Schauen Sie in den Nachthimmel und entdecken Sie die berühmten drei Sterne des Gürtels des Orion. Verlängern Sie dann die Linie zwischen ihnen nach oben und rechts in Richtung des Sternbilds Stier, des Stiers. Auf halbem Weg zwischen ihnen befindet sich ein kleiner Fleck ansonsten unauffälligen Himmels, der sehr wohl die Heimat eines der berühmtesten Funde der astronomischen Geschichte sein könnte – ein neunter Planet, der die Sonne umkreist.
Es kommt nicht jeden Tag vor, dass ein neuer Planet im Sonnensystem entdeckt wird. Tatsächlich ist es in der gesamten Menschheitsgeschichte nur zweimal vorgekommen, mit Uranus (1781) und Neptun (1846). Alle anderen Planeten sind seit der Antike bekannt und wurden nie wirklich „entdeckt“.
Objekte wie Ceres (der größte Asteroid) und Pluto galten einst als Teil des Planetenclubs, aber inzwischen wurde ihnen ihre Mitgliedschaft entzogen. William Herschel, Urbain Le Verrier, Johann Gottfried Galle und John Couch Adams sind die einzigen Astronomen, die jemals einen neuen Planeten gefunden haben, der immer noch als solcher gilt.
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Diese Elite-Liste könnte bald wachsen. Die CalTech-Astronomen Mike Brown und Konstantin Batygin gehören zu den Spitzenreitern, die sich ihm anschließen. Bereits 2016 gingen sie mit der radikalen Vorstellung an die Öffentlichkeit, dass der Appell der Planeten, die die Sonne umkreisen, noch nicht abgeschlossen ist. Sie hatten eine Handvoll kleiner Welten jenseits von Neptun bemerkt, die sich mysteriös verhielten, und dachten, dass vielleicht ein neunter Planet für ihre seltsame Bewegung verantwortlich sein könnte.
„Wir waren zuversichtlich, dass ein anderer Planet die Eigenschaften des äußeren Sonnensystems erklären könnte“, sagt Batygin. Sie haben den Himmel nach diesem Objekt abgesucht, aber bisher ist es ihnen entgangen. Im Moment trägt diese potenzielle Welt den Spitznamen Planet Nine. Wenn er entdeckt wird, wird er, genau wie die anderen Planeten, nach einer römischen oder griechischen Gottheit benannt.
Fernbeziehung
Die vermutete Existenz von Planet Nine basiert auf Beobachtungen im letzten Jahrzehnt mit Teleskopen, die groß genug sind, um in die trübe Umgebung jenseits der acht bekannten Planeten zu spähen. Das Studium dieser wenig erforschten Wildnis ist eine echte Herausforderung. Wir sehen nur dank reflektiertem Sonnenlicht, und für diese transneptunischen Objekte (TNOs) muss dieses Licht eine ziemliche Reise durchmachen.
Die Odyssee beginnt bei der Sonne und führt dann über eine Entfernung von mehr als 4.500.000.000 km, bevor sie von einem Objekt abprallt und fast bis zum Start zurück zur Erde zurückkehrt. Dieses Licht verblasst auch die ganze Zeit, was es sehr schwach macht und ein großes Teleskop erfordert, um es zu sammeln.
Nehmen Sie das 600 Kilometer breite Objekt, das als 2012 VP113 bekannt ist. Es ist 80-mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde, was bedeutet, dass das Licht, das wir von ihm reflektiert sehen, etwa 40 Millionen Mal schwächer ist als normales Sonnenlicht. Trotz einer Geschwindigkeit von 300.000 Kilometern pro Sekunde benötigt das Licht fast einen Tag, um die gesamte Strecke von der Sonne zu VP113 und zurück zur Erde zurückzulegen.
Es war die Entdeckung von VP113 durch die Astronomen Scott Sheppard und Chad Trujillo im Jahr 2014, die erstmals die Möglichkeit eines unentdeckten Planeten aufzeigte. Sie sind ein weiteres Team, das derzeit Planet Nine jagt. Eine genauere Untersuchung der Bahn von VP113 um die Sonne zeigte, dass es orbitale Eigenschaften mit einem anderen TNO namens Sedna teilte. Der Winkel, in dem sie sich der Sonne nähern, ist unheimlich ähnlich. Unsere besten Theorien zur Entstehung des Sonnensystems besagen, dass diese Neigung für jedes Objekt zufällig sein sollte. Die Tatsache, dass diese beiden Objekte übereinstimmen, weckt also Verdacht.
„Sie sind wie die Fingerabdrücke und Glasscherben eines Tatorts“, sagt Megan Schwamb vom Gemini Observatory auf Hawaii und Mitentdeckerin mehrerer TNOs. "Wer hat es getan?".
Eine Erklärung ist, mit dem Finger auf einen neunten Planeten zu zeigen, dessen Schwerkraft an diesen Objekten zieht und ihre Umlaufbahnen organisiert. Dazu müsste es ein Vielfaches der Masse der Erde sein.
Es wäre nicht das erste Mal, dass wir auf diese Weise einen neuen Planeten finden. Nach der Entdeckung von Uranus wurden Diskrepanzen in seiner Umlaufbahn auf das Ziehen eines noch weiter entfernten Planeten zurückgeführt. Als Astronomen ausrechneten, wo dieser Planet sein würde, entdeckten sie tatsächlich Neptun.
Jetzt versuchen Astronomenteams, darunter Brown, Batygin, Sheppard und Trujillo, dasselbe mit Planet Nine zu tun.
Verstecken und suchen
Bisher bleibt der Planet hartnäckig außer Sichtweite, aber die Suche hat den Beweis zementiert, dass es ihn wirklich gibt. Bei der Durchsuchung des äußeren Sonnensystems haben Astronomen neue TNOs entdeckt.
Wir kennen jetzt 14 Objekte, die mehr als 230-mal weiter von der Sonne entfernt sind als die Erde. Dazu gehört ein Objekt mit dem Spitznamen The Goblin, das von einem Team von Astronomen, darunter Sheppard, entdeckt und im Oktober 2018 angekündigt wurde. Es handelt sich um ein 300 Kilometer breites TNO auf einer 40.000 Jahre langen Schleife um die Sonne. Je mehr dieser Objekte wir mit ähnlichen Neigungen finden, desto stärker werden die Argumente für Planet Neun.
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Aber es gibt alternative Erklärungen. Die wichtigste ist, dass diese Nachahmungsbahnen nichts anderes als eine Beobachtungsverzerrung sind. Es wird angenommen, dass es da draußen Millionen von TNOs gibt, die wir noch nicht gefunden haben, alle mit zufälligen Umlaufbahnen. Es könnte nur ein Zufall sein, dass wir auf die Handvoll gestoßen sind, die ähnliche Wege um die Sonne teilen.
Wenn dies wahr wäre, wäre Planet Neun eine Erfindung unserer Vorstellungskraft. Aber im Januar 2019 veröffentlichten Brown und Batygin neue Forschungsergebnisse, in denen versucht wurde zu quantifizieren, wie wahrscheinlich dies auf den neuesten TNO-Entdeckungen basiert. Ihre Antwort? Nur 0,2 Prozent.
„Das ist unsere konservativste Schätzung“, sagt Batygin. Ein neunter Planet, so behaupten sie, ist die einzige existierende Erklärung für das, was wir im äußeren Sonnensystem sehen.
Den Himmel durchkämmen
Das bedeutet nicht, dass es einfach ist, es zu finden. Alle bisherigen Suchen haben den Planeten nicht entdeckt. Die Jagd wird nicht durch die Tatsache unterstützt, dass es nur eine Handvoll Teleskope auf der Welt gibt, die in der Lage sind, ihn zu sehen.
Sie benötigen nicht nur ein Teleskop mit großer Öffnung, um das schwache Licht einzufangen, sondern auch eines, das mit einer Kamera mit weitem Sichtfeld ausgestattet ist. Brown benutzt das 8,2-Meter-Subaru-Teleskop auf Hawaii, um danach zu suchen, während Batygin damit beschäftigt ist, die Zahlen zu ermitteln.
„Der Suchbereich umfasst 800 Quadratgrad des Himmels“, sagt Brown. Das entspricht etwa 3.200 Vollmonden. Ein Teleskop mit schmalem Blickwinkel würde einfach zu lange brauchen, um diese Weite abzudecken.
Es ist auch kein zweidimensionaler Himmelsausschnitt, sondern dreidimensional. Wir kennen auch nicht die genaue Entfernung von Planet Nine von der Sonne. Wenn es in der Nähe ist, wird es heller und wenn es weiter weg ist, wird es dunkler.
Wenn es um das hellere Ende geht, sagt Brown, dass sie bereits fast den gesamten Himmel bedeckt haben, wo er sich ohne Erfolg verstecken könnte. „Das überrascht mich“, sagt er. „Das wäre die vernünftigste Vermutung gewesen, wie Planet Neun aussehen würde.“
Die Ergebnisse sind umso unerwarteter, wenn Batygins neueste Computermodellierung berücksichtigt wird. „Wir haben in den letzten 18 Monaten Tausende neuer Computersimulationen durchgeführt“, sagt er, alles um mehr darüber zu erfahren, wo sich Planet Nine befinden könnte.
Laut Batygin ist das Ergebnis dieser Berechnungen, dass „Planet Nine in allen Parametern um den Faktor zwei kleiner ist als unsere ursprünglichen Schätzungen“. Seine Umlaufzeit wird jetzt auf 10.000 statt 20.000 Jahre geschätzt. Es ist fünfmal so schwer wie die Erde, nicht zehnmal. Obwohl es kleiner ist, würde seine kürzere Umlaufbahn es etwa zweieinhalbmal heller machen als die ursprünglichen Schätzungen von 2016.
Das Netz schließt sich
Wie kommt es also, dass Brown es immer noch nicht gefunden hat, obwohl er das gesamte Gebiet am helleren Ende durchsucht hat? „Wir kennen seine Albedo nicht, und das ist der Schlüsselparameter“, sagt Brown. Die Albedo eines Objekts ist ein Maß dafür, wie viel Sonnenlicht seine Oberfläche zurück in den Weltraum reflektiert. „Es könnte entweder ein superbewölktes, helles Objekt oder eine dunkle Eiskugel sein, die mit Müll bedeckt ist und eine niedrige Albedo hat.“
Die Tatsache, dass es noch nicht gefunden wurde, deutet darauf hin, dass es letzteres ist. Wenn eine stumpfe Oberfläche sie dunkler macht, dauert es länger, Planet Nine zu finden. „Wir haben etwa 50 Prozent des Himmels in diesem Bereich abgedeckt“, sagt er.
Das Netz schließt sich also, aber es ist ein mühsamer Prozess. „Die Hauptschwierigkeit besteht darin, eine so intensive Suche über viele Jahre aufrechtzuerhalten“, sagt Brown. Die vorhergesagte Position von Planet Nine zwischen Orion’s Belt und Taurus ist sowohl ein Segen als auch ein Fluch. Orion ist Teil des Winterhimmels, was bedeutet, dass Astronomen darauf beschränkt sind, während dieser Jahreszeit danach zu suchen. Im Sommer ist er Teil des Tageshimmels und daher nicht nachweisbar.
Auf der positiven Seite sind die Winternächte länger, aber der deutliche Nachteil ist, dass das Winterwetter auf Hawaii in den letzten Jahren horrend war. Batygin erinnert sich an eine Gelegenheit, als er den Vulkan hinauf zum Teleskop fuhr, während Hagelkörner von der Größe von Golfbällen in das Auto einschlugen. Bei einer anderen Gelegenheit sah das Wetter klar aus, aber Brown kam zum Teleskop und stellte fest, dass die Tür zum Teleskop zugefroren war.
„Wir hatten alle möglichen Hindernisse, die man sich vorstellen kann“, sagt Brown. Andere Hindernisse waren Vulkanausbrüche, Erdbeben und Schwefeldioxiddämpfe. „Es ist frustrierend“, sagt er. „[Ich] würde es gerne finden und zu etwas anderem übergehen.“
Da der Winter jetzt vorbei ist, ist diese Jahreszeit beendet und die Suche muss warten, bis sich die Erde wieder auf die günstige Seite der Sonne bewegt. Batygin bringt es auf den Punkt:„Die Natur ist dir gegenüber nicht verpflichtet“, sagt er. „Schauen Sie sich Gravitationswellen an – es hat 100 Jahre gedauert, sie zu finden.“
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Hoffentlich müssen wir nicht so lange warten. Wenn die aktuellen Suchen scheitern, gibt es Hoffnung am Horizont in Form des Large Synoptic Survey Telescope (LSST). Seine derzeit in Chile im Bau befindliche Kamera mit 3,2 Milliarden Pixeln wird in der Lage sein, eine Himmelsfläche von der Größe von 49 Vollmonden auf einmal zu fotografieren.
Es soll 2022 in Betrieb gehen. Auch wenn es Planet Nine nicht sofort findet, wird erwartet, dass es Hunderte neuer TNOs entdeckt. Wenn ihre Umlaufbahnen auch die verräterische Ausrichtung teilen, würde dies sowohl die Argumente für Planet Neun stärken als auch den Astronomen zeigen, wo sie ihn finden können. Laut Schwamb ist die Planet-Nine-Hypothese eine beantwortbare Frage. „Es wird nicht für immer ein Mysterium bleiben“, sagt sie.
Ein tieferes Rätsel ist, wie Planet Nine überhaupt dorthin gelangt ist. Wie kommt es, dass ein Planet mit der fünffachen Masse der Erde bis zu 20 Mal weiter von der Sonne entfernt ist als Neptun? Die wahrscheinlichste Erklärung ist, dass es zusammen mit den anderen acht Planeten im inneren Sonnensystem entstanden ist, bevor es durch ein Ereignis in die Tiefen des Weltraums geschleudert wurde.
Noch bevor Astronomen Beweise für Planet Neun fanden, deuteten Computersimulationen der Entstehung des Sonnensystems auf einen fehlenden Planeten hin. Mit fünf Riesenplaneten zu beginnen, führte zu einem Sonnensystem, das dem unseren heute ähnlicher ist als jenes, das mit nur vier begann. Das einzige Problem war, dass es keinen anderen Beweis dafür gab, dass dieser zusätzliche Planet jemals existiert hat.
Doch wenn die gegenwärtige Hektik der Aktivität die Existenz von Planet Neun bestätigt, ist es mit ziemlicher Sicherheit diese fehlende Welt. Seine Entdeckung würde mehr bedeuten als nur einen weiteren Planeten auf der Liste:Er könnte der Schlüssel zum Verständnis sein, warum unser Sonnensystem so aussieht, wie es heute aussieht.