Rätsel des Ursprungs

Wie ist der Kuipergürtel entstanden? Und woher kommen die in ihm kreisenden Brocken? Gängiger Ansicht nach sind die transneptunischen Objekte größtenteils Relikte aus der Frühzeit unseres Sonnensystems. Sie entstanden demnach in den äußeren Bereichen der Urwolke, wo die Materiedichte nicht mehr ausreichte, um ganze Planeten zu bilden. Weil sie zudem weit jenseits der Schneegrenze gebildet wurden, bestehen sie primär aus Wassereis und anderen gefrorenen flüchtigen Verbindungen. So weit die gängige Theorie.

Mehrere Populationen

Doch leider passen einige Merkmale des Kuipergürtels nicht in dieses Bild. Dazu gehört, dass der Kuipergürtel mehrere unterschiedliche Populationen von Objekten beherbergt. Die erste Gruppe besteht aus Pluto, Charon und eine ganze Reihe von weiteren transneptunischen Objekten, deren Orbits durch eine 3:2 Resonanz mit dem Neptun stabilisiert werden. In der Zeit, in der Neptun drei Umläufe um die Sonne macht, vollenden sie genau zwei Umkreisungen. Ihre Bahnen konzentrieren sich in einem Gebiet knapp 40 astronomische Einheiten von der Sonne entfernt. Weiter außen existieren weitere Gruppen von Objekten mit anderen Resonanzverhältnissen.

Die zweite Gruppe bilden die „klassischen“ Kuipergürtel-Objekte. Sie folgen wenig exzentrischen, fast kreisförmigen Orbits und stehen nicht in Resonanz mit dem Neptun. Ihre Umlaufbahnen liegen rund 41 bis 50 astronomische Einheiten entfernt und sind bis maximal 30 Grad gegen die Bahn der Planeten geneigt. Zu diesen klassischen Kuipergürtel-Objekten gehören neben (15760) Albion auch die Zwergplaneten Quaoar und Makemake sowie das im Jahr 2019 von der Raumsonde New Horizons besuchte Objekt Ultima Thule (Arrokoth).

Zur dritten Gruppe des Kuipergürtels gehören Himmelskörper, deren Umlaufbahnen stark exzentrisch und elliptisch sind und die teilweise deutlich aus der Bahnebene der Planeten herausragen. Die sonnennächsten Bahnteile dieser Objekte liegen zwar im Bereich des klassischen Kuipergürtels, ihre sonnenfernsten können aber in mehr als 100 astronomischen Einheiten Entfernung liegen – und damit schon am Übergang zur Oortschen Wolke. Zu diesen gestreuten Kuipergürtel-Objekten (Scattered Disc Objekts) gehören die Zwergplaneten Eris und Sedna, aber auch einige viel weiter entfernte Himmelskörper wie 2015 RR245 oder 2014 FE72.

Wie bekam der Kuipergürtel seine heutige Gestalt?

Wie aber sind diese so unterschiedlichen Populationen im Kuipergürtel zustande gekommen? Klar scheint, dass nicht alle diese Himmelskörper ungestört und unberührt vor Ort entstanden sein können. Stattdessen müssen zumindest die gestreuten und resonanten Objekte durch einen externen Einfluss in ihre heutigen Bahnen gebracht worden sein. Als wahrscheinlichster Kandidat dafür gelten Turbulenzen, die die Wanderung der großen äußeren Planeten im Sonnensystem verursachte.

Diesem Szenario zufolge kreisten Jupiter, Saturn, Neptun und Uranus in ihrer Anfangszeit deutlich näher an der Sonne. Im Bereich zwischen ihren Orbits und der heutigen Umlaufbahn des Neptun kreist eine dichte Wolke aus Planetesimalen – eisigen Überresten der Planetenbildung. Doch dabei bleibt es nicht: Durch Schwerkraftwechselwirkungen beeinflusst, driften Saturn, Neptun und Uranus nach außen, der Jupiter bewegt sich dagegen zunächst weiter nach innen.

Wandernde Planeten und gestreute Planetesimale

Dies führt zu einer Bahnresonanz zwischen Jupiter und Saturn, die die Bahnen der Planeten und Planetesimale destabilisiert – und die Struktur des äußeren Sonnensystems komplett verändert: Neptun wird nach außen geschoben und tauscht mit Uranus den Platz, die dichte Scheibe der Planetesimale wird komplett zerstreut. Ein Teil der Brocken wird aus dem Sonnensystem ausgeschleudert, ein anderer rast ins innere Sonnensystem und löst dort das „große Bombardement“ aus, eine Phase besonders häufiger und schwerer Asteroideneinschläge bis vor rund 3,8 Milliarden Jahren.

Nachdem dann die Planeten in ihren heutigen Orbits angekommen waren, beruhigte sich die Lage wieder und die Reste der zerstreuten und durcheinandergeworfenen Planetesimale sammelten sich im Kuipergürtel. Zu diesem auch als „Nizza-Modell“ bekannte Szenario passt, dass Astronomen im Jahr 2018 einen Asteroiden im Kuipergürtel entdeckt haben, der ursprünglich aus dem inneren Sonnensystem stammt und der wahrscheinlich erst durch die Planetenwanderung nach außen geschleudert wurde.

Allerdings: Dieses Szenario erklärt noch nicht, warum die Populationen des Kuipergürtels so unterschiedlich sind. Und auch einige Bahnen transneptunischer Objekte passen nicht ins Bild…