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01.08.11 · 10:32 Uhr
Unser zweiter Begleiter im All: der Erd-Trojaner!
Kategorie: Naturwissenschaften · Kommentare: 46
Unsere Erde hat einen Trojaner! Nein, keinen fiesen Computervirus, sondern einen kleinen Himmelskörper, der sie auf einer ganz speziellen Bahn um die Sonne begleitet. Bis jetzt kannten wir nur den Mond, der gemeinsam mit der Erde seine Runden um die Sonne zog (er ist ja auch schwer zu übersehen). Neben Monden können aber auch noch andere Objekte die Bahn eines Planeten teilen: die Trojaner.
Über diese spezielle Gruppe von Asteroiden habe ich schon öfter geschrieben. Betrachtet man drei Himmelskörper - zwei goße und einen kleinen - und ihren gegenseitigen gravitativen Einfluss, dann gibt es hier 5 ganz besondere Punkte. Das hat schon im 18. Jahrhundert der französische Mathematiker Jean-Joseph Luis Lagrange herausgefunden und deswegen heissen sie auch "Lagrange-Punkte". An diesen 5 Punkten heben sich die im System wirkenden Kräfte gerade auf. Nehmen wir zum Beispiel die Sonne (gelb) und die Erde (blau), dann findet man die Lagrange-Punkte hier:
Die Lagrange-Punkte L1 bis L3 liegen auf einer Linie zwischen den Sonne und Erde. Sie sind aber instabil. Das bedeutet, ein kleiner Himmelskörper, der sich nicht wirklich exakt in L1 (oder L2 oder L3) befindet, bleibt dort nicht beliebig lange, sondern bewegt sich im Laufe der Zeit immer weiter von L1 weg. L4 und L5 allerdings, die sich 60 Grad vor bzw. hinter der Erde auf ihrer Bahn befinden, sind stabil! Ein kleines Objekt, das sich in der Umgebung von L4 oder L5 befindet, kann auch für sehr lange Zeiten in dieser Umgebung bleiben. Darum können sich um diese beiden Lagrange-Punkte viele Asteroiden ansammeln. Bei Jupiter kennen wir schon einige tausend solcher Himmelskörper! Der erste wurde 1906 entdeckt und es hat sich eingebürgert, das sie alle nach Figuren aus dem trojanischen Krieg benannt werden. Deswegen bezeichnet man generell alle Himmelskörper auf solchen Bahnen als "Trojaner". Neben Jupiter kannten wir auch schon Trojaner des Neptun und Mars-Trpjaner. Erd-Trojaner waren allerdings keine bekannt. Man hatte ein paar sogenannter "koorbitaler Objekte" entdeckt, d.h. Asteroiden, die sich in etwa auf der gleichen Bahn wie die Erde befinden aber keine echten Trojaner sind. Zum Beispiel 2010 SO16 der sich auf einer Hufeisenbahn befindet. Der Satellite WISE wurde nun allerdings doch noch fündig!
Im Oktober 2010 fand dieser Satellit der NASA einen bisher unbekannten Asteroiden. Das ist an sich nichts ungewöhnliches, das macht WISE öfter und es ist genau das, was man sich von dem Asteroiden Satelliten erwartet. Das neue Objekt bekam die Bezeichnung 2010 TK7 und sah so aus:
Nicht sehr beeindruckend... auf den ersten Blick zumindest. Martin Connors von der Athabasca University in Alberta, Kanada hat dann aber nochmal genau hingesehen. 2010 TK7 hat eine Umlaufperiode von 365.389 Tagen, was so ziemlich genau den 365.256 Tagen entspricht, die die Erde für eine Runde um die Sonne braucht. Der Asteroid muss also eine ziemlich spezielle, erdähnliche Bahn haben. Christian Veillet, vom Canada-France-Hawaii Telescope hat weitere Aufnahmen von 2010 TK7 gemacht um seine Bahn besser bestimmen zu können und Paul Wiegert von der University of Western Ontario hat dann schließlich mit Computersimulationen seiner Bewegung gezeigt, dass es sich hier um den ersten echten Erd-Trojaner handelt muss! Die Arbeit wurde kürzlich in "Nature" veröffentlicht (hier gibt es einen preprint). Wer sich das mit der Trojanerbahn nicht wirklich vorstellen kann, dem hilft vielleicht dieses Video hier weiter (das allerdings nicht maßstabsgetreu ist):
Am Anfang sieht man, wie Erde und Trojaner gemeinsam die Sonne umkreisen; am Schluß wird in ein mit der Erde mitrotierendes Koordinatensystem gewechselt und man sieht die Bewegung von 2010 TK7 um den Lagrange-Punkt. Es ist übrigens der Punkt L4, das heisst der Asteroid befindet sich vor der Erde. Wir müssen übrigens keine Angst vor einer Kollision haben. Mit seinen 300 Metern Durchmesser wäre TK7 zwar ein ordentlicher Brocken - aber gerade seine Trojanerkonfiguration schützt uns vor einer nahen Begegnung. Der Asteroid pendelt zwar immer ein wenig hin und her und kommt dabei der Erde manchmal näher und entfernt sich manchmal. Aber beliebig nahe kann er ihr nicht kommen. 2010 TK7 ist auch leider kein wirklich lohnendes Ziel für eine Raumfahrtsmission. Er ist zwar nicht weit weg - aber seine Bahn ist auch um 20 Grad gegenüber der Erdbahn geneigt und die Relativgeschwindigkeit zwischen Erde und TK7 beträgt 9.4 km/s - viel größer als bei anderen erdnahen Asteroiden.
Aber der erste Erdtrojaner ist auf jeden Fall eine äußerst coole Sache! Und es wäre sehr seltsam, wenn 2010 TK7 der einzige Trojaner der Erde wäre. Wo einer ist, da sind auch immer ein paar andere ;) Die Weltraumteleskope der nächsten Generation (z.B. GAIA) werden sicher noch ein paar finden. Ich bin schon gespannt, wie viele Begleiter unser blauer Planet noch hat!
Autor: Florian Freistetter· 46 Kommentare· Permalink· Trackback-URL
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Kommentare (46)
Spannend! Diese Bedeutung von Trojaner ist bis jetzt komplett an mir vorübergegangen. Wer sagt, Astronomie sei fad?
Grad vor ein paar Tagen habe ich mich gefragt, ob die Erde auch Trojaner hat - und hier ist schon die Antwort :-) Jetzt frage ich mich: Hat der Mond im System Erde-Mond auch Trojaner?
Eine (vielleicht dumme?) Frage habe ich aber. In dem Video "pendelt" der Asteroid um ein ordentliches Stück, weit vom L4 weg, augenscheinlich bis zu einer halben Umlaufbahn voraus. Liegt das an der geneigten Bahn, also wieder andere Kräfteverteilung als im 2D darstellbar?
Grad vor ein paar Tagen habe ich mich gefragt, ob die Erde auch Trojaner hat - und hier ist schon die Antwort :-) Jetzt frage ich mich: Hat der Mond im System Erde-Mond auch Trojaner?
Danke für den Artikel!
Ich hab mir erstmal die Lagrange-Punkte in der Wikipedia durchgelesen... ist total interessant. :)
@Heterodyne: Naja, wie weit sich ein Asteroid vom Lagrangepunkt entfernt, ist ne komplexe Sache. Das hängt von der allgemeinen Stabilität des Systems ab und den jeweiligen Parametern. TK7 hat eine nicht so kleine Exzentrizität von 0.1irgendwas und eine hohe Bahnneigung und das reicht schon, um ordentlich um den Lagrangepunkt zu pendeln...
Tja...das ist wohl Nibiru! Jetzt hat man ihn endlich "entdeckt".
Hallo miteinander!
Ich versteh das nicht ganz, ich dachte an diesen Lagrange Punkten heben sich alle Kräfte gegenseitig auf, wie kann dann ein Objekt einen Punkt umkreisen von welchem keine Kraft ausgeht?
Danke für die Antwort!
@Wolfgang Madner:
Das kannst du dir vorstellen wie eine Kugel in der Schale: im Mittelpunkt wirken keine Kräfte auf die Kugel, das heisst wenn sie da liegen würde, würde sie nicht beschleunigt werden. Wenn sie sich aber bewegt, bewegt sie sich um diesen Punkt herum und in Abwesenheit von Reibung auch beliebig lange.
Wie kommt es eigentlich, dass man bei anderen Planeten schon länger Trojaner kennt, bei der Erde aber erst jetzt welche gefunden hat? Die sind doch viel näher dran, sollten also heller und damit leichter zu entdecken sein? (gut, ein Grund dürfte sein, dass man die Erd-Trojaner von der Erdoberfläche aus nur tagsüber sehen könnte, wenn ich die Geometrie da richtig interpretiere - aber wir haben jetzt ja schon ein ganzes Weilchen Weltraum-Teleskope, für die das ja kein Problem sein dürfte)
@Bjoern
Na weil wir lieber in die ferne schweifen, wo das interessante doch so nah liegt... ;)
@Bjoern: Ja, die Sache mit dem Tageslicht ist der Hauptgrund. Und dann geht man mit den Weltraumteleskopen meistens ja nicht gezielt auf die Suche nach Erdtrojanern. Nur die großen Vermessungsteleskope wie Hipparcos, IRAF oder WISE können die "zufällig" finden. Und da scheint halt WISE das erste zu sein, das dafür sensitiv genug war.
P.S. Vielen Dank übrigens! Hab grade die Post durchgesehen die während meines Urlaubs eingetroffen ist ;)
Die Floskel "blauer Planet" ist langsam auch ganz schön abgedroschen ;)
@Axel: "Die Floskel "blauer Planet" ist langsam auch ganz schön abgedroschen ;) "
Tja, die Erde IST aber nunmal von allen Planeten der blaue. Und ab und zu will man auch mal was anderes schreiben als "die Erde".
Hui unser eigener Trojaner. Wird das gute Stück eigendlich noch einen Namen bekommen?
@phaust: Also wenn die Bahn gut genug bestimmt ist, dann kriegt 2010 TK7 sicher noch einen richtigen Namen.
Interessant, danke.
Die Frage, die mir nach dem Lesen sofort durch den Kopf ging: Und, haben die Astrologen das gute Stück noch nicht in ihrer Rechnung mit drin?
@Florian Freistetter
Auf die Gefahr hin, als Korinthenkacker zu gelten: Der Neptun ist auch blau, wenngleihc aus anderem Grund (Methan in der Athmosphäre). Er ist sogar noch "blauer" als die Erde, da die knapp 30% Landfläche (eher grün bis sandgelb, manchmal auch weiß) und Wolken (weiß) hat. ;-)
Zu den Trojanern: Dass sich alle Kräfte aufheben, ist irreführend, weil ich da die Zentrifugalkraft nicht eingerechnet hatte. Das sorgte zunächst für Verwirrung, da unbeschleunigte Körper sich ja immer geradlinig-gleichförmig bewegen.
Angenommen, ein Körper in L4 bewegt sich im Rahmen des rotierenden Systems Sonne-Erde-Trojaner geradlinig-gleichförmig (und hinreichend langsam), sodass er aus L4 herauswandert. "Stabil" müsste dann implizieren, dass dann sofort Rückstellkräfte auftreten. Ist das richtig und lässt sich das dann durch einen harmonischen 3D-Oszillator modellieren? Wenn ja, wie wären dann die Anisotropien?
@Phillip: "Dass sich alle Kräfte aufheben, ist irreführend, weil ich da die Zentrifugalkraft nicht eingerechnet hatte."
Hmm - da kann ich jetzt aber nicht so wirklich was dafür...
""Stabil" müsste dann implizieren, dass dann sofort Rückstellkräfte auftreten. Ist das richtig und lässt sich das dann durch einen harmonischen 3D-Oszillator modellieren?"
Stabil heisst, dass in einem mitrotierenden Koordinatensystem der Asteroid eine Bahn UM L4 ausführt. Und vermutlich kann man das auch irgendwie mit nem Oszillator modellieren. Weiß aber nicht, wie genau das ist; das hab ich noch nie gemacht.
Du schreibst "Mit seinen 300 Metern Durchmesser wäre TK7 zwar ein ordentlicher Brocken - aber gerade seine Trojanerkonfiguration schützt uns vor einer nahen Begegnung."
War nicht Theia auch L4-Trojaner? Gut, allerdings ein bisschen größer :D
@Engywuck: Ja, aber Theia war nicht nur ein bisschen sondern ein bisschen sehr viel größer ;) Da ist dann auch die Lagrange-Konfiguration nicht mehr so wirklich lange stabil...
@Florian Freistetter
Ich schreib' mich nur mit einem "l" und lege darauf auch einen gewissen Wert, seit ich von Phillip Garrido gelesen habe...
Hmm - da kann ich jetzt aber nicht so wirklich was dafür...
Das habe ich gar nicht behauptet. Ich hatte die Kräfte halt nicht im Rahmen des rotierenden Systems betrachtet und Trägheitskräfte daher nicht berücksichtigt. hat sich ja geklärt.
Stabil heisst, dass in einem mitrotierenden Koordinatensystem der Asteroid eine Bahn UM L4 ausführt.
Oder durch L4 durch, mit 2 Umkehrpunkten, je nachdem, ob und wie weit die Schwingungen in verschiedene Richtungen phasenverschoben sind. So zumindest stelle ich mir das vor. Das effektive Potential eines Himmelskörpers hat ja auch ein lokales Minimum, dessen unmittelbare Umgebung in etwa ein harmonischer Oszillator ist.
Wie wärs mit Helena? ;). wenn ich das bei Wikipedia richtig gesehen (oder eher nicht gesehn) habe, gibt es noch keinen Trojaner namens Helena.
Wie wärs mit Helena? ;). wenn ich das bei Wikipedia richtig gesehen (oder eher nicht gesehn) habe, gibt es noch keinen Trojaner namens Helena.
Wenn ich mich richtig erinnere hat Harald Lesch in einer der AlphaCentauri-Sendungen mal gesagt, die Lagrange-Punkte L4 und L5 würden sich prima eignen um dort Teleskope zu platzieren, die man zusammenschalten könnte und man so eine Super-Auflösung erhielte. Gibt es solche Überlegungen noch, oder müsste man jetzt sowieso Abstand nehmen da die guten Plätze schon belegt sind?
@mr_mad_man: Von "belegt" kann man da eigentlich nicht so richtig reden - auch wenn die Dinger Lagrange-Punkte heißen, handelt es sich doch eher um ein etwas größeres Raumgebiet (siehe auch den oben gezeigten Orbit von 2010 TK7!). Ich denke schon, dass da noch mehr als genügend Platz wäre für einige Raumsonden... Das Problem dürften derzeit mehr die Kosten sein. (Hast du mitbekommen, wie's den Plänen für das James Webb Telescope derzeit ergeht...?)
@Philip: "Oder durch L4 durch, mit 2 Umkehrpunkten, je nachdem, ob und wie weit die Schwingungen in verschiedene Richtungen phasenverschoben sind. So zumindest stelle ich mir das vor. "
Wenn du es ganz genau wissen willst, dann schau mal ob du in einer Bibliothek dieses Buch hier findest. Da haben wir das im Detail erklärt.
ach was sind unter Freunden schon vier Größenordnungen? ;-)
Laut Video scheint "unser" Trojaner zudem mit einer Periode von ca. 400 jahren zwischen Minimal- und Maximalentfernung hin- und herzuwandern, wobei sich der "Mittelpunkt" seiner Bahn laufend verschiebt. Entfernungsextrema ist maximal ja fast der halbe Umlauf (Minimal schlecht zu erkennen - x-faches Mondbahn?). Soooo stabil scheint mir dieser Minibrocken dann doch nicht zu sein.
@Bjoern: Danke für Deine Antwort. Wieder was gelernt (Punkt/Raumgebiet) :-)
Von dem James Webb Telescope hatte ich noch gar nichts gehört, hab aber sofort bei Wikipedia nachgeschaut. So was macht mich echt traurig, wenn ich lese, was da für spannende Sachen erforscht werden sollen (und man vom KnowHow auch könnte), das Ding schon fast fertig ist und dann so ein Projekt gestoppt wird. Vor allem wenn es nicht um so wahnsinnig viel Geld geht.
@Engywuck: "Soooo stabil scheint mir dieser Minibrocken dann doch nicht zu sein. "
Ich hab die Bahn jetzt noch nicht selbst simuliert. Aber ne große Libration ist nicht unbedingt ein Grund für Instabilität. Hier ist ein Bild von Jupiter: http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2008/09/04/stabreg1.jpg Da ist auf der x-Achse der Winkelabstand von Jupiter und auf der y-Achse die Exzentrizität. Gelb ist die stabile Region.
"Im Oktober 2010 fand dieser Satellit der NASA einen bisher unbekannten Asteroiden. Das ist an sich nichts ungewöhnliches, das macht WISE öfter und es ist genau das, was man sich von dem Asteroiden erwartet."
sollte hier sicherlich heissen " was man sich von dem Satelliten erwartet."
Wie "groß" ist ein Lagrangepunkt?
Ich lese hier im Artikel, dass in L1 bis L3 ein Körper exakt im Punkt sein müsste, um zu bestehen. Wie groß darf so ein Körper maximal sein? Könnte es in L1, also exakt in L1 eine Art Gegenerde geben, nur kleiner? Ähnliches in den Kommentaren über Theia sei auch ein L4-Objekt gewesen. Auch hier die Frage, ab welcher Größe wird die Bahn instabil? Und kann man sich das dann so vorstellen, dass Theia von der Erde eingeholt worden ist?
Auf L4 sind die Griechen, auf L5 die Trojaner. Also ist es eine Falschmeldung, denn ein Grieche wurde entdeckt.
Danke für den Artikel ! Habe nach den Medienberichten schon darauf gewartet.
Meine Frage, sind Trojaner mit grossen Bahnneigungen stabiler ?
Im Extremfall bei einer Bahnneigung von 90 Grad, waere dann auch
ein Asteroid in L3 stabil ?
@IsabellaP: "Wie "groß" ist ein Lagrangepunkt?"
Naja, ein Punkt ist ein Punkt. Die Stabilitätsbereiche um die Lagrangepunkte sind allerdings größer, siehe hier: http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2008/09/trojaner-am-himmel.php Bei L1 - L3 existieren sie aber gar nicht. D.h. alles was dort ist, geht weg (die Raumsonden dort müssen daher auch immer wieder ihren Kurs korrigieren).
"Könnte es in L1, also exakt in L1 eine Art Gegenerde geben, nur kleiner?"
Nein, definitiv nicht. Die hätte sich auch schon längst bemerkbar gemacht (durch ihre gravitative Wirkung z.B.)
"Auch hier die Frage, ab welcher Größe wird die Bahn instabil"
Das lässt sich leider so pauschal nicht sagen, das hängt von vielen Faktoren ab. Ich hab mal ne Arbeit dazu gelesen (die hier, aber da stand glaub ich nichts über die Massen drin - muss ich nochmal nachsehen).
@Pit: Keine Falschmeldung, alle Asteroiden in Lagrangepunkten heissen Trojaner. Auch wenn sie nach Griechen benannt wurden (diese Regelung existiert aber sowieso nur bei Jupitertrojanern).
@Olf: Ne, höhere Inklination macht nicht stabiler, eher im Gegenteil (siehe hier). Und L3 ist immer instabil
Die Umlaufzeiten von 365.389 Tagen bzw. 365.256 Tage sind zumindest im Rahmen der implizit angegebenen Genauigkeit doch sehr verschieden. Ich nehme an, diese Diskrepanz kommt daher, dass man bei der Auswertung die momentane Umlaufgeschwindigkeit des Objekts verwendet hat. Denn die gemittelte Umlaufgeschwindigkeit/zeit eines Trojaners sollte doch bis in die letzte Nachkommastelle mit der der Erde übereinstimmen... oder?
@Physiker: "Denn die gemittelte Umlaufgeschwindigkeit/zeit eines Trojaners sollte doch bis in die letzte Nachkommastelle mit der der Erde übereinstimmen... oder? "
Nicht zwingend. Trojaner müssen nicht exakt die selbe große Halbachse wie ihr Planet haben und haben das auch i.A. nicht.
Warum hat der Mond eigendlich keinen gravitativen Einfluss auf die Bahn des Trojaners und den Lagrangepunkt?
Das System Erde-Mond hat seinerseits wieder eigene Lagrange Punkte.
Die üblichen Lagrange Punkte beziehen sich aber auf das System Sonne-Erde. Und da ist der Mond nun mal gravitativ nur ein kleiner Nebendarsteller.
Kallewirsch·
02.08.11 · 17:04 Uhr
Hmm. Nochmal drüber nachgedacht. Die Punkte dürften aber eher theoretischer Natur sein, weil da die Sonne noch ein Wörtchen mitzureden hat. Die Bahn dieser Punkte in einem geozentrischem System stell ich mir interessant vor. Gibts dazu irgendwelche Untersuchungen?@mo: "Warum hat der Mond eigendlich keinen gravitativen Einfluss auf die Bahn des Trojaners und den Lagrangepunkt? "
Hat er natürlich. Die Lagrangepunkte existieren eigentlich nur im Dreikörperproblem. Das ist nur eine Näherung an die Realität; in Wahrheit gibts ja mehr als drei Körper. Den Einfluss des Mondes auf den Trojaners auf langen Zeitskalen müsste man daher in einer komplettem N-Body-Simulation untersuchen.
Gab es nicht schon gewisse Pläne seitens der internationalen Astronomenverschwörung, einen dieser fetten Supercomputer zu besetzen und alle Rechenzeit einer Woche auf genau so ein Problem zu setzen? ^^
Florian, mit "instabil" meinte ich nicht "instabil im drei-Körper-Problem" sondern dass bei so starken Schwankungen, insbesondere starken Annäherungen auch andere Himmelskörper ein Wörtchen mitzureden haben. Mond, evtl. Mars/Venus, andere Asteroiden (evtl. gar die Hufeisen-Dinger)... Mag sein, dass ich mich täusche und die Bahn wirklich längere Zeit (>100000a) stabil ist, aber für den 80%-Laien sieht die Bahn dann doch deutlich instabiler als, sagen wir, die des Mondes aus.
gerade bei SPON gefunden: der unterschiedliche Aufbau von Vorder- und Rückseite des Mondes könnte nach Simulationen daher rühren, dass sich bei der Entstehung des Mondes ein zweiter Mond in "Trojanerstellung" gebildet hat und dann nach einigen Millionen mit dem Mond kollidiert ist, wodurch dessen noch flüssiges Magma auf der Gegenseite "herausschwappte" und er sein Material auf der (späteren?) Rückseite verteilte.
Wäre eine nette Symmetrie: Theia mit 1/3 Erdradius auf L4 der Erde, kollidiert mit dieser, wodurch zwei Monde entstehen: der kleinere mit 1/3 Radius des größeren und auf L4/L5 zu diesem.
Nun müsste nur noch beim Einschlag des Mondtrojaners ein Mond um den Mond entstanden sein mit Trojaner... ;-)
http://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/0,1518,778199,00.html