periheldurchgänge geordnet, mit römischen Ziffern
® Komet 1930 I ( = 1930d ) P/Schwassmann-Wachmann
- P bezeichnet den Kometen als einen periodischen
- als kurzperiodisch bezeichnet man Kometen mit Umlaufzeiten unter 10 Jahren
langperiodisch über 10 J.
Entdeckung / Erscheinung:
- "ganz leicht":
- zum Zeitpunkt seiner Entdeckung meist als verschwommenes Nebelwölkchen,
das sich relativ schnell unter den Sternen bewegt
- im Laufe von Tagen u. Wochen nähert er sich der Sonne und entfaltet seine ganze
"Pracht"
- es bildet sich also der charakteristische Schweif aus
- Schweif kann eine Länge von ca.
250 mill. km haben, sich über den ganzen Himmel hinwegziehen und sogar am Tage sichtbar sein
Zusammensetzung / Entstehung des Schweifes
- Kern, Koma und Schweif
- Kern ist der eigentliche Kometenkörper
- Kern besteht aus Gestein, Eisenbrocken und gefrorenen Gase ( Wasser, Ammoniak, Methan, Kohlendioxid usw. )
- d.h.: "kosmischen Schneeball" , in dem feste meteoroidische Partikel ( Staub u. kl.
Brocken ) eingelagert sind
- Kern wird von der Koma umgeben
Entstehung: bei Annäherung des Kometen an die Sonne verdampft ein Teil der Materie und bildet um den Kometenkern eine Wolke leuchtenden Gases ® Koma
- Komadurchmesser: 104 - 106 km
- Sonnenstrahlen können auflockernd, anziehend oder abstoßend sein
- Regel: durch den Strahlungsdruck (Sonnenwind) der Sonne wird die Koma hinausgestoßen u. bildet den Schweif,
- es können verschiedene Schweifformen auftreten, die matt leuchten
- Schweife bilden sich erst aus wenn ein Komet eine Sonnenentfernung von ca. 3 AE hat
- nach einigen Tagen höchster Aktivität verkürzt sich der Schweif wieder, und der Kopf des Kometen verliert an Helligkeit, nach weiteren Wochen ist der Kopf so lichtschwach geworden, daß er nicht mehr zu sehen ist
- es gibt jedoch auch Kometen die keinen Schweif besitzen
- gibt: Ionenschweif und Staubschweif ( kann die sogenannten Meteorströme bilden)
(nicht weiter eingehen)
Bewegung
- Ellipsenbahnen, Parabel- und Hyperbelbahnen
- eine Ellipse ist eine in sich geschlossene Kurve, hingegen kommt eine Parabel oder eine Hyperbel aus dem Unendlichen und läuft wieder ins Unendliche zurück
- Körper auf Ellipsenbanen gehören zum Sonnensystem und können sich nicht aus ihm entfernen, sie vollführen in ihm regelmäßige Umläufe
- Die Gravitationskräfte zw. den Großen Planeten und den Kometen können eine Wandlung der Bahnform bewirken, Kometen können durch Planeten eingefangen werden ® Wiederkehr eines Kometen in kurzen Zeitabständen
z.B.: Komet 1993e Shoemaker-Levy 9.
( Er wurde von Jupiter eingefangen und zerbarst etwa zehn Jahre später in dessen Schwerefeld in über 21 Fragmente. Ende Juli 1994 stürzten die Fragmente des Kometen unter Freisetzung ungeheurer Energie auf Jupiter)
- da die stark verdünnte Materie der Kometen leicht aus der Bahn gelenkt werden kann, bleibt ihre Wiederkehr ungewiß
- somit gehören auch Kometen zum Sonnensystem, von deren der Bahndurchmesser zeigt, das sie weit über die Planetenbahnen hinaus in den Raum vordringen ® bei zu großen Periheldistanzen kann man die Kometen nicht mehr auffinden
- die Bahnlagen sind völlig regellos im Raum verteilt
- je nach Apheldistanzen faßt man die kurzperiodischen Kometen in einzelne Planeten- und Kometenfamilien zusammen: Jupiterfamilie, Saturnfamilie, usw.
- Unterscheidung:
wiederkehrende kurzperiodische Kometen
wiederkehrende langeriodische Kometen
- bei der Wiederkehr der jeweiligen Kometen ist eine Abnahme der Helligkeit zu verzeichnen
Helligkeit:
- die Helligkeit des Kometen nimmt in Sonnennähe erheblich zu
- der Kern reflektiert das Sonnenlicht ( nach der spektroskopischen Helligkeitsbestimmung )
- außer über die Leuchterscheinung am Kern, konnte über die anderen Leuchtvorgänge bisher nur über theoret. Überlegungen Klarheit erlangt werden
Bsp.: ® Komet reflektiert nicht nur das Sonnenlicht, sonder seine Gase werden durch die Sonne auch zu eigenem leuchten angeregt (Resonanzleuchten)
Masse/Größe
- ca- 0,8 -8 km ® typische Werte: 2-4 km
- es sollen aber auch schon Kometen mit Durchmesser von ca. 100 km vorkommen
- legt man typischen Durchmesserwert und eine Dichte von 1 g/cm-3 zugrunde,
dann ergeben sich Massewerte von ca.
1011 - 1013 kg, d.h. etwa ca. 10-12 Erddurchmässern
- die Masse ist hauptsächlich im Kern konzentriert
- die Gase der Koma beginnen etwa bei einem Sonnenabstand von 5 AE aus der festen Materie des Kerns abzudampfen
- bei weiterer Annäherung bildet sich die Koma voll aus
® diese Gasatmosphären erreichen Durchmesser von 105 km
- Kerntemperatur: 150 - 350 K
Meteorite (Meteore):
- in der Astronomie versteht man unter Meteoren die mit Lichtaussendung verbundenen Erscheinungen
® die durch Eindringen kosmischer Kleinkörper in die irdische Lufthülle hervorgebracht werden
- man bezeichnet Körper die die Erscheinungen der Meteore hervorrufen als Meteoride, deren unverdampfte, zur Erdoberfläche gelangten u. aufgefundenen Reste als Meteorite
Leuchterscheinung:
- Meteore rufen beim Eindringen in die Erdatmosphäre unter teilweiser oder vollständiger Verdampfung die Leuchterscheinungen hervor
- über die Art des Leuchtvorgangs gibt es verschiedene Theorien:
® wahrscheinlichste: Verdichtung (Kompression) der Luft vor dem Meteoriden
- man kann sehen: -die in jeder sternklaren Nacht wahrnehmbaren Sternschnuppen
-die sehr hellen Bollide oder Feuerkugeln, deren Helligkeit größer
ist als die mittlere Helligkeit des Planeten Venus
Einteilung:
- je nach Stärke der Leuchterscheinungen unterscheidet man:
1.: Mikrometeorite: Durchmesser: kleiner als 0,1 mm
Masse: bis etwa 10-6 g
2.
teleskopische Meteore: Masse bis zu 0,001g
3. Sternschnuppen (Meteoriden): Massen bis 10 g
4. Bollide (Feuerkugeln): größere Massen
5. Riesen-Meteotite: Masse weit über 1000t
- man unterscheidet:
1.: Steinmeteorit: bestehen zu rund 78% aus Sauerstoff-, Magnesium- und Siliciumverbindung
2.: Eisenmeteorite: 100% Eisen, Nickel und Kobalt
3.
: Stein-Eisen-Meteorite: enthalten die in Eisen eingebetteten Stein
Herkunft:
- Meteorite sind Körper des Sonnensystems
- man nimmt heute an, das die Meteoride aus Planetoiden oder aus Kometen entstanden sind
Meteorströme/Meteotitenschauer:
- die nicht verdampften Überreste großer Meteoriten erreichen als großes Stück, meist aber in vielen Zerfallstücken über weite Gebiete zerstreut die Erdoberfläche
- sie Verursachen beim Aufschlag auf die feste Erdoberfläche einen Krater sowie starke Verwüstung
- an den Meteoritenfällen sind Steinmeteorite mit 92%, Eisenmeteorite mit 6% und Stein-Eisen-Meteorite mit 2% beteiligt
- Nachgewiesen: das es Beziehungen zw. Meteorströmen und Kometen gibt
® durch Auflösung des Kometen über seine Bahn gibt es einen Verteilung dessen Materie ® bildet die Meteorströme
- etwa 20% der Meteorströme bewegt sich auf Bahnen von Kometen
- es gibt regelmäßig wiederkehrende Meteorströme
Video
interplanetare Materie:
- unter dem Begriff interplanetare Materie bezeichnet man die zw. Sonne und Planeten vorhandene Materie
- sie enthält Staub, mikrometeorid. Kleinkörper sowie ein in der Hauptsache aus Wasserstoffatomen und Wasserstoffionen sowie aus Elektronen bestehendes Gas (Plasma)
- wird unterteilt in: das Koronalicht, das Zodiakal- und Tierkreislicht, Mikrometeorite und das interplanetare Gas
- der interplanetare Staub zeigt sich im Zodiakallicht, das man am besten im Frühjahr am Abend- und im Herbst am Morgenhimmel über dem Aufgangs- bezw. Untergangspunkt der Sonne beobachtet
- die Mittelwerte für die Dichte des inteterplanetaren Staubs liegen zw.
10-19 u.
10-22 g/cm³
- das interplanetare Gas geht von der Sonne aus und wurde von Raumsonden als Sonnenwind beobachtet
- in Erdnähe hat das Gas eine Geschwindigkeit von rund 400km/s (schwankt aber, je nach Sonnenaktivität zw. 300 und 800km/s), seine Dichte beträgt etwa 1 bis 10 Teilchen/cm³
- mit dem Sonnenwind ist ein Magnetfeld verbunden ( interplanetares Magnetfeld)
Hinweisblatt:
Oortsche Wolke:
Nach J. Oort bewegt sich die ganze Mehrzahl der etwa 1010 Kometenkerne unter der Gravitationswirkung der Sonne in Bahnen, die weit außerhalb unseres Planetensystems liegen. Sie bilden die äußere Grenze des Sonnensystems bei etwa
5 * 104 AE. Diese Kometenwolke ist weder optisch nicht gravitativ nachweisbar. Durch kleine Gravitationsstörungen, z.
B. durch nahe vorüberziehende Sterne, gelangen gelegentlich einzelne Objekte aus dieser "Oortschen Wolke" auf sehr stark exzentrischen Bahnen in den inneren Bereich des Sonnensystems.
Sonnenwind:
Der S. ist der radial von der Sonne weggerichtete Materiestrom, der sich im Magnetfeld der Erde z.B. als Polarlicht und auch an den Ionenschweifen der Kometen bemerkbar macht.
Er besteht überwiegend aus Protonen und Elektronen.
Robert Habersack
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