Der Kuipergürtel erstreckt sich möglicherweise Milliarden von Kilometern weiter als bisher angenommen. Die NASA-Raumsonde New Horizons passierte 2015 Pluto, verbrachte anschließend längere Zeit in den tiefsten Schichten des Kuipergürtels und stieß dabei auf einen kosmischen Staubsturm. Dies deutet darauf hin, dass die äußeren Bereiche des Sonnensystems noch viel weiter entfernt sein könnten, als wir vermuten.
Der Weltraum ist voller Staub, der aus winzigen Partikeln mit einer Größe von nur wenigen Mikrometern – Millionstel Metern – besteht. Der größte Teil des Staubs in unserem Sonnensystem stammt aus der Planetenentstehung, einem gewaltigen Prozess, bei dem unzählige Objekte miteinander kollidierten. Heute gesellt sich zu diesem uralten Staub auch frischer Staub hinzu, der durch Mikrometeoriteneinschläge von Asteroiden und Kometen ins All geschleudert wird. Dieser Staub, sowohl frischer als auch uralter, erzeugt das geheimnisvolle Zodiakallicht. Er erstreckt sich bis in die entferntesten Regionen des Sonnensystems. Astronomen sind sich über die Zusammensetzung dieser letzten Grenze noch immer nicht im Klaren. Die mit dem SDC erzielten Ergebnisse wurden am 1. Februar 2024 in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
Illustration des Kuipergürtels. NASA/SOFIA/Lynette Cook
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 so klein und lichtschwach, dass das erste Kuipergürtelobjekt (KBO) jenseits des Pluto erst 1992 entdeckt wurde. Diese Entdeckung gelang den Astronomen Dave Jewitt und Jane Luu von der Universität von Hawaii. Seitdem wurden jedoch Tausende von Kuipergürtelobjekten entdeckt, wodurch Astronomen mit der Kartierung des äußeren Sonnensystems beginnen konnten.
Jenseits des Kuipergürtels liegt die Streuscheibe, die von Kuipergürtelobjekten (KBOs) bevölkert ist. Diese wurden durch die Gezeitenkräfte des äußersten Planeten unseres Sonnensystems, Neptun, aus dem Kuipergürtel herausgeschleudert. Objekte in der Streuscheibe weisen typischerweise stark elliptische Umlaufbahnen auf, die stark gegenüber der Ebene des Sonnensystems geneigt sind, und können Hunderte von Astronomischen Einheiten (AE) von der Sonne entfernt sein. Eine AE, oder Astronomische Einheit, entspricht der Entfernung zwischen Erde und Sonne.
Weit jenseits des Kuipergürtels und der Streuscheibe liegt die Oortsche Wolke – eine riesige, kugelförmige Region aus gefrorenen Objekten, die sich mehr als ein Lichtjahr von der Sonne erstreckt. Obwohl die Oortsche Wolke aufgrund ihrer Entfernung noch nie direkt beobachtet wurde, ist ihre Existenz bekannt, da die Umlaufbahnen langperiodischer Kometen auf diesen Ort zurückgeführt werden können.
Neue Daten, die von der Raumsonde New Horizons gewonnen wurden, drohen jedoch, einen Großteil unseres Verständnisses des äußeren Sonnensystems infrage zu stellen.
„Die Raumsonde New Horizons führt die ersten direkten Messungen von interplanetarem Staub weit jenseits von Neptun und Pluto durch, sodass jede Beobachtung das Potenzial hat, zu einer Entdeckung zu führen“, sagte der Astronom Alex Doner von der University of Colorado in Boulder in einer Erklärung.
Die Flugbahn der Raumsonde New Horizons durch das äußere Sonnensystem. Arrokoth wurde in einer Entfernung von 44,6 Astronomischen Einheiten entdeckt. NASA/Johns Hopkins APL/SwRI
Man ging davon aus, dass die Entfernung zwischen dem äußeren Rand des Kuipergürtels und der Sonne etwa 50 Astronomische Einheiten (AE) beträgt (eine AE entspricht 149,5 Millionen Kilometern oder 93 Millionen Meilen). Am 1. Januar 2019 passierte New Horizons ein Kuipergürtelobjekt namens Arrokoth, das 44,5 AE von der Sonne entfernt ist. Im Jahr 2024 befand sich New Horizons in einer Entfernung von 58,25 AE von der Sonne und hatte die 50-AE-Marke im April 2021 überschritten. Innerhalb der letzten fünf Jahre hätte New Horizons den Rand des Kuipergürtels eigentlich bereits hinter sich lassen müssen. Da die Objekte des Kuipergürtels jedoch Millionen von Kilometern voneinander entfernt sind, hätte New Horizons den Übergang nicht visuell feststellen können. Stattdessen wäre eine Abnahme der interplanetaren Staubkonzentration das eindeutige Anzeichen dafür gewesen.
Das Weltrauminstrument Venetia Burney Student Dust Counter (SDC), benannt nach dem Mädchen, das 1930 den Planeten Pluto benannte, konnte diesen Rückgang des Staubs jedoch nicht feststellen. Tatsächlich befindet sich noch immer genauso viel Staub im Weltraum wie zuvor, was Astronomen vor ein Rätsel stellt.
Der SDC-Detektor ist an der Vorderseite der Raumsonde New Horizons angebracht. Er besteht aus 14 Kunststofffoliendetektoren mit Abmessungen von jeweils 14,2 x 6,5 Zentimetern und einer Dicke von nur 28 Mikrometern. Zwölf der Detektoren sind der Atmosphäre ausgesetzt, während die beiden anderen als Referenzdetektoren abgeschirmt sind und alle Ereignisse aufzeichnen, die nicht auf Staubeintritt zurückzuführen sind, um Fehlalarme zu vermeiden. Trifft ein Staubpartikel auf einen der Detektoren, hinterlässt der Aufprall eine kleine Vertiefung in der Kunststofffolie, wodurch sich die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche geringfügig verändert.
Eine mögliche Erklärung wäre, dass der überschüssige Staub näher an der Sonne entstanden und durch den Druck des auf die Partikel treffenden Sonnenlichts aus dem Kuipergürtel ausgestoßen wurde. Doners Team hält diese Theorie jedoch für unwahrscheinlich. Stattdessen favorisieren sie eine plausiblere Theorie.
Die anhaltende Staubwolke deutet darauf hin, dass sich New Horizons noch immer im Kuipergürtel befindet und dass der Kuipergürtel viel größer ist als bisher angenommen und sich Milliarden von Kilometern weiter von der Sonne erstreckt, als unsere aktuellen Karten zeigen.
Künstlerische Darstellung der NASA-Raumsonde New Horizons. Diese Ansicht zeigt den studentischen Staubkollektor an der Unterseite der Sonde. NASA/Johns Hopkins APL/SwRI/Steve Gribben
Dies belegen nicht nur Staubdaten. Astronomen nutzen Algorithmen des maschinellen Lernens, um Beobachtungen des 8,2-Meter-Subaru-Teleskops auf dem Mauna Kea in Hawaii und des 4-Meter-Victor-M.-Blanco-Teleskops am Cerro Tololo Inter-American Observatory in Chile zu analysieren und so weitere Eisobjekte zu finden, die New Horizons erforschen könnte. Bislang wurden 154 Objekte in der Flugrichtung von New Horizons entdeckt, darunter etwa 20, denen sich die Raumsonde bis auf wenige Millionen Kilometer nähern wird – nah genug für erste Beobachtungen. Einige dieser 154 Objekte scheinen sich jedoch jenseits des Kuipergürtels zu befinden und nicht auf der für die Streuscheibe typischen exzentrischen Umlaufbahn, sondern in der Ebene der Ekliptik, die ebenfalls vom Kuipergürtel geteilt wird.
„Die Vorstellung, dass wir möglicherweise einen erweiterten Kuipergürtel entdeckt haben – mit einer ganz neuen Population von Objekten, die kollidieren und mehr Staub produzieren – liefert einen weiteren Hinweis zur Entschlüsselung der Geheimnisse der entferntesten Regionen des Sonnensystems“, sagte Doner.
New Horizons betritt Neuland. Nur vier Raumsonden haben diese Region zuvor besucht – Pioneer 10 und 11 sowie Voyager 1 und 2 – und keine von ihnen war mit einem Staubzähler wie New Horizons ausgestattet.
Während die Pioneer-Sonden schon lange inaktiv sind und Voyager 1 erste Funktionsstörungen aufweist, verfügt New Horizons über genügend Treibstoff und Energie, um bis in die 2040er-Jahre durchzuhalten. Dann könnte die Sonde eine Entfernung von mehr als 100 Astronomischen Einheiten von der Sonne erreichen. Bis ihre Energiereserven aufgebraucht sind, wird sie die Karte des äußeren Sonnensystems wahrscheinlich vollständig neu gezeichnet haben.
In den fernen Regionen des Sonnensystems befinden sich zahlreiche eisige Objekte, die Schneemännern ähneln – Paare aus miteinander verbundenen Kugeln. Eine neue Studie enthüllt eine einfache Erklärung für die Entstehung dieser geheimnisvollen Objekte.
Jenseits der Neptunbahn befinden sich eisige Überreste aus der Entstehungszeit des Sonnensystems, sogenannte Planetesimale. Ähnlich wie Schneebälle aus vielen Schneeflocken bestehen, entstanden Planetesimale vermutlich in den Staubscheiben, die die junge Sonne umgaben, aus Wolken von kieselsteingroßen Objekten, die sich gegenseitig gravitativ anzogen. Wissenschaftler veröffentlichten ihre Ergebnisse am 19. Februar 2026 in der Fachzeitschrift „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“.
Im Jahr 2019 lieferte die NASA-Raumsonde New Horizons die ersten Bilder von Planetesimalen in Form zweier verbundener Kugeln – schneemannähnliche Objekte, die als Kontaktbinärsysteme bekannt sind. Andere Studien legen nahe, dass zwischen einem Zehntel und einem Viertel aller Planetesimale Kontaktbinärsysteme sein könnten.
Doch wie diese fernen Schneemänner entstanden, blieb ein Rätsel. Frühere Studien versuchten, den Ursprung von Kontaktbinärsystemen zu berechnen, indem sie diese als kollidierende Kugeln modellierten. Bis vor Kurzem basierten diese Berechnungen jedoch auf idealisierten Verschmelzungen, die stets zu Kugeln und keiner anderen Form führten.
Eine zusammengesetzte Aufnahme des Kuipergürtelobjekts Arrokoth, fotografiert von der NASA-Raumsonde New Horizons im Jahr 2019. NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute
In der Studie modellierten die Wissenschaftler Planetesimale als Wolken aus Partikeln, die auf den Oberflächen der jeweils anderen Partikel ruhen.
Modellstudien haben gezeigt, dass diese Wolken bei ihrer Rotation manchmal nicht zu einem einzigen Planetesimal verschmelzen, sondern zwei separate, einander umkreisende Planetesimale bilden. Astronomen haben zahlreiche solcher binären Planetesimale im Kuipergürtel jenseits des Neptun beobachtet.
In neuen Simulationen können sich diese binären Planetesimale unter dem Einfluss ihrer gegenseitigen Gravitationsanziehung immer weiter annähern, bis sie sich berühren und verschmelzen. Das Bemerkenswerteste an diesem Modell ist, dass es Planetesimale nicht nur kugelförmig, sondern auch flach, zigarrenförmig und sogar schneemannförmig erzeugen kann. Die Geschwindigkeit dieser Planetesimale und die Stärke des Zusammenhalts ihrer Partikel bestimmen die Form ihrer endgültigen Verschmelzung.
Die Paare von Planetesimalen, aus denen diese fernen Schneemänner bestehen, könnten Millionen oder sogar Milliarden von Jahren zusammenbleiben, da eine Kollision mit anderen Himmelskörpern unwahrscheinlich ist. Ohne eine Kollision könnte sie nichts trennen.
Die Studie ergab, dass Kontaktbinäre nur 4 % der modellierten Planetesimale ausmachen, was nicht ganz mit der geschätzten Anzahl von 10-25 % übereinstimmt.
Barnes merkte an, dass die Computersimulationen des Teams durch die Anzahl und Größe der Partikel in den Kieselwolken, aus denen später Planetesimale entstanden, begrenzt waren. Er schlug vor, die Anzahl und die Bandbreite der Partikelgrößen in den Simulationen zu erhöhen, um die Anzahl der möglichen Kontaktbinärsysteme zu steigern. Rotierende Kieselwolken könnten zudem drei oder mehr Planetesimale bilden, die einander umkreisen.
Der Ring, der den eisigen Zwergplaneten Quaoar im Kuipergürtel umgibt, befindet sich viel weiter von seinem Mutterkörper entfernt, als Wissenschaftler bisher für möglich gehalten hatten.
Astronomen haben ein völlig neues Ringsystem im Sonnensystem entdeckt, und es befindet sich so weit von seinem Mutterplaneten, einem Zwergplaneten, entfernt, dass es eigentlich unmöglich sein sollte.
Der Ring umgibt Quaoar, einen Planeten von etwa der halben Größe des Pluto, der sich jenseits des Neptun befindet. Er ist erst der dritte Ring, der um einen Kleinplaneten entdeckt wurde, und das siebte Ringsystem im Sonnensystem. Die bekanntesten und am besten erforschten Ringe umgeben die Riesenplaneten Saturn, Jupiter, Neptun und Uranus.
Bei allen sechs bisher bekannten Planeten mit Ringsystemen befinden sich die Ringe recht nahe an der Planetenoberfläche. Dies stellt die Theorien zur Ringentstehung ernsthaft in Frage.
Bild des Zwergplaneten Quaoar, der sich jenseits von Neptun befindet. ESA, CC BY-SA 3.0 IGO
Das Ringsystem befindet sich in einer Entfernung von sieben Planetenradien von Quaoar (also dem Siebenfachen des Radius von Quaoar), was dem Doppelten der theoretischen Maximalentfernung für ein Ringsystem, der sogenannten Roche-Grenze, entspricht. Zum Vergleich: Der Großteil der Saturnringe liegt nur drei Planetenradien vom Gasriesen entfernt.
Bisher ging man davon aus, dass Ringe jenseits der Roche-Grenze in solch großer Entfernung von ihrem Mutterkörper nicht bestehen könnten. Ringe jenseits der Roche-Grenze sollten nicht stabil sein; sie sollten schnell in die Krater einsinken und dabei das gesamte Ringmaterial verbrauchen.
Wissenschaftler vermuten, dass der Quaoar-Ring ähnlich wie andere Ringe im Sonnensystem entstanden ist: Kollisionen zwischen Monden, die ihren Planeten umkreisen, erzeugten Trümmer, die sich ablagerten und einen Ring aus Gesteins-, Eis- und Staubpartikeln bildeten. Laut den Forschern können diese Partikel keinen Mond bilden, wenn sie sich in der Nähe des Planeten und innerhalb der Roche-Grenze befinden, da die Gezeitenkräfte des Planeten sie ständig auseinanderreißen und ein Zusammenkleben verhindern. Dies ist beim Quaoar-Ring jedoch nicht der Fall.
Eine Illustration, die die Ringanordnung des Zwergplaneten Quaoar im Vergleich zur Roche-Grenze zeigt, die als maximale Entfernung galt, in der sich Planetenringe bilden konnten. Pariser Observatorium
Forscher entdeckten das Ringsystem bei der Untersuchung der Atmosphäre von Quaoar. Das Team nutzte das Hochgeschwindigkeitsinstrument HiPERCAM am Gran Telescopio Canarias (Kanarische Inseln), das selbst kleinste Veränderungen in der Helligkeit von Hintergrundsternen erfassen kann. Der Ring wurde sichtbar, als er die Helligkeit des Hintergrundsterns um etwa 5–10 % verringerte, sowohl vor als auch nach dem Vorbeizug des Hauptkörpers von Quaoar vor dem Stern. Dieses Ereignis, eine sogenannte Verfinsterung, dauerte weniger als eine Minute.
Siehe auch... Neue Methode zur Beobachtung einzelner Atome bestätigt jahrhundertealte quantenmechanische Theorie |
Der Ring von Quaoar ist zu klein und zu lichtschwach, um direkt beobachtet zu werden, selbst mit einem leistungsstarken Instrument wie dem Hubble-Weltraumteleskop. Abgesehen von Sonnenfinsternissen ist die einzige Möglichkeit, diese Zwergplanetenringe nachzuweisen, der Einsatz einer Robotersonde.
Darüber hinaus deuten Modellrechnungen auf Basis von Daten des James-Webb-Weltraumteleskops darauf hin, dass sich fünf erdähnliche Welten in der Oortschen Wolke am Rande des Sonnensystems verbergen könnten. Die junge Sonne könnte mehrere Exoplaneten von der Größe des Mars oder Merkur eingefangen haben, die derzeit die äußeren Bereiche des Sonnensystems umkreisen, doch ihre Identifizierung wird eine äußerst große Herausforderung darstellen.
Die meisten Astronomen sind sich einig, dass es in unserem Sonnensystem nur vier terrestrische Planeten, also Gesteinsplaneten, gibt, die sich alle in Sonnennähe befinden. Neuere Forschungsergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass sich in den äußeren Bereichen des Sonnensystems bis zu fünf weitere Planeten befinden könnten.
Freifliegende Planeten (FFPs) sind planetengroße Objekte, die keinen Stern umkreisen. Auch als vagabundierende Planeten bekannt, entstehen FFPs entweder aus Gaswolken, die nicht an einen Stern gebunden sind, oder sie entstehen um Sterne herum, werden aber aus ihren Umlaufbahnen geschleudert. Das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) hat Hunderte von FFPs in der Milchstraße und darüber hinaus entdeckt, darunter jupitergroße Paare im Sternbild Orion. Modellrechnungen legen nahe, dass die meisten FFPs wahrscheinlich etwa die Größe des Mars haben.
Während manche vagabundierende Planeten von Sternen ausgestoßen werden, können Sterne diese einsamen Wanderer auch mit ihrer Schwerkraft anziehen und so Planeten in ständig rotierende Mitglieder des Sonnensystems verwandeln. In einer am 18. Dezember 2023 in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal Letters veröffentlichten Studie legt ein Forscher die Vermutung nahe, dass auch unsere Sonne in ihrer Frühphase felsige, vagabundierende Planeten angezogen haben könnte.
Um die Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, nutzte Studienautor Amir Siraj, Doktorand der Astrophysik an der Princeton University und Leiter des dortigen Programms für interstellare Objekte, mehrere bereits entwickelte Modelle bzw. Gleichungssysteme, die auf Beobachtungen von vagabundierenden Planeten basieren. Unter der Annahme, dass unsere junge Sonne eine Wahrscheinlichkeit von 1 zu 50 hat, einen solchen Planeten einzufangen – was laut Siraj eine konservative Schätzung ist –, führte er 100 Millionen Simulationen durch und berücksichtigte dabei Faktoren wie die Form der Umlaufbahn, um zu ermitteln, wie viele Gesteinsplaneten die Sonne hätte einfangen können. Siraj nahm außerdem an, dass die frühe Umgebung der Sonne ausreichend eng war, um die Anzahl der Planeten in einem Worst-Case-Szenario zu schätzen, da das Einfangen von Planeten unter solchen Umständen deutlich schwieriger wird.
Von der Sonne eingefangene Gesteinsplaneten könnten sich im äußeren Sonnensystem befinden und die Sonne Zehntausende von Jahren umkreisen. da-kuk via Getty Images
Die Studie ergab, dass sich zwei Planeten mit einer Masse ähnlich der des Mars oder drei bis fünf Planeten mit einer Masse vergleichbar mit der des Merkur in einem Umkreis von etwa 1400 Astronomischen Einheiten (AE) um die Sonne befinden könnten. (Eine AE entspricht der Entfernung zwischen Erde und Sonne.) Dies bedeutet, dass sich diese eingefangenen Planeten in der Oortschen Wolke befinden – einer hypothetischen riesigen Blase aus Milliarden von eisigen Objekten von der Größe von Bergen, die das Sonnensystem umgibt.
Die vorgeschlagenen neuen Planeten sind unabhängig von Planet X, einem noch unentdeckten, hypothetischen, Neptun-ähnlichen Planeten, der die Sonne vermutlich in etwa 43 Astronomischen Einheiten umkreist. Anders als die neue Studie, die auf theoretischen Annahmen beruht, sagten Wissenschaftler die Existenz von Planet X anhand von Beobachtungen der ungewöhnlichen Flugbahnen von Objekten im Kuipergürtel voraus, einer ringförmigen Region aus Eiskörpern, die sich von Neptun bis zur Oortschen Wolke erstreckt.
Eingefangene erdähnliche Welten wären zwar wahrscheinlich erdähnlicher als Planet X, doch ihre Bewohnbarkeit bleibt Spekulation. Wasser könnte zwar in Form von Eisschichten existieren, aber Sonnenlicht wäre „sehr schwach – vergleichbar mit der Helligkeit des Mondlichts hier auf der Erde“, sagte Siraj. Da die vermuteten Planeten jedoch aus anderen Sternensystemen stammen und somit Exoplaneten sind, könnten zukünftige Weltraummissionen zur Erforschung von Exoplaneten diese gezielt anvisieren.
Die Entdeckung dieser neu vorgeschlagenen Planeten wird jedoch noch schwieriger sein als die Identifizierung von Planet X, da sie viel kleiner und weiter vom vermuteten Planeten entfernt sind. Siraj glaubt, dass das Vera-S.-Rubin-Observatorium, das sich derzeit in Chile im Bau befindet und 2025 in Betrieb gehen soll, einen ehemals auf der FFP-Liste geführten Planeten in einer Entfernung von weniger als 700 Astronomischen Einheiten entdecken könnte – allerdings nur, wenn, wie er anmerkte, „er sich auf der Südhalbkugel befindet, uns nahe genug ist und eine ausreichend hohe Albedo aufweist“, also die Fähigkeit besitzt, das Licht, das ihn beleuchtet, zu reflektieren.
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