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AUF DER SUCHE NACH DEM GEHEIMNISPLANET

KANN ES in unserem Sonnensystem einen zehnten Planeten geben? Die Idee ist nicht so bizarr, wie sie scheint. Seit Jahren scannen Wissenschaftler den Himmel nach Beweisen für den sogenannten „Planeten X“, in der Hoffnung, dass er so unterschiedliche Phänomene wie die unregelmäßige Bewegung der äußeren Planeten, den plötzlichen Untergang der Dinosaurier und den Einfluss erklären könnte von Kometen. {Siehe Kasten.} Bisher hat sich das Objekt – falls es eines gibt – ihnen entgangen. Aber die Hypothese bleibt verlockend, ebenso wie die himmlischen Mysterien, die die Suche veranlassten.

Der sich erweiternde Horizont

Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn sind seit der Antike bekannt. Mit bloßem Auge sichtbar, wurde ihre Bewegung von den alten Griechen gesehen, die sie Planeten nannten – „Wanderer“. Uranus wurde 1781 von Sir William Herschel entdeckt, weil er feststellte, dass er unscharf und nicht stellar aussah und sich in Bezug auf die Sterne bewegte.

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Die planetarische Bewegung wurde zunächst als regelmäßig angenommen. Aber im Jahr 1846 verglichen der französische Astronom Urbain Le Verrier und der Engländer John Adams unabhängig voneinander Beobachtungen von Uranus mit seinen Ephemeriden – einer berechneten Tabelle, die die Position eines Körpers zu einem bestimmten Zeitpunkt beschreibt – und fanden signifikante Diskrepanzen. Um die Variation zu erklären, sagten sie voraus, dass es einen anderen Planeten geben musste, dessen Gravitationskraft die Bewegung von Uranus beeinflusste. Die Unterschiede zwischen den berechneten und beobachteten Positionen betrugen ungefähr 100 Bogensekunden – groß für astronomische Standards. (Eine Sekunde ist 1/360 von 1 Grad; Sonne und Mond haben scheinbare Durchmesser von etwa 1800 Bogensekunden.) Beide Männer hatten Schwierigkeiten, ihre Astronomenkollegen zu interessieren; aber schließlich überzeugte LeVerrier den deutschen Astronomen Johann Galle, hinzuschauen. Die Vorhersage war so genau, dass Galle in der ersten Nacht den Planeten entdeckte, der heute als Neptun bekannt ist.

Eine ähnliche Wahrnehmung führte später zur Entdeckung von Pluto. Anfang dieses Jahrhunderts analysierten Percival Lowell und W. C. Pickering die beobachteten und vorhergesagten Positionen von Uranus und Neptun und fanden Unterschiede für Uranus von etwa 5 Bogensekunden. Sie kamen zu dem Schluss, dass es noch einen oder mehrere andere Planeten im Sonnensystem geben musste. 1930, nach Lowells Tod, wurde eine neue und intensivere Suche eingeleitet und Pluto wurde in der Nähe der von ihm vorhergesagten Position gefunden.

Aber die Entdeckung führte zu einem Rätsel. Lowells Vorhersage basierte auf einem Planeten, der viel weiter von der Sonne entfernt und viel massereicher (sechsmal die Erdmasse) als Pluto ist. Der gravitative Einfluss eines Planeten auf einen anderen wird durch Masse und Entfernung bestimmt. Der einfache und genaue Weg, die Masse eines Planeten zu bestimmen, ist die Bewegung eines Satelliten. Aber der einzige bekannte Satellit von Pluto wurde erst 1978 entdeckt. Nach heutigem Wissen hat Pluto nur etwa ein Fünfhundertstel der Masse der Erde – viel zu klein, um Uranus nachweisbar stören zu können. Trotzdem wurde Pluto ganz in der Nähe des vorhergesagten Ortes entdeckt, sei es durch Zufall oder durch die Nähe zu einem unbemerkten und viel schwereren Körper.

Auch Pluto weicht von seiner vorhergesagten Position ab; aber die Daten sind zu dürftig, um schlüssig zu sein. Pluto ist ein Objekt der 15. Größe (ein Objekt der 2. Größe ist 2,51 Mal lichtschwächer als eines der 1. Größe usw.) und daher 10.000 Mal zu lichtschwach, um ohne Teleskop gesehen zu werden. Beobachtungen sind erst seit 1914 verfügbar - 70 Jahre aus einer Umlaufperiode von 248. Diese Beobachtungen haben eine Unsicherheit von ungefähr einer Bogensekunde. Dieser Unsicherheitsbereich in Kombination mit der kurzen Beobachtungszeit macht es unmöglich, eine genaue Ephemeride zu berechnen.

Die Beobachtungen von Neptun decken jedoch den Zeitraum von 1846 bis heute oder 141 Jahre der 165-jährigen Periode des Planeten ab. Diese Beobachtungen wurden problemlos von Ephemeriden angepasst – aber mit einem rätselhaften Aspekt: ​​Ungefähr 10 Jahre nachdem eine Ephemeride berechnet wurde, erscheint Neptun nicht mehr an den vorhergesagten Orten. Dies geschah seit 1900 immer wieder und dauert bis heute an. Niemand weiß warum. Vielleicht lenkt ein Planet X Neptun von seinem Kurs ab. Es ist aber auch möglich, dass die Beobachtungen mit den Vorhersagen übereinstimmen, wenn sie eine volle Umlaufperiode abgedeckt haben. Es gibt drei Vorentdeckungsbeobachtungen von Neptun, eine 1613 von Galileo (möglicherweise ungenau) und zwei 1795 von J.J. Lalande, der Unterschiede in der Rektaszension (d. h. Lage in der Äquatorebene) von ungefähr 12 Bogensekunden, aber keine Unterschiede in der Deklination (Position senkrecht zur Äquatorebene) aufzeichnete.

Noch wichtiger ist, dass Uranus beim Rektaszens weiterhin Unregelmäßigkeiten aufweist. Keine einzige Ephemeride passt zu den fast 300 Jahren Beobachtungen – oder sogar denen seit 1830, als signifikante Verbesserungen in der Astronomie die Daten viel genauer machten. Da Uranus eine Umlaufzeit von etwa 80 Jahren hat, decken die Daten fast zwei komplette Umlaufbahnen ab. Wenn Beobachtungen aus nur einer Umlaufperiode verwendet werden, kann eine Ephemeride berechnet werden, die diesen Beobachtungen entspricht. Aber die gleichen Berechnungen passen nicht auf beide Bahnen. Auch dies könnte das Ergebnis einer äußeren Kraft sein. Es könnte aber auch sein, dass Beobachtungen vor 1900 systematischen Fehlern unterworfen waren.

Es gibt zwei weitere rätselhafte Anomalien im äußeren Sonnensystem. Einer ist Neptun, der zwei Satelliten hat: einen großen und nahen, bekannt als Triton, und den anderen klein und weiter entfernt, genannt Nereide. Die Bahnbewegung von Nereid verläuft in die gleiche Richtung wie die von Planeten und den meisten anderen Satelliten. Aber Triton bewegt sich in die entgegengesetzte Richtung. Es wird allgemein angenommen, dass Planeten entstehen, wenn eine Wolke aus wirbelndem Gas und Staub kollabiert und aufgrund ihrer eigenen Schwerkraft kondensiert; daher drehen sie sich alle gleich. Umgekehrt wird angenommen, dass ein Satellit, der sich in die entgegengesetzte Richtung bewegt, vom Gravitationsfeld des Planeten „eingefangen“ worden sein muss. Eine weitere Anomalie ist Pluto. Seine Bewegung ist so exzentrisch, dass seine Umlaufbahn in die Umlaufbahn von Neptun fällt. (Derzeit ist Pluto näher an der Sonne als Neptun.)

Unheilvolle Umlaufbahnen

Könnte ein Planet X das Satellitensystem von Neptun gestört und Plutos ungewöhnliche Bewegung verursacht haben? Und wenn ja, wie könnten wir seine Position bestimmen?

Das Problem ist schwierig. Die Wirkung eines Planeten auf einen anderen ist proportional zur Masse und umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung; Je weiter ein Objekt entfernt ist, desto mehr Masse ist erforderlich, um die gleichen Effekte zu erzielen. Wenn Wissenschaftler also versuchen, die mögliche Position eines Planeten zu berechnen, können sie dessen Entfernung und Masse nicht eindeutig bestimmen. Da die Winkelbewegung mit der Entfernung abnimmt, können wir außerdem ihre Geschwindigkeit oder Umlaufzeit nicht genau bestimmen. Daher können Beobachtungsdaten nur verwendet werden, um einen ungefähren Ort, eine Masse, eine Entfernung oder eine Bewegung zu bestimmen. {siehe Abbildung}

Dennoch können wir eine Umlaufbahn für Planet X so extrapolieren, dass sie die Unregelmäßigkeiten in den Bewegungen der äußeren Planeten erklärt. Eine solche Umlaufbahn müsste nicht hochexzentrisch sein, also nicht kreisförmig oder elliptisch.

Die Bahnebene von Planet X könnte den anderen Planeten ähneln, oder sie könnte stärker geneigt (in einem Winkel geneigt) zur Ekliptik sein, die die Ebene der Erdbahn ist. Das Fehlen von Diskrepanzen in den Deklinationsbeobachtungen spricht für einen Planeten in der Ebene der Ekliptik. Die Geschichte früherer Suchen deutet auf die Möglichkeit einer geneigten Umlaufbahn hin, die auch die Abstände zwischen Planet X und den äußeren Planeten vergrößern würde. Ein solcher Planet könnte die systematischen Fehler zwischen den beobachteten und berechneten Orten von Uranus erklären. Es könnte unsere Fähigkeit verbessern, die Bewegung von Neptun vorherzusagen. Abhängig von seiner Umlaufbahn könnte es ein weiteres Puzzlestück der Bewegungen von Neptun, seinen Satelliten und Pluto darstellen.

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Es ist jedoch nicht wahrscheinlich, die Bewegungen der langperiodischen Kometen oder das Aussterben der Dinosaurier zu erklären. Eine Umlaufbahn, die groß genug ist, um die Kometen zu stören, müsste extrem exzentrisch sein und Planet X an einem Ende einer langen Ellipse weit von der Sonne wegführen. Einige Wissenschaftler halten es dennoch für möglich.

Nemesis und Rätsel

Andere vermuten einen Stern namens Nemesis, der ein binärer Begleiter unserer Sonne ist und sich in einer sehr exzentrischen Umlaufbahn befindet. Es könnte nahe genug kommen, um die Kometen zu stören und dazu zu bringen, dass sie zu einem bestimmten Zeitpunkt in das innere Sonnensystem eindringen – was den Untergang der Dinosaurier erklärt. Nemesis hätte eine sehr lange Umlaufzeit, sodass seine Wirkung auf die äußeren Planeten über den 200-Jahres-Zeitraum, für den wir verlässliche Daten haben, sehr gering wäre. Seine Hauptwirkung wäre der Schwerpunkt des Sonnensystems, der Punkt, um den sich Sonne und Planeten bewegen. Der Effekt ist so gering, dass er in aktuellen Beobachtungen nicht nachgewiesen werden konnte. Somit würde uns Nemesis keine Erklärung für Diskrepanzen in den Bewegungen der äußeren Planeten geben.

Eine andere mögliche Hypothese ist die Unvollständigkeit unseres Wissens oder unserer Anwendung der Relativitätstheorie oder des universellen Gravitationsgesetzes. Es gibt eine alte Frage zu Gravitationseffekten: Sind sie augenblicklich wie ein Feldeffekt oder gibt es eine zeitliche Verzögerung proportional zur Entfernung? Dies wurde zugunsten des Feldeffekts als erledigt angesehen, aber jüngste Beweise aus präzisen erdbasierten Messungen öffnen das Problem erneut.

Um 1900 wurde erkannt, dass die beobachtete Merkurbewegung von den Berechnungen abwich. In diesem Fall wurde ein Planet innerhalb des Merkur vermutet, und die Suche wurde während der Sonnenfinsternisse durchgeführt. Eine Entdeckung wurde sogar behauptet, obwohl sie nie bestätigt wurde. Die eigentliche Erklärung war Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie, die die beobachtete Bewegung des Perihels von Merkur erklärte. Ebenso könnte es etwas geben, das die unerklärliche Bewegung von Uranus und Neptun verursacht. Dies könnte den beobachteten Effekt erklären, aber es ist nicht wahrscheinlich, dass es das Erscheinen von Kometen oder das Verschwinden der Dinosaurier erklären würde.

Kann der Standort von Planet X vorhergesagt werden? Gruppen am U.S. Naval Observatory in Washington und bei Teledyne-Brown Engineering in Huntsville, Alabama, versuchen, die Umlaufbahn und die aktuelle Position des Planeten anhand von Beobachtungen von Uranus und Neptun zu berechnen. Diese Berechnungen sind viel schwieriger als diejenigen, die Neptun aufgrund seiner Wirkung auf Uranus vorhersagen. Die heute beobachteten systematischen Variationen sind viel geringer als die von Uranus vor 140 Jahren; tatsächlich sind sie nicht viel größer als die Beobachtungsunsicherheiten. Darüber hinaus wird erwartet, dass die Umlaufzeit von Planet X viel länger ist als die von Neptun, wahrscheinlich 500 und möglicherweise 1.000 Jahre. Dies wiederum erfordert einen viel längeren Beobachtungszeitraum.

Ein weiteres Problem: Jede Lösung erzeugt tatsächlich zwei Positionen in entgegengesetzter Richtung am Himmel. So wie man bei Flut nicht sagen kann, ob sich der Mond über oder unter den Füßen befindet, gibt es bei der Suche nach fehlenden Planeten eine Zweideutigkeit. Die Lösung dieser Frage hängt von anderen Faktoren ab, als welche Lösung das beste formale numerische Ergebnis liefert. (Zum Beispiel bringt ein Ergebnis den Planeten in das gesuchte Gebiet bei Lowell, das andere nicht.) Wir wissen auch nicht genau, was die Masse von Neptun ist, und ohne dies ist es viel schwieriger, die Einflüsse von Neptun und Planet zuzuordnen X auf Uranus.

Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, Planet X zu finden? 1929 begann Clyde Tombaugh eine Suche am Lowell-Observatorium, die 1930 zur Entdeckung von Pluto führte. Er setzte diese Suche bis 1946 fort und deckte einen großen Teil des Himmels nach Objekten ab, die so schwach wie die 16. Größe waren. Es gibt Teile des Himmels, die er nicht bedeckt hat, und es ist möglich, dass der Planet lichtschwächer als die 16. Größe ist. Es könnte sehr dunkel sein. Iapetus, ein Satellit des Saturn, hat eine dunkle und eine helle Seite. Die Ringe von Uranus sind viel dunkler als erwartet. Komet Halley ist dunkler als Kohle.

Die Beweise könnten von einem der verschiedenen NASA-Raumschiffe stammen, die derzeit unterwegs sind. Der 1983 eingeführte Infrarot-Astronomische Statellite (IRAS) untersuchte den Himmel nach Objekten, die Infrarotlicht ausstrahlen – ein Hinweis auf feste Materie. Da ein Planet viel näher und wärmer wäre als die meisten anderen Quellen, sollte er relativ hell erscheinen. Der einzige Weg, ihn jedoch zu entdecken, ist seine Bewegung in Bezug auf die Sterne; und angesichts des Zeitunterschieds zwischen den Beobachtungen und der Genauigkeit bei der Positionsbestimmung ist die Möglichkeit der Detektion gering. Dennoch werden die IRAS-Daten noch untersucht.

Außerdem reisen jetzt zwei Pioneer-Raumschiffe im äußeren Teil des Sonnensystems in unterschiedliche Richtungen. Durch die Überwachung der Funksignale dieser Raumfahrzeuge können Wissenschaftler ihre Bewegungen und Geschwindigkeiten berechnen, indem sie die Positionen und Massen aller Planeten kennen. Wenn diese Raumschiffe weiter in das Sonnensystem eindringen, können sie eine größere Empfindlichkeit gegenüber der Entfernung, Richtung und Masse zusätzlicher Planeten aufweisen (vorausgesetzt natürlich, sie fliegen in die richtige Richtung). Die NASA hat kürzlich bekannt gegeben, dass die Pioniere bisher keine unerklärlichen Bewegungen entdeckt haben.

Und die traditionelle bodengestützte Suche nach Planet X geht weiter. Astronomen des Lowell-Observatoriums suchen jetzt mit den Teledyne-Ergebnissen, und eine Vermessung wurde bereits vom Palomar-Observatorium in Kalifornien durchgeführt. Mehrere kleine Durchsuchungen wurden vom Naval Observatory in Washington durchgeführt; eine andere ist im Gange von der Naval Observatory Station in Black Birch in Neuseeland. Bisher ist nur eines sicher: Es gibt viel Himmel zu bedecken, auch wenn man gut rät, und niemand denkt, dass es einfach wird.

Wenn er eine relativ normale Umlaufbahn hat, könnte das Gravitationsfeld von Planet X die Störung der äußeren Planeten erklären. Wenn die Umlaufbahn extrem exzentrisch ist, könnte sie weit genug reisen, um den Flug von Kometen zu beeinträchtigen.

1. Gas und Staub, die sich langsam in einer riesigen Wolke drehen, werden durch ihre Schwerkraft zusammengezogen.

2. Wenn die Wolke zusammenbricht, dreht sie sich schneller und feste Elemente bilden Cluster.

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3. Die Masse kondensiert zu einer Scheibenform. Die Hitze im Zentrum nimmt zu, bis ein Stern entsteht. Feste Cluster werden größer und bilden Planeten in der Scheibenebene.