Kleinplaneten

Charakterisierung

Als Planetoiden, Asteroiden oder Kleinplaneten bezeichnet man jene Ansammlung kleiner Himmelskörper, die sich vorwiegend auf Bahnen zwischen Mars und Jupiter mit mittleren Entfernungen zwischen 2,17 und 3,3AE von der Sonne bewegen. Gegen oben sind durch die vier grössten Planetoiden (Ceres, Pallas, Juno und Vesta) Grenzen für den Durchmesser gesetzt, während sie nach unten ohne Abgrenzung in den interplanetaren Staub übergehen.

Der Asteroidengürtel

Der Hauptgürtel umfasst mehr als 7000 bekannte und benannte Objekte, ihre Gesamtzahl geht in die hunderttausende. Manche Asteroiden weisen sehr exzentrische Bahnen auf, sodass sie die Umlaufbahnen von Mars, Erde und zuweilen sogar Merkur kreuzen. Der Asteroid Hidalgo z.B. bewegt sich jenseits der Jupiterbahn, während Apollo oder Ikarus innerhalb der Erdbahn laufen.

Die Asteroiden werden in verschiedene Typklassen eingeteilt. Es gibt den C-Typ, der sehr dunkel ist, den etwas helleren S-Typ sowie den sehr hellen Typ M. Asteroiden unterscheiden sich auch in ihrer Zusammensetzung. Der allergrößte Teil ist aus silikatischm Fels, etwa 6% bestehen aus einer Eisen-Nickel Mischung, die restlichen Asteroiden sind eine Mischung aus allen drei Materialien. Die Rückstrahlfähigkeit der Asteroiden reicht von weniger als 0,02 (dunkler als eine Wandtafel) bis zu etwa 0,4. Zum Vergleich hat der dunkelste der gallileischen Jupitermonde - Kallisto - ein Albedo von 0,2.

Es werden ständig neue Kleinplaneten entdeckt. Jedoch ist davon auszugehen, das mittlerweile alle größeren Objekte bekannt sind. 16 von ihnen sind größer als 240 Km. Der größte von allen ist Ceres, mit 933 Kilometer Durchmesser. Er liegt nahe der Mitte der Hauptzone (2,77 AE) und vereinigt etwa die Hälfte der Gesamtmasse des Asteroidengürtels in sich. Ceres wurde am 1.Januar 1801 von Giuseppe Piazzi entdeckt. Weitere grosse Asteroiden sind 2 Pallas, 10 Hygiea sowie 4 Vesta, sie liegen größenmäßig zwischen 400 und 525 Kilometern.

Bis zum Jahr 1990 war die Wissenschaft auf erdgestützte Beobachtungen der Asteroiden angewiesen. 1991 wurde der Asteroid 951 Gaspra von der Sonde Galileo photographiert. 1993 folgte dann 243 Ida, ebenfalls von dieser Sonde. Danach folgte eine Annäherung der Near-Sonde an 253 Mathilde, so das wir mittlerweile eine kleine Anzahl an Asteroiden aus naher Entfernung beobachten konnten.

Es gibt zwei systematische Suchprogramme nach Asteroiden, die McDonald-Überwachung und die Palomar-Leiden Überwachung von 1960. Nach diesen Überwachungen liegt die Zahl von Asteroiden, die in der Opposition heller als 21mag sind, bei fast 500 000. Man hat abgeschätzt, dass die Gesamtmasse all dieser Himmelskörper nur 0,0004 Erdmassen beträgt. Die systematische, professionelle Suche nach NEAs (Near Earth Asteroids) wurde in den USA erst vor Kurzem aus Kostengründen eingestellt. Jedoch befasse sich auch eine Reihe von gut ausgerüsteten Amateurastronomen mit der Astrometrie und Entdeckung von Kleinplaneten.

Namensgebung

Anfänglich trugen die Planetoiden Namen weiblicher Figuren aus der klassischen Sagenwelt. Schon bald allerdings musste, wegen der grossen Zahl an neuentdeckten Planetoiden, der Bereich ausgedehnt werden: Figuren aus der ägyptischen (z.B. Isis), der nordischen (z.B. Freia, Frigg) und anderer Sagenwelten oder verweiblichte Städtenamen (z.B. Bamberga, Heidelberga) kamen hinzu. Als auch dieser Vorrat nicht mehr ausreichte, um neu entdeckte Planetoiden zu benennen, wurden Eigennamen feminisiert (z.B. Hamiltonia, Pickeringia). Schon bald wurde aber die zwingende Forderung, der Name müsse weiblich sein, fallengelassen: sie war nicht mehr zu erfüllen. Erst zaghaft, dann immer gewagter schmückten auch Männernamen die Planetoidenvielfalt: Eros, Achilles, Hector, aber auch Oskar, Albert u.a. Heute ist es sogar selbstverständlich, dass Planetoiden nach berühmten Männern benannt werden (z.B. Einstein).

Bahnkreuzer

Bei den Asteroiden mit den langgestreckten Bahnen vermutet man, daß es sich um von der Sonne 'eingefangene' Kometen aus der Oortschen Wolke handelt und um - von Gravitationskräften aus ihrer ursprünglichen Bahn geworfenen - Asteroiden des Mars-Jupiter Bereichs. Bahnänderungen können durch Wechselwirkungen der Planetoiden untereinander geschehen und/oder durch Konstellationen der Großplaneten, insbesondere von Jupiter und Mars, die durch ihre Schwerkraft die Asteroiden aus ihrer Bahn drängen. Diese als 'Bahnkreuzer anderer Planeten' bezeichneten Gesteinsbrocken stoßen mit einiger Wahrscheinlichkeit irgendwann im Lauf der Jahrmillionen mit dem Planeten zusammen, dessen Bahn sie kreuzen. Von den 1000 geschätzten Bahnkreuzern der Erde waren im Jahr 2001 etwa 500 Stück bekannt.

Kirkwoodlücken

Jupiters Gravitation bestimmt auch die Verteilung der Asteroiden im Planetoidengürtel. Von Sonden, die dieses Gebiet durchflogen haben wissen wir, das recht grosse Abstände zwischen den dort befindlichen Asteroiden vorherrschen und das es in diesem Gürtel recht grosse Lücken gibt. Diese Lücken bezeichnet man als Kirkwoodlücken.

In diesen Lücken bilden die Umlaufzeiten der Asteroiden mit der des Jupiters ein Einfaches Verhältnis, d.h. sie sind in Resonanz oder kommensurabel. Betrachtet man den Hauptgürtel, so sieht man, daß er durch verschiedene Resonanzen strukturiert ist.

Besonders auffällig sind die 2:1 (Hecuba Lücke), 3:1(Hestia Lücke) und 5:2 Resonanzen. Die 2:1 Resonanz markiert die äußere Grenze des Hauptgürtels der Asteroiden bei 3.3AE (Abstand von der Sonne). Ein Asteroid in einer der Kirkwoodlücken würde den Jupiter wiederholt in denselben Punkten seiner Bahn passieren und die Störungen, denen er dabei ausgesetzt ist, sorgen normalerweise schnell dafür, daß er in eine andere Bahn gelangt. Das glückt aber nicht immer. Unter sehr speziellen Umständen kann ein Asteroid in einer dieser Entfernungen festgehalten werden. Die wichtigsten derartigen Fälle sind die Trojaner, die die gleiche Entfernung von der Sonne und die gleich Umlaufzeit wie der Jupiter haben, eine sogenannte 1:1 Resonanz.

Anhäufungen:
1:1 Trojaner
3:2 Hilda Gruppe
4:3 Thule

Noch ein Wort zu Resonanzphänomenen

Mean-motion Resonanzen treten wie erwähnt auf, wenn die Umlaufzeiten eines Asteroiden und eines Planeten in einem ganzzahligen Verhältnis stehen. Es gibt aber auch sogenannte sekulare Resonanzen. Sekulare Resonanzen treten auf, wenn die Präzessionsrate der Knoten/Perihellänge eines Asteroiden in Resonanz zur Knoten/Perihellänge eines Planeten steht. Die n 6 Resonanz tritt dann auf, wenn die mittlere Präzessionsrate der Perihellänge eines Asteroiden gleich ist der des Saturn. Diese Strukturen sind ein Indiz dafür, daß es einen Weg geben muß, um die Asteroiden aus den "resonanten" Positionen weg zu bewegen; dieses Phänomen wird auch mit dem Ursprung der NEAs (Near Earth Asteroids) zusammenhängen.

Die Trojaner

Es gibt 2 Gruppen von Trojanern, die Achillesgruppe deren Mitglieder dem Jupiter um durchschnittlich 60° vorrauseilen; um den Lagrangepunkt L4 und die Patroclusgruppe die 60° hinterherlaufen; um den Gleichgeichtspunkt L5. An diesen speziellen Punkten befindet sich "Gravitationslöcher" von Jupiter und der Sonne, also eine Stelle wo sich die Anziehungskräfte von beiden Körpern aufheben. Solche Stellen findet man bei allen Planeten, sie werden auch Liberationszonen genannt. Innerhalb dieses Bereichs pendeln die Jupiter-Trojaner in etwa 150 Jahren hin und her. Man hat versucht, auch in den anderen Gravitationslöchern Asteroiden aufzufinden, doch gelang das bisher nicht.

Mehr als 400 solcher Trojaner sind zur Zeit bekannt, davon wurden 246 im Bereich um L4 gefunden Und nur 167 nahe L5.

Der Name "Trojaner" wurde übrigens vom Astronomen Wolf geprägt, der 1906 den ersten Asteroiden an dieser Position entdeckte und ihn Achilles, nach dem Helden der Ilias im Trojanischen Krieg nannte. Die äußeren Jupitersatelliten sind wahrscheinlich auch eingefangene Trojaner. Eine weitere Besonderheit sind jene Körper die zwischen L4 und L5 springen und daher den Namen "Jumping Trojans" haben. Ein Konkretes Beispiel ist der Asteroid (1868) Thersites.
Der größte Trojaner - Hector - hat einen Durchmesser von 190 km; die meisten sind nur halb so groß.

Weitere Asteroidengürtel

Zwei weitere Asteroidengürtel liegen außerhalb der Neptun-/Plutobahn. Es handelt sich hierbei um den Kuipergürtel, dessen größter Vertreter möglicherweise Pluto ist und die Oortsche Wolke am Rand unseres Sonnensystems. Aus der Oortschen Wolke stammen wahrscheinlich die meisten Kometen.

Beobachtung

Ob wir Planetoiden beobachten können, hängt davon ab, wie gross sie sind, wie weit sie sich der Erde nähern, welchen Winkelabstand sie an der Himmelssphäre von der Sonne haben und wie ihre Oberflächenbeschaffenheit ist. Wegen ihrer geringen Helligkeit sind die Kleinplaneten mit bloßem Auge nicht zu erkennen. Aber schon mit einem guten Fernglas kann man die größten als Lichtpunkte sehen. Einige der großen Asteroiden sind hier mit ihrer scheinbaren Oppositions-Helligkeit aufgelistet:

Ceres (~7m), Pallas (~5m), Juno (~7m.5), Vesta (~5m.5), Iris (~9m), Eunomia (~8m), Flora (~8m), Metis(~8m)
Informationen über Sichtbarkeiten der helleren Kleinplaneten erhält man außer im WWW und mittels Planetariumsprogrammen noch in den Jahrbüchern (Himmelsjahr, etc.) oder aktuell in entsprechenden Zeitschriften (Sterne u. Weltraum, Star Observer, etc.)

Astrometrie

Die Astrometrie von Kleinplaneten, also ihre Positionsbestimmung am Sternenhimmel, ist eine anspruchsvolle Aufgabe für Amateurastronomen. Das Werkzeug dafür - eine CCD-Kamera - ist an vielen Amateursternwarten schon vorhanden.

Aufgabe der Astrometrie ist es, Positionen von Kleinplaneten am Sternenhimmel zu bestimmen, um ihre Bahnelemente zu verbessern. Viele Kleinplaneten sind in den vergangenen Jahrzehnten wieder verloren gegangen, da nur sehr wenige Positionen am Sternenhimmel vorlagen. Das eigentliche Ziel der Beobachtungen ist es, dass aus einem zunächst provisorisch bezeichneten Kleinplaneten ein numerierter wird. Das ist ein langer Weg, weil man möglichst viele genaue astrometrische Beobachtungen aus mehreren Oppositionen benötigt. Deshalb ist die Beobachtung von Kleinplaneten eine sehr nützliche Aufgabe für Amateure.

Bahnelemente

Um Kleinplaneten astrometrieren zu können, muss man sie erst einmal finden. Dazu bedient man sich der sogeannten Bahnelemente. Die Bahnelemente beschreiben die Form und die Lage der Bahn eines Kleinplaneten im Sonnensystem. Hat man diese, kann man sich mit Hilfe eines Planetariumprogrammes den Ort am Sternenhimmel ausrechnen lassen.

Durch Gravitationsstörungen der großen Planeten ändern sich ständig die Bahnelemente der Kleinplaneten. Wenn man einen Kleinplaneten erfolgreich beobachten möchte, sind deshalb aktuelle Bahnelemente zur Berechnung einer genauen Ephemeride erforderlich! Für die Ephmemeridenrechnung von Kleinplaneten sind nur Programme geeignet, die auch mit den aktuellsten Bahnelementen rechnen bzw. es erlauben, diese stets auf dem aktuellsten Stand zu halten.

Aktuelle Bahnelemente aller Kleinplaneten kann man direkt vom Minor Planet Center in Form der MPCORB-Datei beziehen. Wenn man nur für ausgewählte Objekte aktuelle Bahnelemente benötigt, besteht die Möglichkeit, den Minor Planet Ephemeris Service des MPC zu nutzen.

Vorbereitung einer Kleinplanetenbeobachtung

Zur Vorbereitung einer Kleinplanetenbeobachtung ist es erforderlich, eine Ephemeride mit den aktuellen Bahnelementen zu berechnen. Daraus kann man sich für die Beobachtung wichtige Angaben, wie die Rektaszension, die Deklination, die Helligkeit und die Eigenbewegung des Kleinplaneten, entnehmen.

Der zur Beobachtung anvisierte Kleinplanet sollte während seiner Opposition beobachtet werden. Ungünstig sind jedoch Beobachtungen, die in den Umkehrpunkten der Oppositionsschleife liegen. In dieser Zeit ist die Eigenbewegung zu klein.

Durchführung einer Kleinplanetenbeobachtung

Das System Teleskop + CCD - Kamera muß mindestens eine Auflösung von ca. 2-3 Bogensekunden pro Pixel aufweisen. Mehr Brennweite bedeutet eine höhere Auflösung und damit im allgemeinen eine bessere Meßgenauigkeit. Dem widerspricht aber ein möglichst großes Gesichtsfeld, um neben dem Kleinplaneten auch eine ausreichende Anzahl von Referenzsternen abzubilden. Eine kleine Brennweite bedeutet ein großes Gesichtsfeld. Es wird sich daher ein Kompromiß zwischen der Pixelauflösung und der Feldgröße ergeben. Erfahrungsgemäß kann ab einer Feldgröße von ca. 10x10 Bogenminuten sinnvoll astrometriert werden.

Außerdem ist auf ein gutes Signal/Rausch zu achten. Die Wahl der Belichtungszeit ist demnach ein Kompromiss zwischen einem guten Signal/Rausch Verhältnis und einer noch punktförmigen Abbildung des Kleinplaneten. Man wird also bei Kleinplaneten der Hauptgruppe mit Belichtungszeiten zwischen ein bis maximal fünf Minuten auskommen müssen.

Zum Aufsuchen eines Kleinplaneten am Sternenhimmel werden die Teilkreise oder eine Computersteuerung des Teleskops benutzt. Letztgenannte Möglichkeit bietet sich an, um die doch eher wenigen Beobachtungsnächte in Mitteleuropa auch sinnvoll nutzen zu können. Für die Kontrolle ist die vorab erstellte Aufsuchkarte nützlich.

In einer Beobachtungsnacht sollte man mindestens zwei, besser drei Aufnahmen eines Kleinplaneten in einem ausreichenden Zeitabstand anfertigen, so daß man eindeutig die Bewegung des Objekts verfolgen kann. Mehr Aufnahmen eines Kleinplaneten pro Beobachtungsnacht sind nur bei Erdbahnkreuzern sinnvoll. Der Zeitpunkt des Aufnahmebeginns muß mit einer DCF - kontrollierten Uhr auf eine Sekunde genau bestimmt werden.

Zur Bildbearbeitung der Aufnahmen ist nur eine Flatfield- und Dunkelbildkorrektur erforderlich. Eine weitere Bildbearbeitung darf nicht erfolgen! Alles was eine DeepSky-Aufnahme verbessert oder die Wolkenstrukturen bei den grossen Planeten zeigt, ist bei der Astrometrie von Kleinplaneten tabu! Nun müssen die aufaddierten Bilder noch einzeln vermessen werden.

Auswertung einer Kleinplanetenbeobachtung

Zur Auswertung von Kleinplanetenaufnahmen kann man verschiedene Programme, wie zum Beispiel Astrometrica, oder Computer-Aided Astrometry verwenden.
Ist die Auswahl der Referenzsterne abgeschlossen, geht man zur eigentlichen Messung über. Alle Ergebnisse müssen kritisch geprüft werden! Die mittleren Fehler der Messung sollten nicht größer als 0,25 Bogensekunden sein! Gegebenenfalls ist es erforderlich, andere Referenzsterne auszuwählen und die Messung zu wiederholen!

Die Meßergebnisse schickt man per E-Mail (mpc@cfa.harvard.edu) an das MPC. Mit der ersten Positionsmeldung, welche die geografische Länge und Breite sowie die Höhe über NN beinhalten muß, erhält man einen Stationscode der IAU.

Die Positionsbeobachtungen werden monatlich in den Minor Planet Circularen (MPC's) publiziert. Beobachtungen von provisorisch bezeichneten Kleinplaneten finden sich in den täglich erscheinenden Minor Planet Electronic Circularen (MPEC's).

Welche Kleinplaneten können sinnvoll beobachtet werden

Als Anfänger hat man meist Schwierigkeiten bei der Zusammenstellung des eigenen Beobachtungsprogramms. Woher bekommt man Informationen, von welchen Kleinplaneten Beobachtungen erwünscht sind? Nachfolgend werden einige nützliche Informationsquellen genannt.

Das Minor Planet Center veröffentlicht jeden Monat aktuelle Listen mit kritischen, ungewöhnlichen und entfernten Kleinplaneten. In die Liste der kritischen Kleinplaneten werden numerierte Objekte aufgenommen, die über einem längeren Zeitraum nicht beobachtet wurden. Zu den ungewöhnlichen Kleinplaneten zählen Objekte wie Atens, Apollos und Amors. Die Liste der entfernten Kleinplaneten enthält Objekte, die sich jenseits der Saturnbahn um die Sonne bewegen. Viele Objekte in den oben genannten Listen sind aber zu schwach, um sie mit Amateurmitteln zu beobachten! Hilfe stellt hier etwa der Rundbrief der VdS - Fachgruppe "Kleine Planeten".

Im Internet gibt es weitere Möglichkeiten, sein eigenes Beobachtungsprogramm zu erstellen. Das Minor Planet Center bietet auf seinen Internetseiten den Minor Planet Obsplanner an. Diesen Service kann man nutzen, wenn man einen Stationscode besitzt und sich dafür registriert hat.
Wer sich für die Beobachtung von neuentdeckten Erdbahnkreuzern, von denen zur Bahnberechnung noch weitere Positionsbeobachtungen gesucht werden, interessiert, dem ist die "The NEO Confirmation Page" des MPC zu empfehlen.

Links zum Thema

Liste mit den Bahndaten der Aten-Kleinplaneten
Liste mit den Bahndaten der Apollo-Kleinplaneten
Liste mit den Bahndaten der Amor-Kleinplaneten
Liste mit den Bahndaten der Centaur-Kleinplaneten
Liste mit den Bahndaten der Transneptun-Kleinplaneten
Liste mit den Bahndaten der Mars-Trojaner
Liste mit den Bahndaten der Jupiter-Trojaner
Liste mit den Bahndaten der potentiell gefährlicher Asteroiden
Tabelle zur Umrechnung der absoluten Magnitude zum Durchmesser eines Kleinplaneten
Aufnahmen des Asteroiden Vesta mit dem Hubble-Teleskop
Easy Sky Screenshots verschiedener Kleinplaneten Gruppen

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