Mathematische Planetenzauberei. Space Puzzles.

KAPITEL 5

Kometen sind große Felsbrocken oder Klumpen von in der tiefen Kälte des äußeren Raumes gefrorenen Gasen, die in die Mitte des Sonnensystems stürzen, um die Sonne schwenken und wieder in den äußeren Raum zurückkehren. Einige bewegen sich auf Ellipsenbahnen, die man berechnet hat. Dadurch waren die Astronomen in der Lage vorherzusagen, wann sie wiederkommen. Andere Kometen kommen und gehen, um nie wieder gesehen zu werden. Einige Astronomen glauben, daß diese einmaligen Kometen nie vorher hier gewesen sind und nie zurückkehren werden. Wenn das so ist, dann bewegen sie sich entweder auf Parabel- oder Hyperbelbahnen. (Ellipse, Parabel und Hyperbel werden ›Kegelschnitte‹ genannt, weil man sie erhalten kann, wenn man einen Kegel unter verschiedenen Winkeln schneidet.) Andere Astronomen sind überzeugt davon, daß alle Kometen Teil unseres Sonnensystems sind, daß aber einige so riesig lange elliptische Bahnen haben, daß sie Hunderte von Jahren benötigen um zurückzukehren.

Es gibt hauptsächlich zwei Theorien über die Entstehung der Kometen. Nach der einen Theorie zieht die Anziehungskraft der Sonne, während sie sich durch Wolken interstellarem (zwischen den Sternen befindlichen) Staubes bewegt, die Staubteilchen zu einem dichten Strom zusammen, der sich wie das Kielwasser bei einem Schiff hinter der Sonne herzieht. Gelegentlich wird ein besonders gewaltiger Klumpen von Teilchen in Richtung auf die Sonne gezogen und wird ein Komet. Nach der rivalisierenden Theorie sind die Planeten umgeben von einer ständig wirbelnden Wolke von Teilchen, die Milliarden von Klumpen enthält und halb bis zu den nächsten Sternen reicht. Dann und wann lenkt ein benachbarter Stern durch den Einfluß seiner Anziehungskraft einen Klumpen aus seiner Bahn ab. Das läßt ihn in die Nähe der Sonne schwingen und ihn auf der Erde als Komet sichtbar werden.

Einige Kometen sind durch die starke Anziehungskraft des Jupiter eingefangen worden. Sie bewegen sich um die Sonne und um Jupiter, ihre Umlaufbahn befindet sich völlig innerhalb des Sonnensystems. Andere Kometen bleiben auch innerhalb des Sonnensystems, aber ihre Bahnen reichen so weit wie die Bahnen von Saturn, Uranus oder Neptun.

Kometen haben einen Schweif erst, wenn sie sich der Sonne nähern. Die starke Sonnenwärme verdampft einen Teil, und das ausströmende Gas bildet einen glühenden, dampfartigen Schweif. Die Schweife unterscheiden sich stark in Größe und Form. Manchmal sind sie kurz, manchmal Hunderte von Millionen Kilometer lang. Manchmal sind sie gerade, manchmal gekrümmt. Manche Kometen haben gleichzeitig zwei Schweife. Andere entwickeln nie einen. Weil der Komet, immer wenn sich ein Schweif bildet, einen Teil seiner Substanz verliert, steht fest, daß er schließlich völlig verdampft. Das kann schon nach fünfzig Umläufen geschehen, oder erst nach Hunderten. In vielen Fällen bleibt ein Schwarm von Felsstückchen zurück, die den Raum als Meteorite durchstreifen.

Der letzte aufsehenerregende Komet erschien 1882. Er konnte mit dem bloßen Auge einige Wochen lang gesehen werden. Seitdem waren die meisten Kometen zu schwach, um ohne Fernrohr gesehen zu werden. Ein berühmter großer Komet, genannt der Halleysche Komet nach dem englischen Astronomen Edmund Halley aus dem siebzehnten Jahrhundert, gehört zu der Jupiterfamilie. Er kommt alle 76 Jahre zur Sonne zurück. Er wurde zuletzt 1910 gesehen, als die Erde fast durch das Ende des Schweifes trat. Der Halleysche Komet ist erst wieder 1986 fällig.

Man glaubt, daß Kometen sich auf Bahnen bewegen, die entweder Ellipsen, Parabeln oder Hyperbeln sind.

Frage 28:

Die Abbildung zeigt, wie der Komet von 1882 in Streatham in England am 4. November um 4 Uhr morgens am Himmel erschien. Können Sie aus der Zeichnung erschließen, in welche Richtung sich der Komet bewegt?

Der Komet von 1882

Hauptsächlich innerhalb der gewaltigen Lücke zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter gibt es Hunderttausende von felsigen Körpern, die Planetoide oder Asteroide genannt werden. Sie kommen in allen Größen und Formen vor vom größten, Ceres (mit einem Durchmesser von rund 750 km), bis herunter zu so kleinen Felsenstücken, daß sie von der Erde aus nicht mehr ausfindig gemacht werden können. Ceres war der erste Planetoid, der entdeckt wurde (1801). Der zweite, Pallas, wurde im darauffolgenden Jahr gefunden. Er ist der zweitgrößte Planetoid mit einem Durchmesser dicht an 500 km.

Es gibt viele Theorien über den Ursprung der Planetoiden. Einige Astronomen glauben, daß sie die Reste eines Planeten sind, der so nahe an Jupiter herankam, daß er aus seiner Bahn gerissen wurde und in Myriaden Stücke zerbrach. Andere glauben, daß die Planetoiden bei einem Zusammenstoß von zwei oder drei kleineren Planeten entstanden. Noch andere denken, daß das Sonnensystem aus einer großen rotierenden Wolke von Teilchen entstand, die einmal die Sonne umgab, und daß die Planetoiden felsige Teile sind, die nie zu einem Planeten zusammenkamen. In jedem Falle ist die Gesamtmasse der Planetoiden geringer als die unseres Mondes.

Die Planetoiden umkreisen die Sonne in Zeiträumen, die von zwei bis zwölf Jahre reichen. Viele ihrer Bahnen sind stark geneigt gegen die ›Ekliptik‹ – die Ebene, in der die Erde umläuft. Zum Beispiel ist Hidalgos Umlaufbahn um fast 45 Grad gegen die Ekliptik geneigt.

Nur ein Planetoid, Vesta – ihr Durchmesser ist rund 400 km – kann mit dem bloßen Auge gesehen werden. Das ist nicht so, weil Vesta so groß ist oder der Erde so näherkommt, sondern weil ihre Oberfläche mehr Licht reflektiert als andere große Planetoiden. Die Astronomen wissen nicht warum, aber wahrscheinlich ist das so, weil Vesta eine ungewöhnlich glatte Oberfläche hat. Kein Planetoid ist groß genug, um eine Atmosphäre halten zu können. Auf Ceres, dem größten, würde ein Junge von hundert Pfund weniger als vier Pfund wiegen. Auf kleineren Planetoiden könnte ein Astronaut leicht mit genügend großer Geschwindigkeit hochspringen, um in den Raum zu entkommen und nie zurückzukehren. Von besonderem Interesse für die Astronomen sind zwei Gruppen von Planetoiden, die als die Trojaner bekannt sind. Sie haben diesen Namen erhalten, weil jeder aus dieser Gruppe, der identifiziert worden ist, benannt ist nach einem Krieger aus Homers I 1 i a s, einem epischen Gedicht, das von dem berühmten Trojanischen Krieg zwischen Griechenland und Troja erzählt. Um zu erklären, warum die Trojaner von solcher Wichtigkeit sind, müssen wir bis zu dem Jahr 1772 zurückgehen, als der französische Mathematiker und Astronom Graf Joseph Louis Lagrange eine erregende Entdeckung machte. Er bewies mathematisch, daß zwei Körper (oder Gruppen von Körpern) die Sonne so umkreisen könnten, daß sie sich ständig an zwei Ecken eines gleichseitigen Dreiecks befänden, mit der Sonne an der dritten Ecke des Dreiecks. Mit anderen Worten, die dreieckige Anordnung würde stabil bleiben. Das war nichts als eine mathematisch-astronomische Kuriosität, bis 1906 Astronomen einen Planetoiden, Achilles genannt, an einem ›La-grange-Punkt‹ fanden. Die anderen zwei Ecken des gleichseitigen Dreiecks werden von der Sonne und Jupiter eingenommen.

Seit 1906 wurden mehr als ein Dutzend Planetoide an Jupiters beiden Lagrange-Punkten gefunden. Die eine Gruppe eilt Jupiter voraus, die andere folgt nach. Wie in der Abbildung gezeichnet, bleiben diese beiden Planetoidengruppen ständig an den Ecken zweier riesiger gleichseitiger Dreiecke gefesselt, während Jupiter um die Sonne kreist. Sie liefern einen dramatischen Beweis für die Richtigkeit von Lagranges Berechnungen.

Frage 29:

Ist es möglich, daß eines Tages die Erde mit einem großen Planetoiden zusammenstoßen könnte?

Die Lagrange-Punkte des Jupiter und die zwei Gruppen von Trojanern.

Frage 30:

Der Planetoid, der als 694ster entdeckt wurde, wurde von seinem Entdecker Ekard genannt. (Wer immer einen neuen Planetoiden findet, kann ihm jeden Namen geben, den er möchte. Einer heißt Chicago, und ein anderer, Marlene, wurde nach der berühmten Filmschauspielerin Marlene Dietrich benannt.) Ekard ist ein seltsamer Name. Können Sie erraten, was er bedeutet?