Kollisionen im Planetensystem

Unser Planetensystem enthält eine Fülle an großen und kleinen Objekten. Gelegentlich bewegen sich kleine Objekte in die Nähe von Planeten, nur selten kommt es zu Kollisionen. Hier soll Grundwissen über solche Tatsachen vorgestellt werden. Solches Wissen ist auch Voraussetzung, Zeitungsberichte und Unheilsgeschichten deuten zu können.

Definitionen   Bahnen   Sternschnuppen   Schwärme   Einschlagkrater   Einschläge auf Jupiter   Kometen stürzen auf Sonne   Einschlagsrate  

Planetoiden oder Asteroiden (manchmal auch Kleinstplaneten genannt) sind kleine gesteinige oder metallische Objekte, die auch selbständig um die Sonne kreisen, hauptsächlich in Bahnen zwischen Mars und Jupiter, manche auch in lang gezogenen elliptischen Bahnen. Der erste wurde 1801 von Piazzi entdeckt, der das Objekt Ceres nannte. Viele weitere Entdeckungen folgten. Die Namen werden von den Entdeckern vorgeschlagen. Siehe dazu (z.B.) Entdeckung von 13028 Klaustschira. Planetoiden sind wohl Bruchstücke eines in der Frühphase des Planetensystems zerstörten Planeten.

Kometen sind feste Objekte, vorwiegend aus Eis (gefrorene leichte Moleküle) und aus gesteinigem Material. Wenn Kometen in Sonnennähe kommen, werden sie an der Oberfläche aufgewärmt, Material verdunstet, dieses Material wird angeleuchtet durch die Sonne, so dass es Licht reflektiert und wir daher das Material sehen können. Da der Komet sich fort bewegt und da die Sonne mit ihrem Sonnenwind das verdunstete Material wegbläst, wird das Material schweifartig in Richtung weg von der Sonne verbreitet. Siehe auch bei Kometen.

Komet Hyakutake flog am 25.3.1996 ziemlich dicht an der Erde vorbei (in etwa 15 Millionen Kilometer). In der Eifelgegend war diese Nacht wolkenlos und waren Komet und Schweif mit bloßem Auge zu sehen. Die Länge des Schweifs belief sich auf fast 2 m zwischen ausgestreckten Armen. Die Bewegung war erkennbar, der Komet verlagerte sich in einer halben Stunde über einen Monddurchmesser. Das Bild deckt 41 x 7 Grad am Himmel ab. Komposit aus drei 2-minütigen Aufnahmen mit dem Fokalreduktor am 1-m-Teleskop des Observatorium Hoher List, AIfA, Uni Bonn. Das Feld der Hintergrundsterne wurde herausgemittelt. (Zum Originalbild)

Meteor ist die Benennung eines Asteroiden, der in die Erdatmosphäre eindringt und dort verglüht. Solche Objekte müssen aber nicht ganz verglühen und die Reste landen dann auf der Erdoberfläche. Werden solche Reste aufgelesen, so werden sie Meteoriten genannt. Siehe auch Meteore.

Lichtspur eines Meteors der Perseiden-Schwarm (mehr zu Schwärme). Farbfilm-Aufnahme vom 12.8.1993 mit einem Kleinteleskop am Observatorium Hoher List. Da es sich um eine Belichtung von 5 Minuten bei feststehender Kamera handelt, sind die Sternbildchen wegen der Himmelsdrehung zu kurzen Streifen geworden. (Zum Originalbild)

2. Räumliche Verteilung der Objekte und Bahnen

Skizze der räumlichen Verteilung der Objekte im äusseren Teil des Sonnensystems. Die bekannten 8 Planeten befinden sich alle im kleinen inneren (hell abgebildeten) Teil des Sonnensystems. Darum herum liegt der sogenannte Kuiper-Gürtel mit den Zwergplaneten und noch weiter entfernt ist die Oortsche Wolke voller Kometen. Bild aus "Sterne und Weltraum Special", 7 (2002). Der Gürtel der Asteroiden befindet sich zwischen den Planeten Mars und Jupiter (siehe Bild unten).       Schematisch dargestellte Bahnen von Jupiter (J), Mars (M) und Erde (E); in orange die Bahnen einiger Asteroiden (A). Dabei ist auch eine Bahn, die näher an die Sonne komt als die Erde. Die (hellblaue) sehr lang gezogene Bahn (K) ist die eines Kometen aus der Oortschen Wolke.

Kometen und Asteroiden können Bahnen haben, die sie in Erd- oder Sonnennähe bringen. Damit sind dies die Objekte, die zu Kollisionen mit der Erde führen können.

Seit etwa einem Jahrzehnt wird im "Near Earth Object" (NEO) Projekt der NASA aktiv nach solchen in Erdnähe kommenden Objekten gesucht. Wird ein derartiges Objekt gesichtet, dann wird aus mehreren Positionsmessungen die mögliche Bahn berechnet. Man versucht die für die Erde gefährlichen Objekte rechtzeitig zu entdecken und zu erkennen.

3. Kollisionen

3.1   Sternschnuppen

Das Verglühen von Asteroiden in der Erdatmosphäre kommt regelmässig vor. Viele der Sternschnuppen sind Individuen, viele erscheinen an gewissen Tagen in kurzem Zeitraum, die sogenannten Schwärme.

Schwärme
In einigen Fällen wurde nachgewiesen, dass die verglühenden Meteore Reste eines Kometen sind, Reste, die sich über die Bahn des Kometen verteilt haben. Diese Bahn hat einen Schnittpunkt mit der Bahn der Erde, so dass dann an dem Zeitpunkt, wo die Erde die Bahn schneidet, viele Sternschnuppen zu sehen sind. Die Namen der Schwärme deuten auf das Sternbild hin, aus dem die Sternschnuppen zu kommen scheinen. Die Zeitpunkte der Erscheinungen schwanken etwa um einen Tag. Es sind zum Beispiel:

Manche Sternschnuppen sind auf Reste eines Kometen zurückzuführen, Reste, die sich im Laufe der Millionen Jahre über die Kometenbahn verteilt haben. Ist die Erde im Schnittpunkt der Bahnen, dann sieht man viele Sternschnuppen.

Einige der Asteroidenschwärme Name Datum Zeit Komet Perseiden 11 Aug. morgens  1862 III Leoniden 20 Aug. abends 1866 I Orioniden 20 Okt. morgens Halley Geminiden 13 Dec. abends

Individuen
Ein aussergewöhnliches individuelles Ereignis fand 2008 über dem Sudan statt. Am 6. Oktober wurde bei der automatischen Himmelsüberwachung in Arizona ein neues NEO (siehe oben) entdeckt. Eine erste Bahnberechnung ergab, dass "NEO 2008-TC3" am 7. Okt. mit der Erde kollidieren würde. Die Helligkeit des Objekts wies auf einen Durchmesser von nur wenigen Metern hin. Wegen des erwarteten Eintretens in die Erdatmosphäre über dem Sudan wurde ein Pilot der Fluggesellschaft KLM vorgewarnt. Er beobachtete auf dem Flug von Kapstadt nach Amsterdam zur rechten Zeit den Himmel, sah ein Aufhellen des Himmels, und meldete dies der NASA. Anhand aller Positionsdaten konnten Forscher im nordöstlichen Sudan an der richtigen Stelle einen Monat später Bruchstücke des in Höhe von 37 km explodierten Objekts einsammeln. Es handelte sich um einen Achondrieten aus extrem porösem und zerbröselndem Material. Das war das erste Mal, dass ein gerade entdecktes Objekt auf Grund der Bahnberechnung gesichtet wurde und die Einschlagstellen daher genau abgesucht werden konnten. Die Modellrechnung ergab, dass das NEO 2008-TC3 ein Durchmesser von 4 m hatte und etwa 80.000 kg gewogen haben muss. Mehr dazu auf 2008-TC3 bei JPL und in "Sterne und Welraum", 5/2009.

Viele Meteoriten sind im Laufe der Jahrmillionen auf die Erde gefallen. Als Beispiel hier ein Verweis auf dokumentierte Meteoritenfunde in Neuseeland. In Gegenden mit wenig Pflanzenwachstum und wenig Erosion bleiben diese Objekte einfach unverändert liegen. Insbesondere in der australischen Wüste hat man viele Meteoriten gefunden.

Links Die polierte Fläche eines "Eisenmeteorit" aus Toluca in Mexico zeigt Kristallmuster. Der Meteorit enthält 92% Eisen und 8 % Nickel. Bewohner der Region haben schon über Jahrhunderte die aufgefundene Eisenteile zur Erstellung von Werkzeugen benutzt. Das Bild ist von der Webseite zum Verkauf von Teile des Toluca-Meteorit übernommen worden. Rechts ein Teil des "Murchison Meteorit", der 28.9.1969 über Australien in drei Teile zerbrach. Viele Stücke wurden bei Murchison (Zentral Victoria) aufgesammelt (Gesamtmasse etwa 100 kg). Gesteinige Meteoriten sind meist Konglomerate verschiedener Mineralien. Auf der aufgebrochenen Seite sieht man viele kleine Einschlüsse die während des Entstehungsprozesses aufgenommen wurden. Zum Originalbild dieses Teils des Murchison Meteorit.

3.2   Größere Einschläge - Krater

Größere Einschläge sind selten. Von einigen hat man die Umstände über Modellrechnungen abschätzen können.

Bei Tunguska im östlichen Siberien gab es am 30. Juni 1908 eine gewaltige Explosion. Der Knall scheint in Moskau gehört worden zu sein. Die Rekonstruktion der Ereignisse ergab, dass ein Objekt mit etwa 30 m Durchmesser 5-10 km über der Erdoberfläche explodierte. Obwohl der explodierende Asteroid die Oberfläche nicht erreichte, spricht man doch von einem Einschlag.

Erst nach 19 Jahren (Bild aus 1927) konnte eine Expedition in Siberien das Gebiet der Tunguska-Explosion untersuchen. Durch die Explosion von Sommer 1908 wurden Bäume radial unter der Explosionsstelle umgeknickt.

Der Barringer Krater in Arizona entstand vor etwa 50.000 Jahren. Aus der Form der Krater folgte im Vergleich mit Modellrechnungen, dass ein Objekt von etwa 30 m in Durchmesser und einer Masse von 300.000 Tonnen nahezu senkrecht eingeschlagen ist. In dieser trockenen Gegend blieb der Krater nahezu unverändert erhalten.

Der etwa 50.000 Jahren alte "Barringer-Krater" in Arizona: ungefähr 200 m tief mit etwa 1.5 km Durchmesser.

Das (Nördlinger) Ries nahe der Grenze von Baden-Württemberg und Bayern ist eine Delle in der östlichen Schwäbischen Alb mit einer zentralen sowie einer ringförmigen äusserlichen Erhebung. Der Durchmesser ist etwa 25 km. Ein Objekt ist vermutlich vor 14.3 Millionen Jahren aus westlicher Richtung eingeschlagen. Bruchstücke des Albmaterials wurden bis in Tschechien nachgewiesen.

Durch den Einschlag in die schwäbische Alb wurden Felsstücke bis in die Tschechei herausgeworfen. Bild nach "Impact and Explosion Cratering" (Roddy 1977; p.344).

Etwa 40 km west-südwestlich befindet sich das Steinheimer Becken, eine gleich alte Einschlagstelle, mit einem Durchmesser von etwas unter 4 km.

Die beim heutigen Nördlingen und Steinheim eingeschlagenen Objekte hatten Durchmesser von etwa 1.5  km und 150 m. Wegen der intensiven landwirtschaftlichen Nutzung und Bebauung des Gebiets sind nur die Kraterrände (und die auch nur dürftig) sichtbar.

Der Einschlag in Yukatan (Halbinsel an Mexiko/Karibik) vor 65 Millionen Jahren führte wohl zum Aussterben der Dinosaurier. Über die Suche nach der Einschlagstelle wurde von Alvarez "T-Rex and the crater of Doom" geschrieben. Es ist ein hervorragender Bericht über die wissenschaftlichen Untersuchungen und sonstigen Erkenntnisse, der sich wie ein Krimi liest!

Skizze des Einschlags eines Objekts mit einem Durchmesser von etwa 10 km, das Unmengen an Material aufwirbelte und in die Atmosphäre brachte, vermutlich Erdbeben, Gewitter und Waldbrände auslöste, so dass sich dadurch die Lebensbedingungen der Dinosaurier und vieler anderer Lebensformen bis zum Aussterben verschlechterten. Bild aus "New Scientist".

Dokumentierte Einschlagstellen gibt es viele. Insbesondere hat die verbesserte Kartierung der Erdoberfläche mit Hilfe von Satellitenaufnahmen zu der Entdeckung vieler möglicher Einschlagkrater geführt.

Mit der Zeit (Jahrtausende) ist es immer schwieriger festzustellen, ob eine heute scheinbar ringförmige Struktur der Erdoberfläche eine Einschlagstelle ist. Dies hängt zusammen mit der möglichen Überlagerung von Material, Abschabung von Fels während Eiszeiten, durch Erosion, Überwucherung durch Wald, u.s.w. Bei vielen der näher untersuchten Stellen fand man Spuren von geschmolzenem Gestein (Einschlaghitze) und ausgeworfenem Material. Auch kan man mit modernen geologischen Techniken die Zerstörung der tieferen Erdschichten nachweisen.

Karte mit den (bis etwa 1980) anerkannten und an der Erdoberfläche noch erkennbaren Einschlagstellen. Es ist gut sichtbar, dass Stellen insbesondere gefunden wurden in zugänglichen und geologisch inaktiven Gegenden ausserhalb von tropischen Wäldern. Zur neuen Liste der Krater mit Karten

3.3   Einschläge auf Jupiter

Auch andere Planeten und andere Objekte kennen Einschläge. So sind alle Krater auf dem Mond das Resultat von Einschläge.

Ein rezenter Einschlag fand auf Jupiter statt. Da Jupiter eine gasartige Oberfläche hat, sind Einschlagstellen nach nicht allzu langer Zeit nicht mehr erkennbar. Dennoch wurden einige Einschläge gesichtet.

Jupiter hat mit seiner großen Masse einige Kometen gravitativ an sich gebunden. Diese Kometen nennt man die "Jupiter Familie". Mit Jupiter (roter Punkt) umkreisen auch diese Kometen die Sonne (gelb, in der Mitte).

Komet Shoemaker-Levy umkreiste Jupiter. Duch die gravitative Wirkung des Jupiters wurde der Komet instabil und zerbrach 1993 in 21 Teile. Diese Teile verfolgten etwa die ursprüngliche Bahn, die dann aber Juni 1994 in einer Reihe von Kollisionen mit Jupiter endeten.

Hubble Space Teleskop (HST) Aufnahmen des 1993 auseinander gebrochenen Kometen Shoemaker-Levy. Alle Teile sind später (Juni 1994) auf Jupiter gestürzt. Bild von NASA/ESA (sl9).     Aufnahmen von Jupiter mit dem HST. Links: Detailaufnahmen von Jupiter kurz nach den Einschlägen. Die dunklen Flecken zeigen wie die Einschlagstellen der Kometenteile D und G mit der Zeit (18., 29., 30. Juli, 24. August 1994) sichtbar bleiben. Jupiter dreht sich einmal um seine Achse in weniger als 10 Stunden, so dass man die Flecken bis ins Detail verfolgen konnte. Rechts: Jupiter mit seinen rötlichen Wolkenbändern und dem roten Fleck. Die hellen Stellen zeigen die Langzeit-Nachwirkung der eingeschlagenen Kometenteile (Februar 1995). Bilder von NASA/ESA (sl9).

Ähnliche Vorgänge auf Jupiter sind danach in der älteren Literatur entdeckt worden. Darunter sind die Flecken, die Schroeter (Berlin) 1783-1786 sah und in Zeichnungen festgehalten hat. Auch Cassini (Paris) hat 1690-1691 derartige Flecken gesehen (Notiz im "New Scientist" 18.1.1997).

Skizzen des Planeten Jupiter von Schroeter aus 1783-1786 mit der bekannten streifenartigen Struktur der Gasoberfläche. Die nummerierten Strukturen zeigen große Ähnlichkeit zu den 1994-er Flecken des Shoemaker-Levy Einschlags. Bild aus "Sterne und Weltraum" 1/97.

3.4   Kometen die in die Sonne stürzen

Kometen können auch in die Sonne stürzen. Dies wurde erst recht aus den Aufnahmen der Sonne mit dem Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) bekannt. Dieser Satellit wurde gebaut um die Sonne und ihre Umgebung (z.B. Sonnenflammen) fortlaufend zu überwachen.

Eine SOHO-Bildsequenz zeigt zwei Kometen, die von "unten" auf die Sonne zufliegen, in die Sonne stürzen und dort einen Materialausbruch auslösen.

4. Wie oft gibt es Einschläge?

Aus vielen Untersuchungen geht hervor, dass die Häufigkeit der Objekte größenabhängig ist: größere Objekte sind viel seltener als kleine. Das kann man mit einer Häufigkeitsverteilung beschreiben. Die Häufigkeit der Einschläge hängt (daher) von der nach Größe sortierten Häufigkeit der Objekte ab. Die Relation der größenabhängigen Einschlagsrate ist nur grob bekannt. Objekte in der hier angegebenen Größe würden beim Einschlag kleinere oder größere Krater erzeugen.

Aus Modellrechnungen weiss man, dass Objekte die kleiner als einige Meter sind, die Erdoberfläche nicht erreichen können, sie verglühen ganz in der Erdatmosphäre. Größere landen schon auf der Erde (die Meteoriten). Aus der Häufigkeitsverteilung folgt dann, dass im Schnitt nur einmal in mehreren tausend Jahren ein großes Objekt (oder vielleicht nur Teile davon) die Erdoberfläche erreicht.

Einschläge können modelliert werden. Es gibt eine Webseite mit Zugang zu einfachen Einschlagmodellen.