Solar System

Warum hat die Erde keine eigenen trojanischen Asteroiden? Große Auswirkungen in den frühen Jahren des Sonnensystems könnten daran schuld sein.

Die Vorstellung eines Künstlers, wie Theia die Erde trifft. NASA/JPL-Caltech

Laut einem Team der University of Michigan unter der Leitung von Kevin Napier könnten riesige Einschläge auf unserem neu entstandenen Planeten, wie der Zusammenbruch, der zur Entstehung des Mondes führte, kleine Asteroiden aus stabilen Regionen in der Umlaufbahn der Erde um die Sonne vertrieben haben.

Es ist bekannt, dass Tausende trojanischer Asteroiden ähnliche stabile Regionen in Jupiters Umlaufbahn bevölkern – die Lagrange-Punkte L4 und L5, die sich 60° vor und hinter dem Planeten befinden, während er um die Sonne kreist. Neptun und Mars beherbergen auch eine ganze Reihe von Trojanern. Im Gegensatz dazu scheinen die Punkte L4 und L5 der Erde weitgehend leer zu sein, mit Ausnahme von zwei kleinen Objekten, die wahrscheinlich vorübergehende Bewohner sind.

Sonne-Erde-Lagrange-PunkteDieses Diagramm zeigt die Erde-Sonne-Lagrange-Punkte (nicht maßstabsgetreu). Trojaner würden in der Nähe der L4- und L5-Regionen umkreisen, obwohl ihre Umlaufbahnen von diesen genauen Punkten abweichen könnten.NASA / WMAP Science Team

Laut Napiers Kollegin Larissa Markwardt gehören Erdtrojaner „zu den am schwierigsten zu untersuchenden Objekten von der Erde“, weil sie sich aus unserer Sicht immer in der Nähe der Sonne aufhalten. Bestehende Erhebungen deuten darauf hin, dass es höchstens etwa 100 von ihnen geben könnte, die größer als ein paar hundert Meter sind. Aber die Gravitationsstabilität der L4- und L5-Regionen impliziert, dass viele „primordiale“ Trojaner seit den frühen Tagen der Erdentstehung überlebt haben sollten, als kleine Körper, die als Planetesimale bekannt sind, das Sonnensystem füllten. Wo sind sie denn alle?

Napier, Markwardt und ihre Kollegen argumentieren, dass große Kollisionen wie die zur Entstehung des Mondes verantwortlich gewesen sein könnten. Ihre numerischen Simulationen zeigen, dass „solche Kollisionen die ursprüngliche Trojanerpopulation stark stören und sie vollständig hätten eliminieren können“, schreiben die Autoren in einem Artikel, der zur Veröffentlichung im The Planetary Science Journal angenommen wurde (Vorabdruck hier verfügbar).

Wie Napier erklärt, kann eine riesige Kollision kleine Veränderungen in der Form der Erdumlaufbahn hervorrufen: sowohl ihre Gesamtgröße als auch ihre Ovalität oder Exzentrizität. „Diese Veränderungen wiederum destabilisieren die Trojaner“, sagt er. „Mehrere relativ kleine und weniger schwere Impaktoren führen auch dazu, dass die Erde die meisten, wenn nicht alle ihrer Trojaner verliert.“ Alles in allem kommen die Autoren zu dem Schluss, dass, wenn die Erde die letzten 1 % ihrer Masse durch etwa ein Dutzend größere Kollisionen erworben hätte, diese Kollisionen etwa 99 % der zuvor gebundenen Trojaner befreit hätten.

Andererseits können Trümmer einer großen Kollision auch in einem stabilen Lagrange-Punkt landen. Laut Markwardt scheint das beim Mars passiert zu sein. Die resultierende Anzahl ist jedoch viel kleiner als die erwartete Anzahl von Urobjekten.

SonnennebelPlanetesimale füllten die protoplanetare Scheibe, die hier in einer künstlerischen Konzeption gezeigt wird. Wie viele davon in Umlaufbahnen von Erdtrojanern gelandet sind, steht noch zur Debatte.NASA / JPL-Caltech / T. Pyle (SSC)

Allerdings ist sich Bill Bottke (Southwest Research Institute) nicht sicher, ob es jemals eine große Urpopulation von Erdtrojanern gegeben hat. Er glaubt, dass wachsende Protoplaneten übrig gebliebene Planetesimale in exzentrische und geneigte Umlaufbahnen gebracht haben könnten; wenige, wenn überhaupt, wären in den Regionen L4 und L5 geblieben.

„Mir ist nicht klar, dass das Fehlen von Erdtrojanern per se ein eigentliches ‚Problem‘ ist“, sagt Bottke. „Um zu beweisen, dass ihr Modell erklärt, warum Erdtrojaner fehlen, [the authors] müssen wahrscheinlich Ergebnisse einer Simulation der Bildung terrestrischer Planeten zeigen, die die Erde vor dem Mondbildungsereignis mit Trojanern verlässt.“

Eine gründlichere Untersuchung der L4- und L5-Punkte der Erde könnte weitere kleine Mitglieder der verbleibenden Trojanerpopulation unseres Planeten aufdecken, was uns sicherlich mehr über seine Entwicklung verraten würde. Markwardt freut sich besonders auf den Mittelinfrarot-NAO-Surveyor der NASA, dessen Start für 2026 geplant ist. „Das ist meine beste Wahl“, sagt sie.


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