Seit Tausenden von Jahren beobachten Astronomen Kometen, die sich der Erde nähern und den Nachthimmel erhellen. Mit der Zeit führten diese Beobachtungen zu einer Reihe von Paradoxien. Woher kamen zum Beispiel diese Kometen alle? Und wenn ihr Oberflächenmaterial verdampft, wenn sie sich der Sonne nähern (und so ihre berühmten Lichthöfe bilden), müssen sie sich weiter entfernt bilden, wo sie dort die meiste Zeit ihres Lebens bestanden hätten.
Mit der Zeit führten diese Beobachtungen zu der Theorie, dass weit hinter der Sonne und den Planeten eine große Wolke aus eisigem Material und Gestein existiert, aus der die meisten dieser Kometen stammen. Diese Existenz dieser Wolke, die nach ihrem theoretischen Hauptgründer als Oort-Wolke bekannt ist, bleibt unbewiesen. Aber aus den vielen kurz- und langperiodischen Kometen, von denen angenommen wird, dass sie von dort stammen, haben die Astronomen viel über ihre Struktur und Zusammensetzung gelernt.
Definition:
Die Oort-Wolke ist eine theoretische kugelförmige Wolke aus überwiegend eisigen Planetesimalen, von der angenommen wird, dass sie die Sonne in einer Entfernung von bis zu 100.000 AU (2 ly) umgibt. Dies versetzt es in einen interstellaren Raum jenseits der Heliosphäre der Sonne, wo es die kosmologische Grenze zwischen dem Sonnensystem und der Region der Gravitationsdominanz der Sonne definiert.
Wie der Kuipergürtel und die verstreute Scheibe ist die Oort-Wolke ein Reservoir transneptunischer Objekte, obwohl sie mehr als tausendmal weiter von unserer Sonne entfernt ist als diese beiden anderen. Die Idee einer Wolke aus eisigen Infinitesimalen wurde erstmals 1932 vom estnischen Astronomen Ernst Öpik vorgeschlagen, der postulierte, dass langperiodische Kometen aus einer umlaufenden Wolke am äußersten Rand des Sonnensystems stammen.
1950 wurde das Konzept von Jan Oort wiederbelebt, der unabhängig davon seine Existenz vermutete, um das Verhalten von Langzeitkometen zu erklären. Obwohl dies noch nicht durch direkte Beobachtung nachgewiesen wurde, ist die Existenz der Oort Cloud in der wissenschaftlichen Gemeinschaft weithin akzeptiert.
Struktur und Zusammensetzung:
Es wird angenommen, dass sich die Oort-Wolke von 2.000 bis 5.000 AU (0,03 und 0,08 ly) bis zu 50.000 AU (0,79 ly) von der Sonne erstreckt, obwohl einige Schätzungen den äußeren Rand bis zu 100.000 und 200.000 AU (1,58 und) vorlegen 3,16 ly). Es wird angenommen, dass die Wolke aus zwei Regionen besteht - einer kugelförmigen äußeren Oort-Wolke von 20.000 - 50.000 AU (0,32 - 0,79 ly) und einer scheibenförmigen inneren Oort- (oder Hügel-) Wolke von 2.000 - 20.000 AU (0,03 - 0,32 ly). .
Die äußere Oort-Wolke kann Billionen von Objekten haben, die größer als 1 km sind, und Milliarden, die einen Durchmesser von 20 Kilometern haben. Seine Gesamtmasse ist nicht bekannt, aber - vorausgesetzt, Halleys Komet ist eine typische Darstellung äußerer Oort Cloud-Objekte - hat er eine kombinierte Masse von ungefähr 3 × 1025 Kilogramm (6,6 × 1025 Pfund) oder fünf Erden.
Basierend auf den Analysen früherer Kometen besteht die überwiegende Mehrheit der Oort Cloud-Objekte aus eisigen flüchtigen Stoffen wie Wasser, Methan, Ethan, Kohlenmonoxid, Cyanwasserstoff und Ammoniak. Das Auftreten von Asteroiden, von denen angenommen wird, dass sie aus der Oort Cloud stammen, hat auch zu theoretischen Untersuchungen geführt, die darauf hindeuten, dass die Population zu 1-2% aus Asteroiden besteht.
Frühere Schätzungen ergaben eine Masse von bis zu 380 Erdmassen, aber eine verbesserte Kenntnis der Größenverteilung von langperiodischen Kometen hat zu niedrigeren Schätzungen geführt. Die Masse der inneren Oort-Wolke muss noch charakterisiert werden. Der Inhalt des Kuipergürtels und der Oort-Wolke wird als Trans-Neptunian Objects (TNOs) bezeichnet, da die Objekte beider Regionen Umlaufbahnen haben, die weiter von der Sonne entfernt sind als die Umlaufbahn von Neptun.
Ursprung:
Es wird angenommen, dass die Oort-Wolke ein Überbleibsel der ursprünglichen protoplanetaren Scheibe ist, die sich vor ungefähr 4,6 Milliarden Jahren um die Sonne gebildet hat. Die am weitesten verbreitete Hypothese ist, dass die Objekte der Oort-Wolke als Teil desselben Prozesses, der die Planeten und Nebenplaneten bildete, anfänglich viel näher an der Sonne verschmolzen, aber dass die Gravitationswechselwirkung mit jungen Gasriesen wie Jupiter sie in extrem lange elliptische oder elliptische Gebiete auswarf parabolische Bahnen.
Jüngste Forschungen der NASA legen nahe, dass eine große Anzahl von Oort-Wolkenobjekten das Ergebnis eines Materialaustauschs zwischen der Sonne und ihren Geschwistersternen ist, wenn sie sich bilden und auseinander driften. Es wird auch vermutet, dass viele - möglicherweise die Mehrheit - der Oort-Wolkenobjekte nicht in unmittelbarer Nähe der Sonne gebildet wurden.
Alessandro Morbidelli vom Observatoire de la Côte d'Azur hat Simulationen zur Entwicklung der Oort-Wolke von den Anfängen des Sonnensystems bis zur Gegenwart durchgeführt. Diese Simulationen zeigen, dass die Gravitationswechselwirkung mit nahegelegenen Sternen und galaktischen Gezeiten die Kometenbahnen verändert, um sie kreisförmiger zu machen. Dies wird als Erklärung dafür angeboten, warum die äußere Oort-Wolke nahezu kugelförmig ist, während die Hügelwolke, die stärker an die Sonne gebunden ist, keine kugelförmige Form angenommen hat.
Jüngste Studien haben gezeigt, dass die Bildung der Oort-Wolke weitgehend mit der Hypothese vereinbar ist, dass sich das Sonnensystem als Teil eines eingebetteten Clusters von 200–400 Sternen gebildet hat. Diese frühen Sterne spielten wahrscheinlich eine Rolle bei der Wolkenbildung, da die Anzahl der engen Sternpassagen innerhalb des Clusters viel höher war als heute, was zu weitaus häufigeren Störungen führte.
Kometen:
Es wird angenommen, dass Kometen zwei Ursprungspunkte innerhalb des Sonnensystems haben. Sie beginnen als Infinitesimale in der Oort-Wolke und werden dann zu Kometen, wenn vorbeiziehende Sterne einige von ihnen aus ihren Umlaufbahnen werfen und in eine langfristige Umlaufbahn schicken, die sie in das innere Sonnensystem und wieder hinaus führt.
Kurzperiodische Kometen haben Umlaufbahnen, die bis zu zweihundert Jahre dauern, während die Umlaufbahnen langperiodischer Kometen Tausende von Jahren dauern können. Während angenommen wird, dass kurzperiodische Kometen entweder aus dem Kuipergürtel oder der verstreuten Scheibe hervorgegangen sind, wird angenommen, dass langperiodische Kometen aus der Oort-Wolke stammen. Es gibt jedoch einige Ausnahmen von dieser Regel.
Zum Beispiel gibt es zwei Hauptarten von Kurzzeitkometen: Kometen der Jupiter-Familie und Kometen der Halley-Familie. Kometen der Halley-Familie, benannt nach ihrem Prototyp (Halleys Komet), sind insofern ungewöhnlich, als sie, obwohl sie nur eine kurze Periode haben, vermutlich aus der Oort-Wolke stammen. Aufgrund ihrer Umlaufbahnen wird vermutet, dass es sich einst um langperiodische Kometen handelte, die von der Schwerkraft eines Gasriesen erfasst und in das innere Sonnensystem geschickt wurden.
Erkundung:
Da die Oort Cloud so viel weiter entfernt ist als der Kuipergürtel, blieb die Region unerforscht und weitgehend undokumentiert. Raumsonden müssen noch den Bereich der Oort-Wolke erreichen, und Voyager 1 - Die schnellste und am weitesten entfernte interplanetare Raumsonde, die derzeit das Sonnensystem verlässt - liefert wahrscheinlich keine Informationen darüber.
Bei seiner aktuellen Geschwindigkeit, Voyager 1 wird die Oort-Wolke in ungefähr 300 Jahren erreichen und es wird ungefähr 30.000 Jahre dauern, bis sie passiert ist. Um 2025 werden die thermoelektrischen Radioisotopgeneratoren der Sonde jedoch nicht mehr genug Strom liefern, um eines ihrer wissenschaftlichen Instrumente zu betreiben. Die anderen vier Sonden entkommen derzeit dem Sonnensystem - Voyager 2, Pionier 10 und 11, und Neue Horizonte - sind auch nicht funktionsfähig, wenn sie die Oort-Cloud erreichen.
Die Erkundung der Oort-Wolke bringt zahlreiche Schwierigkeiten mit sich, von denen die meisten auf die Tatsache zurückzuführen sind, dass sie unglaublich weit von der Erde entfernt ist. Bis eine Robotersonde sie tatsächlich erreichen und ernsthaft mit der Erkundung des Gebiets beginnen könnte, werden hier auf der Erde Jahrhunderte vergangen sein. Nicht nur diejenigen, die es ursprünglich verschickt hatten, wären längst tot, sondern die Menschheit wird in der Zwischenzeit höchstwahrscheinlich weitaus ausgefeiltere Sonden oder sogar bemannte Fahrzeuge erfunden haben.
Dennoch können (und werden) Studien durchgeführt werden, indem die Kometen untersucht werden, die sie regelmäßig ausspucken, und Fernobservatorien dürften in den kommenden Jahren einige interessante Entdeckungen aus dieser Region des Weltraums machen. Es ist eine große Wolke. Wer weiß, was dort lauert?
Wir haben viele interessante Artikel über das Oort Cloud and Solar System für das Space Magazine. Hier ist ein Artikel darüber, wie groß das Sonnensystem ist, und einer über den Durchmesser des Sonnensystems. Und hier ist alles, was Sie über Halleys Kometen und Beyond Pluto wissen müssen.
Vielleicht möchten Sie auch diesen Artikel der NASA über die Oort Cloud und einen Artikel der University of Michigan über die Entstehung von Kometen lesen.
Vergessen Sie nicht, sich den Podcast von Astronomy Cast anzusehen. Folge 64: Pluto und das eisige äußere Sonnensystem und Folge 292: Die Oort-Wolke.
Referenz:
Erforschung des Sonnensystems der NASA: Kuiper Belt & Oort Cloud
