Forscher wollen Definition von Planeten reformieren

Von Markus Brauer

Erst waren es neun, dann nur noch acht. So viele Planeten zählen derzeit zu unserem Sonnensystem: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Bis zum Jahr 2006 gehörte noch ein neunter Planet dazu: Pluto. Aber der wurde zum Zwergplaneten herabgestuft. Die Internationale Astronomische Union (IAU) beschloss eine neue Planetendefinition und entzog Pluto kurzerhand seinen planetarischen Status.

 

 

Vorschlag zur Reform der Planeten-Definition

Zwar erfüllt der ferne Zwergplanet einige Kriterien: Er umkreist die Sonne und ist durch seine eigene Schwerkraft abgerundet. Als drittes Kriterium muss ein Himmelskörper seinen Orbit jedoch von anderen Objekten freihalten, um als Planet zu gelten. Bei transneptunischen Objekten wie Pluto ist dies nicht der Fall.

Jetzt schlagen Astronomen um Jean-Luc Margot von der University of California in Los Angeles eine Reform der offiziellen IAU-Definition vor. Auch, weil einige der bisherigen Kriterien bei Exoplaneten nicht beobachtbar sind. Der neue Vorschlag soll im August 2024 bei der IAU-Versammlung in Paris vorgestellt werden. Ihre Studie ist im Fachblatt „The Planetary Science Journal“ erschienen.

Quantitative Criteria for Defining Planets: https://t.co/hvTS3IXgPL -> The new proposed definition specifies that the body may orbit one or more stars, brown dwarfs or stellar remnants and sets mass limits that should apply to #planets everywhere: https://t.co/hxaQn5BqNz — Daniel Fischer @cosmos4u@scicomm.xyz (@cosmos4u) July 14, 2024

IAU-Definition für Exoplaneten ungeeignet

Ein Problem ist: Die Definition, was ein Planet ist, gilt nicht für Exoplaneten. Deshalb schob die IAU im Jahr 2018 eine ergänzende Erklärung für Exoplaneten hinterher. Nach dieser muss ein Exoplanet einen Stern, Braunen Zwerg oder Sternenrest umkreisen, weniger als 13 Jupitermassen schwer sein und mit seinem Zentralkörper in einem bestimmten Massenverhältnis stehen. Zusätzlich gelten Abrundung und freigefegter Orbit.

Doch diese Ergänzung sei in der Praxis kaum brauchbar, kritisieren Jean-Luc Margot von der University of California in Los Angeles und seine Kollegen. „Die Form eines Objekts in neu entdeckten Planetensystemen lässt sich mit heutigen Technologien nicht bestimmen – und auch in der absehbaren Zukunft nicht“, betonen die Astronomen. Ob ein Exoplanet das Kriterium der Abrundung erfüllt, ist demnach gar nicht feststellbar. Ähnliches gelte für das Kriterium des freigefegten Orbits.

 

 

Ein weiterer Kritikpunkt: Das Massenverhältnis zum Zentralobjekt schließt bestimmte Exoplaneten aus, obwohl sie eindeutig Planeten sind. „Dies würde beispielsweise Planeten mit mehr als vier Jupitermassen ausschließen, die einen Roten Zwergstern des Typs M9V umkreisen“, erklären Margot und sein Team. Zu diesem Typ gehören kühle Zwergsternen mit bis zu 0,79 Sonnenmassen.

Algorithmus soll bei Klassifizierung helfen

Um diese Probleme zu beheben, haben die US-Astronomen nun eine neue Planeten-Definition erarbeitet. Der Vorschlag basiert in erster Linie auf Merkmalen, die auch bei fernen Himmelskörpern beobachtbar und messbar sind – darunter vor allem die Umlaufbahn und Masse oder Größe.

Um herauszufinden, ob und wie man auf Basis dieser beiden Grundmerkmale einen Planeten von anderen Himmelskörpern unterscheiden kann, nutzen die Astronomen einen Algorithmus, der darauf spezialisiert ist, Gruppierungen in Daten zu erkennen.

Diesen „K-means“-Algorithmus fütterten sie mit den Massen von 18 Objekten im Sonnensystem, darunter den Planeten, dem Kleinplaneten Ceres sowie neun Transneptunischen Objekten einschließlich Pluto.

 

 

Was macht einen Himmelskörper zum Planeten?

Der Algorithmus teilte die 18 Himmelskörper so auf, dass alle Nichtplaneten eine Gruppe, die etablierten acht Planeten die andere Gruppe bildeten.

• Masseuntergrenze: Auf Basis dieser Berechnung und einigen weiteren ermittelten die Astronomen eine mögliche Massenuntergrenze für einen Planeten.
• Masserobergrenze: Das andere Extrem ist Massenobergrenze eines Planeten. Sie ist schon jetzt definiert als die Masse, ab der im Inneren des Himmelskörpers eine Deuterium-Fusion einsetzt – und damit ein typisches Kennzeichen eines Braunen Zwergs.

In seiner einfachsten Form umfasst der neue Vorschlag für eine Planeten-Definition daher nur diese drei Kriterien:

• Das Objekt muss einen Stern, Braunen Zwerg oder Sternenrest umkreisen.
• Es darf nicht leichter als 1023 Kilogramm, aber auch nicht schwerer als 2,5 x 1028 Kilogramm sein.
• Ein ausgeschleuderter, nicht mehr um einen Mutterstern kreisender Exoplanet müsste demnach nur die beiden Massengrenzen einhalten.

Die vereinfachte Planetendefinition enthält auch keine Vorgabe zu Kugelform mehr. Denn oberhalb der geforderten Massenuntergrenze sind Himmelskörper ohnehin rund, wie die Astronomen erklären. Ihren Berechnungen nach liegt die Untergrenze für dieses hydrostatische Äquilibrium bei rund 1021 Kilogramm.

 

 

Freifegen des Orbits

Doch was ist mit dem Freifegen des Orbits? Immerhin war dies das Kriterium, das Pluto seinen Planetenstatus kostete. Theoretisch lässt sich diese Fähigkeit aus der Masse des Himmelskörpers im Verhältnis zur Orbitgröße und zur Masse des Zentralsterns schließen. Margot und sein Team haben daher eine Erweiterung entwickelt, die dieses Verhältnis als zusätzliches Kriterium mit einbezieht.

Allerdings ist es ab einer gewissen Masse ohnehin wahrscheinlich, dass ein Himmelskörper seinen Orbit dominiert. Und Extremfälle, wie kleine Planeten in weit außen liegenden Orbits, wurden bisher noch nicht entdeckt.

Zwei Varianten zur Beschreibung von Planeten

Als Konsequenz dieser Überlegungen schlagen Margot und sein Team nun bei der IAU zwei Varianten ihrer Planetendefinition vor:

• Zum einen die einfache Variante, die nur die Massengrenzen und das Umkreisen eines sternenähnlichen Objekts umfasst.
• Zum anderen eine erweiterte Definition, die zusätzlich die für das Freifegen nötigen Verhältnisse und die Massengrenze für die Kugelform beinhaltet.

 

 

„Diese Vorschläge sind dazu gedacht, als Startpunkt für eine Diskussion in der Astronomie-Gemeinschaft zu dienen“, betonen die Forscher. „Wir wünschen uns daher ausdrücklich Feedback zu allen Aspekten der beiden Vorschläge.“ Man darf gespannt sein, zu welchem Ergebnis die Diskussionen bei der Vollversammlung der IAU im August 2024 kommen werden. 

Info: Planeten und Zwergplaneten

Pluto/Plutoide Der Begriff Planet war bereits im Altertum bekant. Lange Zeit gab es für diese Himmelsobjekte allerdings keine exakte wissenschaftliche Beschreibung. Erst 2006 verabschiedete die 26. Vollversammlung der Internationalen Astronomischen Union (IAU) eine Resolution, die Planeten sowie die neue Klasse der Zwergplaneten durch klarere Kriterien definiert. Die Festlegung war nötig geworden, um neu entdeckte, Pluto-ähnliche Himmelskörper - also Plutoide - in unserem Sonnensystem genauer einordnen zu können.

Planet Nach der Definion der IAU ist ein Planet ein Himmelskörper, der . . .

• sich in einer Umlaufbahn um die Sonne befindet.
• genug Masse besitzt, dass seine eigene Schwerkraft ihn in eine nahezu runde Form zwingt.
• die Umgebung seiner Umlaufbahn von anderen Himmelskörpern freigeräumt hat.

Zwergplanet Nach der Definion der IAU ist ein Zwergplanet ein Himmelskörper, der . . .

•  sich in einer Umlaufbahn um die Sonne befindet.
•  genug Masse besitzt, dass seine eigene Schwerkraft ihn in eine nahezu runde Form zwingt.
•  die Umgebung seiner Umlaufbahn nicht von anderen Himmelskörpern freigeräumt hat und kein Mond ist.

Anerkannte Planeten Die IAU zählt in unserem Sonnensystem offiziell acht Planeten (in der Reihenfolge der Entfernung zur Sonne): Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun sowie die fünf Zwergplaneten Ceres, Pluto, Haumea, Makemake und Eris. Es könnte jedoch Dutzende oder sogar Hunderte weitere Zwergplaneten in unserem Sonnensystem geben.

Erde Die Erde ist der fünftgrößte und der Sonne drittnächste Planet unseres Sternensystems. Sie hat Durchmesser von 12 756 Kilometern, ist rund 4,6 Milliarden Jahre alt und etwa 150 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt.

Erdähnliche Planeten Als erdähnliche Planeten, terrestrische Planeten oder Gesteinsplaneten werden Himmelskörper bezeichnet, die in ihrem Aufbau der Erde gleichen. Sie bestehen vollständig oder fast vollständig aus festen Bestandteilen und haben einen Schalenaufbau. Neben Merkur, Venus, Erde und Mars – den vier Planeten des inneren Sonnensystems – gehören auch unser Mond, die Jupitermonde Io und Europa sowie die größeren Eismonde Ganymed, Kallisto, Titan, und Triton zu dieser Gruppe.

Gasplaneten Daneben gibt es noch die Gasplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun (auch jupiterähnliche Planeten genannt), die überwiegend aus leichten Elementen wie Wasserstoff und Helium bestehen und nur einen geringen Anteil an schwererem Material wie Gesteine und Metalle aufweisen.