grenz|wissenschaft-aktuell: So könnten außerirdische Astronomen unser Sonnensystem sehen

Simulierte Fernansicht auf unser Sonnensystem | Copyright: NASA/Goddard/Marc Kuchner and Christopher Stark

Greenbelt/ USA - Mit Supercomputern haben NASA-Wissenschaftler eine Simulation der Verteilung von Tausenden von Staubkörnern in unserem Sonnensystem erstellt und zeigen damit, wie unser Planetensystem für entfernte außerirdische Astronomen aussehen würde und ob diese aufgrund dieses Anblicks auf Planeten um unsere Sonne schließen könnten. Die Erkenntnisse könnten auch zur Entdeckung von weiteren Exoplaneten um andere Sterne führen.

"Die Planeten [unseres Sonnensystems] selbst sind wahrscheinlich zu lichtschwach, um direkt aus der Ferne erkannt zu werden. Dennoch könnten außerirdische Astronomen anhand des Studiums der Ansicht unseres Planetensystems aus der Ferne zumindest das Vorhandensein des Planeten Neptuns erkennen, da dessen Schwerkraft eine charakteristische Lücke in der das Sonnensystem umgebenden Staubscheibe verursacht", erläutert Marc Kuchner vom "Goddard Space Flight Center" der NASA. "Wir hoffen, dass die Erkenntnisse aus unserem Computermodell dazu beitragen können, neptungroße Planeten um andere Sterne zu entdecken."

Die simulierten Staubpartikel stammen ursprünglich aus dem sogenannten Kuipergürtel, einer scheibenförmigen Region die unsere Sonne umkreist, die sich in unserem Sonnensystem außerhalb der Neptunbahn in einer Entfernung von ungefähr 30 bis 50 Astronomischen Einheiten (AE = Abstand Sonne-Erde) erstreckt und schätzungsweise mehr als 70.000 Objekte beherbergt, die je einen Durchmesser von mehr als 100 km aufweisen, darunter auch der einstige Planet Pluto. Einige Forscher glauben, dass es sich bei dem Kuipergürtel um eine ältere und schlankere Version von Staubscheiben handelt, wie sie auch andere Sterne wie beispielsweise Vega und Fomalhaut umgeben.

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"Unsere neuen Simulationen erlauben es uns auch zu analysieren, wie der Staub aus dem Kuipergürtel ausgesehen hat, als das Sonnensystem noch deutlich jünger war", erläutert Kuchners Kollege Christopher Stark von der "Carnegie Institution for Science" in Washington. "Tatsächlich können wir regelrecht in der Zeit zurückreisen und uns eine entfernte Ansicht unseres Sonnensystem anzuschauen und zu vergleichen, wie diese sich über die Jahrmillionen verändert hat."

Im Kuipergürtel kommt es immer wieder zu Zusammenstößen der zahlreichen Objekte, aus welchen dann unzählige kleine Trümmer und Staubkörner entstehen. Eine Simulation der Bewegung und Verteilung dieser Partikel im Sonnensystem ist jedoch nicht einfach, da sie zahlreichen Kräften und Interaktionen der Himmelskörper und Objekte ausgesetzt sind. Zudem werden die Staubkörner auch vom Sonnenwind beeinflusst, der den Staub wiederum näher an die Sonne transportiert und diesen somit zugleich zusehends den Zug- oder Abstoßkräften des Sonnenlichts aussetzt. Zudem hängt das Verhalten der Staubkörner natürlich auch von deren jeweiligen unterschiedlichen Größe ab.

Die vom Computer generierten Simulationen zeichnen dann eine Infrarot-Ansicht des Kuipergürtel-Staubs, wie er sich einem weit entfernten, außerirdischen Betrachter darstellen würde. Zum ersten Mal berücksichtig die Simulation aber auch die Zusammenstöße der Körner untereinander. Die Ergebnisse ihrer Simulation haben die NASA-Forscher in einem Artikel zusammengefasst, der am 7. September im Fachmagazin "The Astronomical Journal" veröffentlicht wurde.

Das Sonnensystem im Alter von 700 Millionen Jahren | Copyright: NASA/Goddard/Marc Kuchner and Christopher Stark

Die Schwerkraft des Neptuns reinigt dessen Umfeld und erzeugt eine geräumte Lücke und charakteristische Zone rund um den Planeten und Staubansammlungen, die Neptun auf seinem Weg um die Sonne vorauseilen und folgen.

Mit Hilfe der Simulation mit dem Supercomputer "Discover" können die Wissenschaftler auch in die Vergangenheit des Sonnensystems blicken, als der Kuipergürtel noch aus deutlich mehr kollidierenden größeren Objekten bestand und deshalb auch deutlich mehr ebenfalls kollidierender Staub entstand und die dadurch entstanden Partikel auch mehr Sonnenlicht reflektierten.

Das Sonnensystem im Alter von 100- und 15 Millionen Jahren | Copyright: NASA/Goddard/Marc Kuchner and Christopher Stark

Je weiter sich die Forscher auf der Zeitachse zurückbewegen, umso mehr kollabierte die heute relativ breite Scheibe zu einem dichten und hellen Ring, wie er noch mehr den Partikelstrukturen etwa um Fomalhaut und anderen Sternen entspricht.

Hubble-Ansicht auf den Stern Fomalhaut mit dem in seiner Staubscheibe entdeckten Planeten "Fomalhaut b" (...wir berichteten) mit dessen Position in den Jahren 2004 und 2006. | Copyright: NASA/ESA/P. Kalas (Univ. of California, Berkeley) et al.

Basierend auf dieser Erkenntnis, wollen die Wissenschaftler nun auch die Staubscheiben um eben diese fernen Sterne simulieren, um zu sehen, ob sich daraus auch Rückschlüsse auf dortige noch unbekannte Planeten ziehen lassen. In einem weiteren Schritt will das Team zudem das Modell des Sonnensystems noch verbessern und darin dann auch den Asteroidengürtel, jener Ansammlung von Asteroiden und/oder Kleinplaneten zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter, einschließen.