Die nominelle Flugbahn des interstellaren Asteroiden 1I / Oumuamua (auch bekannt als A / 2017 U1). Die Berechnung basiert auf Beobachtungen ab dem 19. Oktober 2017. Beachten Sie, wie sich die Umlaufbahnen der Planeten (schnell und kreisförmig drehend), die Objekte des Kuipergürtels (elliptisch, fast koplanar) und die Umlaufbahn dieses interstellaren Asteroiden unterscheiden.Die richtige Antwort auf die Frage, wie sich die Planeten in unserem Sonnensystem in Umlaufbahnen bewegen, wurde bereits vor einigen hundert Jahren gegeben: zuerst von Kepler, dessen Bewegungsgesetze sie beschrieben, und dann von Newton, dessen Gesetze der universellen Gravitation es ermöglichten, die erste abzuleiten. Aber Kometen, die beide aus dem Sonnensystem stammen und von weit her fliegen, bewegen sich nicht entlang derselben, fast kreisförmigen Ellipsen. Warum passiert das? Unser Leser möchte wissen:
Warum bewegen sich Kometen auf parabolischen Pfaden um die Sonne, im Gegensatz zu Planeten, die sich in elliptischen Bahnen bewegen? Woher kommt der Komet für eine so große Entfernung, von der Oort-Wolke zur Sonne und zurück? Und wie fliegen interstellare Kometen und Asteroiden aus ihren Planetensystemen und besuchen andere?
Diese Frage kann beantwortet werden, aber es gibt eine allgemeinere Frage: Warum bewegen sich Objekte auf diese Weise in Umlaufbahnen?
Die Planeten des Sonnensystems bewegen sich zusammen mit Asteroiden aus dem Asteroidengürtel fast in derselben Ebene, in elliptischen Bahnen nahe an kreisförmigen. Aber außerhalb der Umlaufbahn von Neptun wird alles weniger zuverlässig.Es gibt vier innere felsige Welten in unserem Sonnensystem, gefolgt von einem Asteroidengürtel, Gasriesen mit einer Reihe von Monden und Ringen und
einem Kuipergürtel . Hinter Kuipers Gürtel befindet sich eine riesige verstreute Scheibe, nach der sich eine kugelförmige
Oort-Wolke über eine große Entfernung erstreckt: vielleicht ein oder zwei Lichtjahre, fast die Hälfte der Entfernung zum nächsten Stern.
Das logarithmische Diagramm des Sonnensystems bis zu den nächsten Sternen zeigt die Ausbreitung des Kuipergürtels mit Asteroiden und der Oort-Wolke.Gemäß den Gesetzen der Schwerkraft muss sich ein Objekt mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegen, um sich in einer stabilen Umlaufbahn einer bestimmten Größe zu befinden. Es muss ein Gleichgewicht zwischen der potentiellen Energie des Systems (in Form der potentiellen Gravitationsenergie) und der Bewegungsenergie (kinetisch) bestehen. Je tiefer Sie sich in der potenziellen Gravitationsquelle der Sonne befinden (dh je näher Sie ihr sind), desto weniger Energie haben Sie und desto schneller müssen Sie sich bewegen, um eine stabile Umlaufbahn aufrechtzuerhalten.
Die acht Planeten des Sonnensystems und der Sonne auf einer Skala von Größen, aber nicht auf einer Skala von Orbitaldurchmessern. Von allen Planeten, die mit bloßem Auge sichtbar sind, ist Merkur am schwersten zu sehen.Daher sieht die Durchschnittsgeschwindigkeit der Planeten folgendermaßen aus:
- Quecksilber: 48 km / s
- Venus: 35 km / s
- Erde: 30 km / s,
- Mars: 24 km / s
- Jupiter: 13 km / s,
- Saturn: 9,7 km / s,
- Uranus: 6,8 km / s,
- Neptun: 5,4 km / s.
Dank der Umgebung, in der das Sonnensystem gebildet wurde - viele kleine Massen verschmelzen miteinander, interagieren miteinander und erzeugen viele Massenauswürfe - ist die aktuelle Situation nahezu kreisförmig.
Die Umlaufbahnen der Planeten des inneren Sonnensystems sind nicht ganz kreisförmig, aber nahe genug daran. Die meisten weichen vom Ideal von Merkur und Mars ab. Je näher der Planet der Sonne ist, desto schneller muss er sich bewegen.Es ist jedoch notwendig, die später auftretende Gravitationswechselwirkung zu berücksichtigen! Wenn ein Asteroiden- oder Kuipergürtelobjekt in der Nähe einer großen Masse wie Jupiter oder Neptun vorbeikommt, kann die Gravitationswechselwirkung ihm einen guten Kick verleihen. Dadurch ändert sich die Geschwindigkeit erheblich und es werden einige km / s in nahezu jede Richtung hinzugefügt. Und im Fall eines Asteroiden kann dies eine Änderung der Umlaufbahn von fast kreisförmig zu sehr elliptisch bedeuten; Ein gutes Beispiel dafür ist der Weg des
Kometen Enke , der vom Asteroidengürtel stammen könnte.
Die Spur des Kometen Enke, die in 3,3 Jahren eine vollständige Revolution vollendet, ist eine extrem schnelle Bewegung, die über eine exzentrische Ellipse verteilt ist. Enke wurde der zweite periodische Komet nach Halleys Kometen.Wenn Sie sich beispielsweise sehr weit entfernt befinden, beispielsweise im Kuipergürtel oder in der Oort-Wolke, können wir uns mit einer Geschwindigkeit von 4 km / s (dem inneren Teil des Kuipergürtels) bis zu mehreren hundert Metern pro Sekunde (für die Oort-Wolke) bewegen. Die Gravitationsinteraktion mit einem großen Planeten wie Neptun kann Ihre Umlaufbahn auf zwei Arten verändern. Wenn Neptun Ihnen Energie entzieht, werden Sie in das innere Sonnensystem hinausgeworfen, und es erscheint eine Ellipse mit einer langen Periode, ähnlich dem Pfad
von Swift-Tuttle , der den Perseiden-Meteorschauer erzeugt hat. Es kann eine Ellipse sein, die kaum durch die Gravitation mit der Sonne verbunden ist, aber immer noch eine Ellipse.
Die Umlaufbahn des Swift-Tuttle-Kometen, die gefährlich nahe am Erdweg um die Sonne verläuft, ist im Vergleich zu jeder Planetenbahn extrem elliptisch. Es wird angenommen, dass seine Umlaufbahn vor langer Zeit durch die Gravitationswechselwirkung mit Neptun oder einem anderen massiven Objekt beeinflusst wurde, und das Ergebnis ist das, was wir heute haben.Wenn Neptun oder ein anderer Körper (wir wissen immer noch nicht, was sich am Rand des Sonnensystems befindet) Ihnen zusätzliche kinetische Energie liefert, kann dies Ihre Umlaufbahn von gravitationsgebundener elliptischer zu nicht gebundener hyperbolischer Energie verändern. (Eine parabolische Umlaufbahn ist eine nicht angebundene Umlaufbahn, die sich direkt an der Grenze zwischen elliptisch und hyperbolisch befindet.) Wenn sich jemand an den
ISON-Kometen erinnert, der sich 2013 der Sonne näherte und sich auflöste, als er sich dem Stern näherte, befand er sich in einer hyperbolischen Umlaufbahn. In der Regel fehlen Kometen, die von den entfernten Enden des Sonnensystems kommen, einige Kilometer pro Sekunde bis zur Grenze zwischen verbundenen und ungebundenen Umlaufbahnen.
Der Komet ISON, der in das Sonnensystem eintrat, erwarb Schwänze, die von der Sonne weg gerichtet waren. Sie "berührte" die Sonne, nachdem sie nur 2 Millionen km zurückgelegt hatte, und später löste sie sich aufgrund dieser Nähe auf.Die seltsamste Tatsache, die den meisten Menschen nicht intuitiv erscheint, ist, dass Kometen nicht viel Energie benötigen, um in den inneren Teil des Sonnensystems einzudringen! Wenn Sie ein Objekt nehmen, das sogar ein Lichtjahr von der Sonne entfernt ist, und es einfach loslassen, fällt es für eine ziemlich lange Zeit einfach auf die Sonne. Eine sehr kleine Änderung des Geschwindigkeitsvektors entfernter Massen, die sich in der Umlaufbahn um das Sonnensystem bewegen, kann sie näher bringen. Solche Gravitationsunebenheiten treten zufällig auf, aber wir sehen nur jene Objekte, die sich schneller zu bewegen begannen, sich der Sonne näherten, „Schwänze“ entwickelten und hell genug wurden, um sichtbar zu sein. So entstehen Kometen.
Der Kuipergürtel ist der Ort einer großen Anzahl bekannter Objekte des Sonnensystems, aber in der Oort-Wolke, die dunkler und viel weiter entfernt ist, gibt es viel mehr Objekte, und es ist wahrscheinlicher, dass sie von einer Masse, die beispielsweise an einem anderen Stern vorbeifährt, aus einer normalen Umlaufbahn niedergeschlagen wird. Die Geschwindigkeit der Objekte des Kuipergürtels und der Oort-Wolke relativ zur Sonne ist sehr gering.Die meisten von ihnen sind entweder kaum oder ein wenig nicht gravitativ verbunden, weshalb A / 2017 U1 zu einer so erstaunlichen Entdeckung wurde. Im Gegensatz zu gewöhnlichen Kometen und Asteroiden war es sehr gravitativ getrennt. Und wenn sich Objekte von den Rändern des Sonnensystems mit einer Geschwindigkeit von nicht mehr als einigen km / s bewegen, dann bewegt sich dieses Objekt mit einer Geschwindigkeit von mehr als 40 km / s. Er darf nicht aus dem Sonnensystem gekommen sein, da selbst Neptun nicht genug Masse gehabt hätte, um es so zu beschleunigen!
A / 2017 U1 kommt höchstwahrscheinlich aus dem interstellaren Raum. Am nächsten an der Sonne näherte er sich dem 9. September. Mit einer Geschwindigkeit von 44 km / s ist der Komet außerhalb des Sonnensystems von der Erde und der Sonne weg gerichtet.Was bringt einen Kometen, einen Asteroiden oder ein anderes Objekt außerhalb des Sonnensystems in eine ähnliche Umlaufbahn? Nur die Schwerkraft und alle Gravitationswechselwirkungen, die während ihrer Existenz auftraten. Die Objekte des Sonnensystems bewegen sich in elliptischen Bahnen um die Sonne. Gravitationswechselwirkungen können dies jedoch ändern, indem sie entweder die Form der Ellipse ändern oder sie in eine nicht verwandte Gravitationshyperbel verwandeln. Auf jeden Fall werden wir ein solches Objekt sehen, wenn es nur in der Nähe der Sonne geworfen würde. Nur so können wir die Existenz aller Kometen herausfinden, die wir entdeckt haben.
Die Schwänze von Kometen wiederholen die Bewegungsbahn nicht genau, sondern werden auf einem geraden oder gekrümmten Weg von der Sonne aus gesendet, je nachdem, was vom Objekt weggeblasen wird - Ionen oder Staubpartikel. In jedem Fall sind Kometen - ihre Schwänze, Komas , die Licht reflektieren - für uns nur sichtbar, wenn sie nah genug an der Sonne sind.Kometen und Asteroiden, die aus dem Sonnensystem geworfen werden, fliegen durch den interstellaren Raum und werden eines Tages an anderen Sternen vorbeiziehen. Da die relative Geschwindigkeit der Sterne in der Galaxie etwa 10 bis 30 km / s beträgt, bewegen sich diese interstellaren Steine genauso, was erklärt, warum sich der von uns entdeckte interstellare Asteroid so schnell bewegt hat. Alles erklärt die Kombination der anfänglichen Umlaufbahn, der Gravitationswechselwirkungen und der Bewegung unseres Sonnensystems durch die Galaxie. Wenn Sie einem Objekt Energie aus dem Asteroidengürtel, dem Kuipergürtel oder der Oort-Wolke entnehmen, erstellen Sie eine Ellipse, die stärker an die Sonne gebunden ist. Wenn Sie einem Objekt Energiebeschleunigung geben, kann es weggeworfen werden.
Jetzt glauben wir zu verstehen, wie sich die Sonne und das Sonnensystem gebildet haben, und diese Ansicht ist ein Beispiel für die frühen Stadien der Bildung. Heute haben wir nur die Objekte, die in diesem Prozess überlebt haben.Welche Schlussfolgerung kann daraus gezogen werden? Mit der Zeit verbleiben weniger Objekte in unserem Sonnensystem, und die Anzahl der Objekte im Asteroidengürtel, Kuipergürtel und in der Oort-Wolke nimmt ständig ab. Mit der Zeit werden diese Formationen immer seltener. Wer weiß, wie viele Objekte es einmal gab? Es ist unmöglich, sie zu zählen. Im Sonnensystem stehen uns nur noch Überlebende zur Verfügung.