Die aktuelle Debatte um Pluto verdeutlicht die Schwierigkeiten bei der Definition des Begriffs „Planet“. Die IAU definiert einen Planeten als einen Himmelskörper, der die Sonne umkreist, eine nahezu kugelförmige Gestalt aufweist und seine Umlaufbahn weitgehend von Weltraumschrott befreit hat. Doch selbst diese Kriterien sind nicht allgemein anerkannt.
Erde und selbst Jupiter haben trotz ihrer Größe ihre Umlaufbahnen noch nicht von vielen Asteroiden befreit. Darüber hinaus gibt es kleine, runde Himmelskörper wie Ceres, die die Sonne umkreisen und nicht als Planeten gelten.
Die vermeintliche Herabstufung Plutos zum Planetenstatus wirft grundlegende Fragen zur Definition von Objekten im Sonnensystem und sogar im Weltraum auf. Sie zeigt, dass die Wissenschaft Objekte mitunter nicht in einfache Kategorien einordnen kann. Denn wenn die Definition eines Planeten erneut erweitert wird, wird unklar, wie die zahlreichen nicht-sphärischen Objekte, die unsere Sonne umkreisen, zu bewerten sind. Es könnte sogar die Existenz des Asteroidengürtels, jener riesigen Ansammlung kleiner Objekte zwischen Mars und Jupiter, infrage stellen. Oder was würde geschehen, wenn ein Planet auseinanderbrechen würde?
Obwohl die Pluto-Debatte vor fast 20 Jahren begann, verstehen viele immer noch nicht den ganzen Wirbel und warum Pluto seinen Planetenstatus verloren hat. Die Reduzierung des Sonnensystems von neun auf acht Planeten (zumindest nach der Standarddefinition der IAU) war jedoch ein langer Prozess und verdeutlicht eine der größten Stärken der Wissenschaft: die Fähigkeit, scheinbar unveränderliche Definitionen angesichts neuer Erkenntnisse anzupassen.
Das Wort „Planet“ stammt aus der Antike und leitet sich vom griechischen „planetes“ ab, was so viel wie „Wandelstern“ bedeutet. Die fünf klassischen Planeten – Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn – sind mit bloßem Auge sichtbar, und ihre Bewegungen am Himmel lassen sich anhand ungewöhnlicher Bahnen im Vergleich zu weiter entfernten Hintergrundsternen beobachten. Seit der Erfindung des Teleskops haben Astronomen zwei weitere Planeten entdeckt: Uranus und Neptun, die zu lichtschwach sind, um mit bloßem Auge gesehen zu werden.
Plutos Größe (unten links) im Vergleich zu Mond und Erde. Tom Reding, CC BY-SA
Als Astronomen Ceres entdeckten, das heute als Zwergplanet gilt, wurde es in wissenschaftlichen Kreisen zunächst als Planet angesehen. Diese Ansicht änderte sich jedoch, als weitere Messungen zeigten, dass es kleiner war als andere damals beobachtete Planeten. Schließlich wurde Ceres als Mitglied einer Gruppe von Gesteinsbrocken, den sogenannten Asteroiden, klassifiziert. Heute wissen wir, dass es allein im Asteroidengürtel Hunderttausende davon gibt.
Pluto wurde 1930 entdeckt und als Planet klassifiziert (die IAU wurde 1919 gegründet), als der Astronom Clyde Tombaugh vom Lowell-Observatorium in Arizona beim Vergleich von Himmelsaufnahmen verschiedener Nächte einen winzigen Punkt bemerkte, der sich vor dem Sternenhintergrund hin und her bewegte. Dieser jüngste Kandidat für das Sonnensystem wurde jedoch sofort als Anomalie erkannt. Seine Umlaufbahn ist so exzentrisch – also alles andere als kreisförmig –, dass er in 20 Jahren seiner 248-jährigen Reise näher an der Sonne vorbeizieht als Neptun. Außerdem ist seine Bahn gegenüber der Ekliptik, der Ebene, in der die anderen Planeten des Sonnensystems die Sonne umkreisen, geneigt.
1992 entdeckten Wissenschaftler mit 1992 QB1 das erste Objekt des Kuipergürtels, einen winzigen Himmelskörper, der in der Nähe von Pluto und jenseits des Neptun kreist. Zahlreiche weitere ähnliche Objekte wurden bald entdeckt und enthüllten einen Gürtel aus kleinen, gefrorenen Welten, vergleichbar mit dem Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter. Pluto blieb der größte Himmelskörper dieser Region, doch im Juli 2005 entdeckten Astronomen den fernen Himmelskörper Eris, der zunächst für noch größer als Pluto gehalten wurde.
Die Forscher sahen sich gezwungen, sich folgende Fragen zu stellen: Wenn Pluto ein Planet ist, bedeutet das dann, dass auch Eris ein Planet ist? Was ist mit all den anderen eisigen Objekten im Kuipergürtel oder den kleineren Objekten im Asteroidengürtel? Wo genau verläuft die Grenze, ab der ein Himmelskörper als Planet gilt? Ein Begriff, der zuvor einfach und eindeutig gewirkt hatte, erwies sich plötzlich als erstaunlich schwer fassbar.
Es folgte eine hitzige Debatte, in deren Verlauf viele neue Vorschläge zur Definition des Planeten unterbreitet wurden.
Gegen Ende der Prager Konferenz stimmten die verbliebenen 424 Astronomen für die Einführung dreier neuer Kategorien für Objekte des Sonnensystems. Fortan galten nur noch die Planeten von Merkur bis Neptun als Planeten. Pluto und seine Verwandten – runde Objekte, die sich Umlaufbahnen mit anderen Objekten teilten – wurden als Zwergplaneten bezeichnet. Alle anderen Objekte, die die Sonne umkreisten, wurden als kleine Körper des Sonnensystems bezeichnet.
Die Raumsonde New Horizons markierte einen Wendepunkt in der Planetendebatte, denn ihr schneller Vorbeiflug an Pluto enthüllte, dass dieser Himmelskörper weitaus dynamischer ist als bisher angenommen. Hohe Berge, von Kratern übersäte Einschusslöcher und Spuren von Flüssigkeiten auf seiner Oberfläche deuten darauf hin, dass Pluto seit seiner Entstehung tiefgreifende geologische Veränderungen durchlaufen hat. Allein deshalb argumentieren einige Wissenschaftler, dass Pluto als Planet gelten sollte, da er ein dynamischer Ort ist und nicht so statisch, dass seine Oberfläche lediglich durch Mikrometeoriteneinschläge verändert wird.
Aufnahmen von Plutos Mond Charon zeigen eine hohe Dynamik, unter anderem durch eine rote Kappe an seinem Pol, deren Erscheinungsbild sich offenbar im Einklang mit den langsamen Jahreszeiten in diesen fernen Regionen des Sonnensystems verändert. Bemerkenswerterweise besitzt Pluto mehrere Monde, während die beiden bekannten Planeten Merkur und Venus keine haben. Zahlreiche Asteroiden und Zwergplaneten besitzen ebenfalls Monde, was die Planetenidentifizierung zusätzlich erschwert.
Der Vorbeiflug der NASA-Mission New Horizons an Pluto im Jahr 2015 zeigte Wissenschaftlern, dass die geologische Aktivität dort weitaus komplexer ist als erwartet. NASA/JHUAPL/SwRI
Ähnliche Ansichten werden von vielen in der Öffentlichkeit geteilt. Im Jahr 2014, kurz vor dem Vorbeiflug, debattierten Experten des Harvard and Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) in Cambridge, Massachusetts, über unterschiedliche Definitionen des Begriffs „Planet“. Der Wissenschaftshistoriker Owen Gingerich, Vorsitzender des IAU-Definitionskomitees für Planeten, argumentierte, dass „Planet ein kulturell geprägter Begriff ist, der sich im Laufe der Zeit verändert“. Die überwiegende Mehrheit der Zuschauer der CfA-Debatte entschied sich jedoch für die Definition des anderen Teilnehmers – eine Definition, die Pluto wieder als Planeten anerkennen würde.
Es entstehen immer wieder alternative Klassifizierungssysteme. Ein Vorschlag aus dem Jahr 2017 definierte einen Planeten als „ein rundes Objekt im Weltraum, das kleiner als ein Stern ist“. Dies würde Pluto erneut zu einem Planeten machen, aber das Gleiche würde auch für den Erdmond und viele andere Satelliten im Sonnensystem gelten, wodurch sich die Gesamtzahl der offiziell anerkannten Planeten auf 110 erhöhen würde.
Bis heute wurden über 5.000 Exoplaneten, also Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, entdeckt, die eine enorme Vielfalt an Welten repräsentieren. Von „Supererden“ mit der Größe zwischen Erde und Uranus über „heiße Jupiter“, die Sonnen in geringem Abstand umkreisen, bis hin zu Planeten aller Größen – die zu erforschenden Planetenumgebungen verändern sich rasant.
Diese Vielfalt an Planetenentstehungsszenarien zeigt, dass jedes Sonnensystem seine eigene, einzigartige Umgebung haben kann. Zwar ist es im Allgemeinen richtig, dass Sterne Planeten aus dem kollabierenden Gas und Staub ihrer Umgebung bilden können, doch die einzelnen dynamischen Prozesse, die die Planetenentstehung steuern, sind weitaus komplexer. Sind beispielsweise mehrere Sterne beteiligt? Wie viel Staub ist vorhanden? Gibt es ein Schwarzes Loch oder eine Supernova, die den für das Planetenwachstum notwendigen wertvollen Staub und das Gas entfernt?
Pluto, aufgenommen von der Raumsonde New Horizons beim Vorbeiflug am 14. Juli 2015 aus einer Entfernung von 35.445 Kilometern (22.025 Meilen). NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Alex Parker
Selbst wenn Planeten das Glück haben, zu wachsen, ist ihre Wechselwirkung mit anderen Planeten in den frühen Stadien ihrer Entstehung noch weitgehend unerforscht. Durch diese Wechselwirkungen bewegt die gegenseitige Gravitation die Planeten wahrscheinlich näher an ihren Zentralstern heran oder entfernt sie von ihm, und in manchen Fällen werden sie sogar aus dem Sonnensystem geschleudert.
All dies deutet darauf hin, dass unsere Definition von Planeten situationsabhängiger gestaltet werden muss, um den vielen möglichen Entstehungsszenarien gerecht zu werden. Planeten könnten auf bestimmte Entstehungsbedingungen oder bestimmte Zonen beschränkt sein. Sicher ist nur, dass die Frage der Planetenhaftigkeit und die durch Pluto ausgelöste Debatte mit zunehmender Datenlage noch lange andauern werden.
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Die größte Verwirrung entsteht bei den Untertypen von Nicht-Planeten. Wenn ein Objekt groß genug ist, um eine Kugelform anzunehmen, aber seine Umlaufbahn nicht räumt, wie beispielsweise Pluto oder Ceres, wird es als Zwergplanet bezeichnet. Astronomen verwenden den Begriff „Zwerg“ oft für kleinere Versionen desselben Typs, wie etwa Zwergsterne und Zwerggalaxien. Doch Zwergsterne sind immer noch Sterne und Zwerggalaxien immer noch Galaxien – sie sind nur kleiner. Zwergplaneten sind etwas anderes – sie sind definitiv keine Planeten.
Ist ein Objekt zu klein, um eine Kugelform anzunehmen, wird es als „Kleinkörper des Sonnensystems“ klassifiziert. Asteroiden sind nicht offiziell als solche definiert, aber Astronomen verwenden den Begriff üblicherweise für Kleinkörper im inneren Sonnensystem. Auch Kometen zählen zu den Kleinkörpern des Sonnensystems.
Dieses Bild von Pluto entstand, nachdem die Raumsonde New Horizons am 14. Juli 2015 in einer Entfernung von 80.000 Kilometern (50.000 Meilen) an dem Zwergplaneten vorbeigeflogen war. NASA
Als Nächstes folgen die „Kleinplaneten“, zu denen Zwergplaneten und alle kleinen Körper des Sonnensystems gehören, die keine Kometen sind. Dazu zählen Plutoiden – Zwergplaneten jenseits der Plutobahn – und transneptunische Objekte, zu denen die Plutoiden und andere kleine Körper des Sonnensystems gehören, die jenseits der Neptunbahn kreisen.
Pluto ist so etwas wie ein Einzelgänger. Dieser Zwergplanet wird nicht mehr als regulärer Planet betrachtet: Seine Umlaufbahn liegt nicht in derselben Ebene wie die der acht Planeten des Sonnensystems; sie ist stark elliptisch und stark geneigt.
Tatsächlich ähnelt seine Umlaufbahn viel eher der seiner Nachbarn im Kuipergürtel – der ringförmigen Region jenseits des Neptun, die neben anderen Zwergplaneten wie Makemake und Eris auch Millionen von Eisobjekten enthält. Doch selbst im Vergleich zu anderen Kuipergürtelobjekten ist Plutos Umlaufbahn recht ungewöhnlich, berichtet Live Science.
Vergleichen wir zunächst Pluto mit der Erde und den anderen Planeten unseres Sonnensystems. Die Bahnexzentrizität des Zwergplaneten (seine Abweichung von einer perfekten Kreisbahn) beträgt 0,25. Zum Vergleich: Die Bahnexzentrizität der Erde liegt bei 0,0167, wodurch ihre Bahn nahezu kreisförmig ist. Die Exzentrizitäten von Saturn und Mars betragen 0,054 bzw. 0,093. Plutos Umlaufbahn ist um 17,4 Grad geneigt, die der Erde um 1,5 Grad und die des Merkur um etwa 2 Grad.
Wissenschaftler vermuten, dass die Wanderung des Neptun aufgrund der Gravitationswechselwirkung mit seinen Nachbarplaneten eine Rolle bei der Erklärung der Pluto-Umlaufbahn spielt. Irgendwann wanderten die Planeten, und Pluto gelangte in diese Umlaufbahn, weil sich Neptuns Bahn nach außen verlagerte und Pluto in diese Resonanz zog. Diese Resonanz entsteht, wenn sich die Gravitation umlaufender Körper periodisch gegenseitig beeinflusst, wenn sie sich nahe kommen.
Neptun kontrolliert Pluto, trotz dessen ungewöhnlicher Umlaufbahn. 20 seiner 248-jährigen Umlaufzeit verbringt Pluto innerhalb der Neptunbahn. Die beiden Planeten befinden sich in einer 3:2-Bahnresonanz, das heißt, Pluto umkreist Neptun zweimal, während Neptun drei Umläufe absolviert.
Im Vergleich zu den acht Planeten unseres Sonnensystems ist Plutos ungewöhnliche Umlaufbahn schlichtweg extrem, so die NASA.
Es gibt noch einen weiteren ungewöhnlichen Aspekt an Plutos Umlaufbahn. Wenn der Zwergplanet sein Perihel – seinen sonnennächsten Punkt – erreicht, befindet er sich stets oberhalb der Ebene der Planetenbahn. Normalerweise steigen und fallen Planeten und andere Zwergplaneten im Laufe der Zeit über und unter diese Ebene, was bei Pluto laut Simulationen nie der Fall ist. Dies wird durch die Wechselwirkung zwischen Pluto und den Planeten Jupiter und Uranus verursacht, die Pluto vor einem Abgleiten in eine chaotische Umlaufbahn bewahrt.
Pluto ist jedoch nicht der einzige Planet mit einer solch ungewöhnlichen Umlaufbahn. Der Zwergplanet Eris beispielsweise hat eine Exzentrizität von 0,45 und eine Bahnneigung von etwa 43 Grad. Das ist eine deutlich extremere Umlaufbahn.
Wir wissen noch immer nicht viel darüber, wie und wie schnell die Planeten gewandert sind. Und Plutos kosmische Umgebung, der Kuipergürtel, birgt wahrscheinlich noch viele weitere Geheimnisse.
Der Kuipergürtel enthält mehr Landschaften auf Objekten mit einem Durchmesser von 100 Kilometern (oder etwa 60 Meilen), die größer sind als die gesamten festen Oberflächen des restlichen Sonnensystems zusammen. Er ist wahrlich ein vielversprechendes Gebiet für die Erforschung des Weltraums.
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