Planeten und Pluto? Neptun?

Wenn eine der Regeln, um ein Planet zu sein, darin besteht, ALLE Objekte aus ihrer Umlaufbahn zu entfernen, macht dies Neptun dann auch zu einem Nicht-Planeten?

Dies ist ein weit verbreitetes Missverständnis der Bedeutung des Begriffs „Räumung der Nachbarschaft“. Keiner der Planeten könnte "Planeten" genannt werden, wenn dieser Begriff bedeutete, ALLE Objekte aus der Nähe der Umlaufbahn zu entfernen. Stattdessen nimmt dieser Begriff eine etwas unschärfere (aber immer noch sehr scharfe) Bedeutung an, hat ein Körper den größten Teil des Mülls aus seiner Umlaufbahn entfernt, und wenn nicht, kann er dies tun, bevor die Sonne ausbrennt? Wenn ja, ist es ein Planet. Wenn nicht, ist es kein Planet.

Das Verhältnis des Quadrats der Masse eines Objekts zu seiner Umlaufdauer erweist sich als entscheidend für die Bestimmung der Fähigkeit des Objekts, seine Umlaufbahn vernünftigerweise von der Masse anderer in der Nähe befindlicher Materie zu befreien. Ein Log-Log-Diagramm der Masse gegen die Periode (oder die große Halbachse) zeigt in dieser Hinsicht eine große Lücke zwischen den Planeten und den Zwergplaneten. Die folgende Abbildung, entnommen aus http://mel.ess.ucla.edu/jlm/epo/planet/planet.html , zeigt diese riesige Lücke.

Die gestrichelte Linie in der Mitte der riesigen Lücke zwischen Merkur und Mars gegenüber Ceres, Pluto und Eris stellt Objekte dar, die in einer Hubble-Zeit oder 13,8 Milliarden Jahren „ihre Nachbarschaft räumen“ könnten. Merkur und Mars liegen 1,5 Größenordnungen über dieser Linie. Die Planeten haben vor langer Zeit "die Nachbarschaft geräumt". Ceres, Pluto und Eris hingegen liegen eine Größenordnung unterhalb dieser Hubble-Zeitlinie. Die Sonne wird ein roter Riese und verschwindet dann ins Nichts, und die Zwergplaneten werden die Nachbarschaft noch nicht von ihren Umlaufbahnen verlassen haben.

_{(Quelle: ucla.edu )}

Die Astronomie-Gemeinschaft sah sich zwei Krisen in Bezug darauf gegenüber, was einen „Planeten“ ausmacht, zuerst Mitte des 19. Jahrhunderts und in jüngerer Zeit zu Beginn des 21. Jahrhunderts. Die erste Krise betraf die Asteroiden. Die zweite betraf transneptunische Objekte. Beide Krisen forderten Astronomen heraus, sich zu fragen, was ein „Planet“ sei.

1 Ceres, 2 Pallas, 3 Juno und 4 Vesta wurden im ersten Jahrzehnt des 19. Jahrhunderts in schneller Folge entdeckt. Zum Zeitpunkt dieser Entdeckungen gab es keine internationale astronomische Organisation; die Internationale Astronomische Union würde erst in einem weiteren Jahrhundert gegründet werden. Stattdessen fiel die Bezeichnung dessen, was einen „Planeten“ ausmachte, auf die großen astronomischen Almanache wie das Berliner Astronomische Jahrbuch (BAJ). Diese Entdeckungen zu Beginn des 19. Jahrhunderts wurden als neu entdeckte "Planeten" behandelt. Diese Situation blieb etwa 40 Jahre lang unverändert.

Das änderte sich 1845 mit der Entdeckung von 5 Astraea. In den 1850er Jahren wuchs die Liste der Objekte, die die Sonne umkreisen, auf 50, und in den 1860er Jahren wuchs die Liste auf über 100. Die Antwort der BAJ und anderer war, Ceres, Pallas, Juno und Vesta von ihrem Planetenstatus auf einige herabzustufen geringeren Status, entweder kleiner Planet oder Asteroid. Astronomen hatten keine klare Vorstellung davon, was einen Planeten ausmacht, außer dass er irgendwie groß sein sollte. Ceres, die größte der Gruppe, ist nicht sehr groß. Das Endergebnis all dieser Entdeckungen ab 1845 war, dass die ersten vier entdeckten Asteroiden aus dem Status eines Planeten herabgestuft wurden.

Die zweite Krise begann 1992 mit der Entdeckung von (15760) 1992 QB ₁ . Bis 2006 war die Zahl der transneptunischen Objekte erheblich gestiegen. Waren diese Dinger „Planeten“ oder etwas anderes? Einige Astronomen, insbesondere Alan Stern, wollten, dass der Begriff „Planet“ extrem umfassend ist. Die meisten Astronomen lehnten diese Idee ab.

Paradoxerweise war es Alan Stern selbst, zusammen mit Harold Levison, der das Schlüsselkriterium der „Räumung der Nachbarschaft“ lieferte, das im Kern dessen liegt, was die IAU als einen „Planeten“ betrachtet. Ihr Artikel, Stern und Levison, „Regarding the Criteria for Planethood and Recommended Planetary Classification Schemes“, Highlights of Astronomy 12 (2002): 205-213 schlugen vor, „Planeten“ in zwei Kategorien aufzuteilen, die „Überplaneten“ (Merkur, Venus, Erde , Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun) und die „Unterplaneten“ (Pluto+Charon, Eris, Ceres, Sedna und viele andere).

Stern ist ziemlich heuchlerisch, wenn er argumentiert, dass es keine klare Grenze zwischen „Planeten“ und „Zwergplaneten“ gibt. Die Grenze ist riesig, und Stern weiß das. Die obige Abbildung zeigt, wie groß die Lücke zwischen den Planeten und kleineren Objekten ist. Das Quadrieren der Masse verdoppelt die in der obigen Abbildung dargestellte Kluft von 2½ Größenordnungen, um eine Lücke von fünf Größenordnungen zu bilden. Dieser Unterschied von fünf Größenordnungen zwischen den „Überplaneten“ und „Unterplaneten“ findet sich überwiegend in der Arbeit von Stern und Levison.

Der einzige Unterschied zwischen dem Vorschlag von Stern und Levison und der angenommenen IAU-Resolution besteht darin, dass Stern und Levison zwar Hunderte (und vielleicht Tausende) von Objekten als "Planeten" bezeichnen wollten (acht "Überplaneten" und eine Schiffsladung von "Unterplaneten") ) entschied sich die IAU dafür, diese umlaufenden Objekte in die sich gegenseitig ausschließenden Kategorien „Planeten“ und „Zwergplaneten“ aufzuteilen. Dies steht im Einklang damit, wie Astronomen mit dieser ersten Krise umgegangen sind. Planeten sollten "groß" sein. Stern und Levison lieferten die notwendige Munition, um groß von nicht so groß zu unterscheiden.

Zum Schluss noch eine vielleicht zu geschwätzige Analogie, die ich im Chat gemacht habe. Wenn Sie Ihren Küchenboden fegen, bekommen Sie ihn sauber genug, um davon zu essen, oder nur "gut genug"? Das Konzept der „Säuberung der Nachbarschaft“, wie es in dem Artikel von Stern und Levison verkörpert ist, bedeutet nicht, den Boden sauber genug zu machen, um davon zu essen. Es bedeutet nicht einmal „gut genug“. Es geht eher um "Ist das möglich"?

Angenommen, Sie sind mit der Reinigung des Fußballplatzes des LA Coliseum beauftragt und Ihr Chef lässt Sie eine Maschine in der Größe von Zamboni für die Reinigung verwenden. Das ist Jupiter. Es reinigte seine Nachbarschaft in kurzer Zeit. Nehmen wir andererseits an, dass Sie damit beauftragt sind, das gesamte LA Coliseum ganz allein sauber zu fegen, mit Ständen und allem, und das einzige Werkzeug, das Sie verwenden können, ist eine winzig kleine Friseurbürste. Du wirst die Arbeit nie erledigen. Das ist Pluto. Es kann niemals die Arbeit erledigen. Pluto ist kein Planet.

Neptun ist tatsächlich die dominierende Gravitationskraft in der Region des Kuipergürtels, in der sich Pluto befindet. Wenn Sie sich das Bild unten ansehen, wird der Gürtel tatsächlich von Neptun geräumt:

Tatsächlich gibt es eine Klasse von Objekten mit dem passenden Namen Plutinos , die von Neptun eingefangen wurden. Modelle des Sonnensystems haben tatsächlich gezeigt, dass Neptun viel näher an der Sonne entstanden ist als derzeit, und indem er nach außen driftet, hat er diese Plutinos herausgedrückt.

Das Schlüsselmerkmal der Plutinos ist, dass sie eine Orbitalresonanz mit Neptun haben . Orbitalresonanz ist hier der Effekt, bei dem zwei Objekte periodische Gravitationskräfte aufeinander ausüben. Im Fall der Plutinos haben sie alle eine durchschnittliche Resonanz von 2:3 (sie umkreisen die Sonne zweimal für alle drei Umläufe von Neptun) – tatsächlich war Pluto das erste Objekt, bei dem diese Resonanz zuerst bemerkt wurde. Diese Resonanz entwickelte sich, weil Neptun die Plutino-Objekte nach außen drückte, als er sich weiter von der Sonne entfernte (dh als dominanter Gravitationskörper den Weg frei machte).

"Einen Orbit freimachen" hat eine spezifische Bedeutung, die möglicherweise nicht ganz intuitiv ist. "Eine Umlaufbahn freimachen" bedeutet ausdrücklich nicht, eine Umlaufbahn von allen anderen Körpern zu leeren. Dies bedeutet, dass der Planet andere Körper in ungefähr der gleichen Entfernung zur Sonne gravitativ dominiert.

Jetzt können Sie sich vielleicht fragen, ob Neptun Pluto oder Pluto Neptun dominiert. Das würde etwas symmetrisch erscheinen. Dies kann anhand des Quadrats ihres Massenverhältnisses beurteilt werden, da die Masse sowohl die Gravitationskraft (mehr Masse ist eine höhere Kraft) als auch die resultierende Beschleunigung (weniger Masse ist eine höhere Beschleunigung) beeinflusst. Nun unterscheiden sich die Massen von Pluto und Neptun etwa um den Faktor 10.000, also beträgt das Quadratverhältnis etwa 100.000.000. Das ist eindeutig: Plutos Umlaufbahn ist definiert als meine Neptunbahn und nicht umgekehrt.