{"id":20422,"date":"2012-04-16T10:45:39","date_gmt":"2012-04-16T08:45:39","guid":{"rendered":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2012\/04\/16\/die-schaferplaneten-von-fomalhaut\/"},"modified":"2025-05-14T16:07:37","modified_gmt":"2025-05-14T14:07:37","slug":"die-schaferplaneten-von-fomalhaut","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2012\/04\/16\/die-schaferplaneten-von-fomalhaut\/","title":{"rendered":"Die Sch\u00e4ferplaneten von Fomalhaut"},"content":{"rendered":"

Fomalhaut ist nicht nur ein Stern mit einem ungew\u00f6hnlichen Namen (er kommt aus dem arabischen und bedeutet „Maul des Wals“), er hat auch einige ungew\u00f6hnliche Eigenschaften. Er wird zum Beispiel von einer gro\u00dfen Scheibe aus Staub umgeben. So \u00e4hnlich wie auch der Stern Beta Pictoris (\u00fcber den ich hier<\/a> geschrieben habe). Eine Staubscheibe ist an sich noch nichts dramatisch au\u00dfergew\u00f6hnliches. So etwas haben viele Sterne. Entweder handelt es sich dabei um eine protoplanetare Scheibe<\/i>, also die urspr\u00fcngliche Gas- und Staubwolke, aus der die Planeten entstehen. Oder es sind Tr\u00fcmmerscheiben<\/i> („debris disks“). Sie entstehen erst sp\u00e4ter, aus dem Staub, der bei Kollisionen zwischen Asteroiden erzeugt wird. F\u00fcr Astronomen sind die Tr\u00fcmmerscheiben immer dann besonders interessant, wenn sie Strukturen aufweisen. Denn das ist ein Hinweis auf die Existenz von Planeten! Und bei der Tr\u00fcmmerscheibe von Fomalhaut hat man nun ganz au\u00dfergew\u00f6hnliche Strukturen gefunden!
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\nDer Staub um einen Stern ist oft in verschieden dicken Ringen organisiert. Daraus folgt, dass auch die Asteroiden, die den Staub produzieren, in Ringen um den Stern angeordnet sind. Das darf man sich nicht exakt so wie zum Beispiel beim Saturn vorstellen. Oder wie in den Science-Fiction-Filmen, wo die Raumschiffe immer Slalom um die Asteroiden fliegen. In den „Asteroidenringen“ bzw. Asteroideng\u00fcrtel in unserem Sonnensystem<\/a> befinden sich zwar viele Asteroiden – aber zwischen ihnen ist enorm<\/i> viel Platz<\/a>. Der Flug durch so einen Staubring w\u00fcrde sich nicht wesentlich vom Flug durch den Rest des Alls unterscheiden. Wir k\u00f6nnen den Staub nur deswegen so gut beobachten, weil die unz\u00e4hligen kleinen Staubk\u00f6rner zusammen eine so gro\u00dfe Oberfl\u00e4che haben (in unserem Sonnensystem ist die gesamte Oberfl\u00e4che des interplanetaren Staubs gr\u00f6\u00dfer als die gesamte Oberfl\u00e4che aller Planeten) und daher die W\u00e4rme gut abstrahlen k\u00f6nnen, die sie vom Stern erhalten.<\/p>\n

W\u00e4rme ist Infrarotstrahlung und die k\u00f6nnen wir zwar mit unseren Augen nicht sehen, aber daf\u00fcr mit unseren Teleskopen! In der chilenischen W\u00fcste wird gerade das Atacama Large Millimeter Array (ALMA)<\/a> in Betrieb genommen. Es ist zwar noch nicht ganz fertig, aber liefert jetzt schon tolle Daten<\/a>:<\/p>\n

\"i-7f126ab1197ef1a1ad15f022db002979-ALMA_Fomalhaut_01-thumb-500x340.jpg\"<\/a><\/form>\n
Bild: ALMA (ESO\/NAOJ\/NRAO). Visible light image: the NASA\/ESA Hubble Space Telescope<\/a><\/small><\/em><\/div>\n

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Wir sehen hier in blau Aufnahmen der Staubscheibe, die schon fr\u00fcher vom Hubble-Weltraumteleskop gewonnen wurden. Orange sind die neuen Daten von ALMA. Man erkennt gut, dass hier der Ring eine scharfe Grenze besitzt. Hubble, das nur das auch f\u00fcr uns Menschen sichtbare Licht wahrnehmen kann, kann damit nur kleine Staubk\u00f6rner sehen. Die werden vom Sonnenwind<\/a> durchs All geblasen und \u00fcberall verteilt. ALMA sieht langwelligeres Licht und damit auch gr\u00f6\u00dfere Staubk\u00f6rner. Sie sind etwa einen Millimeter gro\u00df und lassen sich nicht mehr so leicht vom Sonnenwind durch die Gegend schieben. Um herauszufinden, welche Art von Staub welche Art von Strahlung abgibt, braucht man \u00fcbrigens die erst k\u00fcrzlich hier beschriebene Laborastronomie<\/a>.<\/p>\n

Der d\u00fcnne, klar begrenzte Ring aus Staub muss auf einen ebenso schmalen und begrenzten Ring aus Asteroiden zur\u00fcckzuf\u00fchren sein. Und hier kommen nun die Planeten ins Spiel! Wenn wir die Asteroideng\u00fcrtel in unserem Sonnensystem betrachten, dann sehen wir, dass ihre Struktur von den gro\u00dfen Planeten bestimmt ist. Das trifft ganz besonders auf den Hauptg\u00fcrtel zwischen der Bahn von Mars und Jupiter zu. Die Resonanzen<\/a> mit dem gro\u00dfen Jupiter erzeugen L\u00fccken und Anh\u00e4ufungen. Auch beim ferneren Kuiperg\u00fcrtel sorgt der Neptun f\u00fcr einige Strukturen. Der Ring von Fomalhaut ist allerdings wirklich<\/i> d\u00fcnn. In der Arbeit „Constraining the Planetary System of Fomalhaut Using High-Resolution ALMA Observations“<\/a> haben Aaron Boley von der Universit\u00e4t in Gainesville und seine Kollegen einige Erkl\u00e4rungen daf\u00fcr gefunden. Vielleicht ist es bei Fomalhaut tats\u00e4chlich \u00e4hnlich wie bei uns. Ein einziger Planet sorgt mit seiner Gravitationskraft daf\u00fcr, dass die innere Grenze des Asteroideng\u00fcrtels immer klar begrenzt bleibt. Dann muss aber irgendwie daf\u00fcr gesorgt werden, dass die \u00e4u\u00dfere Grenze ebenfalls nicht ausfranst. Hier k\u00f6nnte eine nahe Begegnung mit einem anderen Stern daf\u00fcr gesorgt und das komplette \u00e4u\u00dfere Material entfernt haben. Es w\u00e4re aber thereotisch auch m\u00f6glich, dass hier zwei Planeten kollidiert sind, und so einen d\u00fcnnen Ring aus Tr\u00fcmmern erzeugt haben.<\/p>\n

Viel wahrscheinlicher ist es allerdings, dass hier zwei „Sch\u00e4ferplaneten“ am Werk sind. So etwas kennen wir schon vom Saturn. Auch der hat Ringe und Monde, die diese Ringe strukturieren. Die spezielle gravitative Wechselwirkung zwischen Monden und Staubteilchen kann hier ganz besonders schmale Ringe erzeugen. Das kann man in dieser Animation sch\u00f6n sehen, die aus Aufnahmen der Raumsonde Cassini erstellt wurde und die Saturnmonde Prometheus und Pandora zeigt, die daf\u00fcr sorgen, dass der „F-Ring“ immer sch\u00f6n schmal bleibt:<\/p>\n\"i-5a5e31d4d22794ce149ca03fb556cd3e-PIA07712_-_F_ring_animation.gif\"<\/form>\n

Bild: NASA<\/a><\/small><\/em><\/div>\n

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Es ist nicht schwer zu verstehen, was hier passiert. Erinnern wir uns an das dritte Keplersche Gesetz. Je gr\u00f6\u00dfer die Umlaufbahn eines Himmelsk\u00f6rpers, desto l\u00e4nger die Umlaufzeit. Der innere Mond bewegt sich also schneller als die Teilchen des Rings und sie bewegen sich schneller als der \u00e4u\u00dfere Mond. Und dann m\u00fcssen wir noch die Energie betrachten. Ein weiter entferntes Objekt bewegt sich langsamer und hat weniger Bewegungsenergie (kinetische Energie). Es hat aber mehr<\/i> potentielle Energie (genauso wie ich hoch oben auf einem Berg viel potentielle Energie habe – was sich tragisch bemerkbar macht, wenn ich vom Berg falle und die Energie am Boden wieder in kinetische Energie umgewandelt wird). Bei den Ringen des Saturn \u00fcberwiegt die potentielle Energie. Ein Objekt, dass den Saturn weiter entfernt umkreist, hat also insgesamt (kinetische plus potentielle Energie) mehr Energie als ein Objekt, das n\u00e4her an Saturn ist. Verringert man also die Energie eines Objekts, dann wird es n\u00e4her an den Saturn r\u00fccken, erh\u00f6ht man die Energie, dann entfernt es sich.<\/p>\n

Der \u00e4u\u00dfere Mond l\u00e4uft also den Ringteilchen hinterher und er bremst<\/i> sie mit seiner Gravitationskraft. Die gesamte Energie wird verringert und die Ringteilchen nehmen neue Bahnen an, die n\u00e4her an Saturn liegen als vorher. Der innere Mond bewegt sich schneller als die Ringteilchen. Er beschleunigt<\/i> sie, erh\u00f6ht damit ihre Energie und hebt sie auf weiter entfernte Bahne. Der \u00e4u\u00dfere Mond dr\u00fcckt die Staubteilchen also nach innen und der innere Mond nach au\u00dfen. Am Ende haben wir einen stark fokussierten, d\u00fcnnen Ring. Solche Monde nennt man „Sch\u00e4fermonde“ („sheperd moons“).<\/p>\n\"i-af9f98da1871b65c7741881b31e40dc4-ALMA_Fomalhaut_04eng-thumb-500x333.jpg\"<\/a><\/form>\n

Bild: Bill Saxton\/NRAO\/AUI\/NSF<\/a><\/small><\/em><\/div>\n

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Genau das soll auch bei Fomalhaut passieren. Hier sollen es keine Monde sein, sondern zwei kleine „Sch\u00e4ferplaneten“, die den gro\u00dfen Staubring b\u00e4ndigen. In Computersimulationen haben Aaron Boley und seine Kollegen berechnet, welche Eigenschaften sie haben m\u00fcssen. Zwei Planeten, der eine etwas schwerer als die Erde, der andere etwas schwerer als der Mars w\u00e4ren genau richtig als Sch\u00e4ferplaneten. Tats\u00e4chlich entdeckt hat man sie allerdings noch nicht. Sie sind klein und leuchten ja nicht selbst. Der Ring und damit auch die Planeten befinden sich auch weit vom Stern entfernt, mehr als 140 Mal weiter entfernt als die Erde von der Sonne. Damit w\u00e4ren sie mit den Standardmethoden (Radialgeschwindigkeitsmessung, Transitbeobachtung) nicht zu finden; man m\u00fcsste daf\u00fcr den Stern ein paar Jahrhunderte lang beobachten. Aber eine direkte<\/i> Beobachtung w\u00e4re hier vielleicht irgendwann m\u00f6glich. So hat man ja auch schon den ersten Planeten von Fomalhaut entdeckt<\/a>. Auch bei Beta Pictoris wurde ein Planet direkt beobachtet<\/a>, dessen Existenz man vorher nur aufgrund von Strukturen in der Staubscheibe vermutet hatte (ich habe fr\u00fcher selbst entsprechende Vorhersagen gemacht<\/a>).<\/p>\n

Bill Dent, Mitglied des Forscherteams um Boley, sagt angesichts dieser Entdeckung:<\/p>\n

„This is just the beginning of an exciting new era in the study of disks and planet formation around other stars.“<\/i><\/p><\/blockquote>\n

Allerdings! Vor allem wenn man bedenkt, dass ALMA noch nicht mal fertig gestellt ist! Wenn diese Teleskopanlange erstmal komplett ist, werden wir noch ganz andere Dinge entdecken…\"\"<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Fomalhaut ist nicht nur ein Stern mit einem ungew\u00f6hnlichen Namen (er kommt aus dem arabischen und bedeutet „Maul des Wals“), er hat auch einige ungew\u00f6hnliche Eigenschaften. Er wird zum Beispiel von einer gro\u00dfen Scheibe aus Staub umgeben. So \u00e4hnlich wie auch der Stern Beta Pictoris (\u00fcber den ich hier geschrieben habe). Eine Staubscheibe ist an […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":6049,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[11],"tags":[1024,1374,18,1986,168,3764,320,55,4881,394,332,6748,66,12305,152,12833,12858,12859,13543,59,60,61,14845],"class_list":["post-20422","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-naturwissenschaften","tag-aaron-boley","tag-alma","tag-astronomie","tag-atacama-large-millimeter-array","tag-beta-pictoris","tag-debris-disk","tag-exoplanet","tag-exoplaneten","tag-extrasolare-planeten","tag-extrasolarer-planet","tag-fomalhaut","tag-himmelsbeobachtung","tag-himmelsmechanik","tag-resonanzen","tag-saturn","tag-saturnring","tag-schafermond","tag-schaferplanet","tag-sonnenwind","tag-staub","tag-staubscheibe","tag-stern","tag-trummerscheibe"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/20422","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=20422"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/20422\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":20423,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/20422\/revisions\/20423"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media\/6049"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=20422"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=20422"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=20422"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}