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Die Tau-Herkuliden


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Sterne und Weltraum - epaper ⋅ Ausgabe 9/2022 vom 05.08.2022

METEORSTRÖME

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Bildquelle: Sterne und Weltraum, Ausgabe 9/2022

Meteore vom All aus Das am 31. Mai 2022 um 03:43 Uhr UT über fünf Minuten vom Yangwang-1-Weltraumteleskop aufgenommene Bild zeigt zahlreiche Tau-Herkuliden-Spuren. Kurioserweise erscheinen sie vom Weltraum aus parallel ? ohne Radianteneffekt. Die Erdatmosphäre sieht aus wie ein diagonal verlaufendes Band. Die Aufnahme umfasst ein Bildfeld von etwa acht Grad Breite.

Wer erinnert sich noch an den Herbst 1995? Damals sorgte ein bis dato unscheinbarer Komet für Aufsehen: Seine Helligkeit sprang unvermittelt innerhalb weniger Wochen von 12,8 auf 5,5 Magnituden (mag), und das, obwohl er zu jenem Zeitpunkt 1,5 Astronomische Einheiten (AE) von der Erde entfernt war. Teleskopbilder enthüllten den Grund für dieses unerwartete Verhalten: Der Komet war zerbrochen! Bei seinem Wiedererscheinen im Frühjahr 2006 waren die größten seiner Fragmente als separate Kometen mit Ferngläsern und Amateurfernrohren zu sehen (siehe »Ein Komet zerbricht«). Über 60 Bruchstücke hat man inzwischen nachgewiesen. Die Rede ist von 73P/Schwassmann-Wachmann 3 (SW3), der im Jahr 1930 von Friedrich Schwassmann und Arthur Wachmann in Hamburg entdeckt wurde. Fast 27 Jahre nach seinem Auseinanderbrechen gab es in diesem Jahr eine Wiederbegegnung mit den Trümmern von 1995: Sie regneten ...

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... Ende Mai 2022 als Tau-Herkuliden auf die Erde nieder – sehr zur Freude zahlreicher Beobachter. Zwar blieb der Ausbruch weit unter der Aktivität eines insgeheim erhofften Meteorsturms, doch die besondere Geschichte des Stroms machte ihn sowohl für Gelegenheitssterngucker als auch für Forschende interessant. Im Maximum zeigten sich pro Stunde rund 50 Meteore der Tau-Herkuliden. Auch in Deutschland waren Beobachter erfolgreich, wenngleich die Trümmerwolke von 1995 erst nach der Morgendämmerung auf die Erde traf.

Grundwissen zu Meteoren

Bei einem Meteor leuchten viele Gasatome in der Hochatmosphäre entlang einer Spur auf, wenn sie ein kosmisches Staubkörnchen – im All noch Meteoroid genannt – trifft (siehe »Einsamer Tau-Herkulid über Teneriffa«). Physikalisch handelt es sich um Rekombinationsleuchten, nicht etwa Wärmestrahlung durch Reibung. In jeder dunklen Nacht kann man etliche Meteore sehen. Die kleinen Leuchterscheinungen heißen Sternschnuppen und die hellen Feuerkugeln oder Boliden (siehe SuW 6/2022, S. 7). Gelegentlich kommt es zu einem auffälligen »Nachglimmen« der Meteorerscheinung (siehe »Zwei Meteore leuchten nach«).

Meteorschauer entstehen, wenn die Erde die von einem Kometen hinterlassene Staubspur kreuzt. Die Perseiden im August, die Leoniden im November oder die Geminiden im Dezember sind vielen bekannt. Sie stammen von unterschiedlichen Kometen. Ihre Namen leiten sich aus den Sternbildern ab, in denen ihr Radiant, also der scheinbare Ausstrahlungspunkt ihrer Meteore, liegt. In guten Jahren zeigen die genannten Ströme 120 bis 200 Meteore pro Stunde; ganz selten – im Fall der Leoniden – hat man auch Stürme von mehreren Tausend pro Stunde beobachtet. Die Zahlen beziehen sich dabei stets auf die zenitale stündliche Fallrate (englisch: zenithal hourly rate, ZHR). Diese meint die theoretisch unter einem sehr dunklen Himmel sichtbaren Meteore, wenn der Radiant direkt im Zenit steht. Die tatsächlich beobachtbare Rate ist stets kleiner – schon allein, weil man nicht den gesamten Himmel auf einmal überblicken kann. Auch unser Trabant hat einen Einfluss auf die sichtbaren Meteore: Bei hell leuchtendem Vollmond sieht man weniger Meteore.

Rätselhafte Tau-Herkuliden Neben den bekannten Strömen gibt es Dutzende weitere, meist unauffällig. Dazu gehören auch die Tau-Herkuliden. Kurz nach der Entdeckung von SW3 war klar, dass der Komet in seinem Perihel auch der Erde sehr nahe kommt: Im Jahr 1930 waren es drei Millionen Kilometer, die mögliche Minimaldistanz beträgt 2,1 Millionen Kilometer. Doch der für Juni 1930 – und damit knapp einen Monat nach der Entdeckung des Kometen – erhoffte Meteorstrom fiel aus, außer für einen einzelnen Beobachter: Kaname Nakamura vom Kwasan-Observatorium in Kyoto, Japan, berichtete von 59 schwachen Meteoren aus Richtung des Sterns Tau Herculi – des Radianten und Namensgebers des Stroms – innerhalb einer Stunde. Doch seine Sichtung ist fragwürdig, denn Nakamura will die sehr schwachen Meteore – die hellsten erreichten seinem Bericht zufolge gerade einmal die 4. Größe – bei einem nahen Vollmond und gleichzeitiger Zirrusbewölkung beobachtet haben. Selbst der Direktor des Observatoriums musste zugeben, dass außer Nakamura niemand die Meteore gesehen hatte.

Auch in den folgenden Jahrzehnten konnte kein einziger Meteor der Tau-Her-kuliden gesichtet werden. Das änderte sich erst am 2. Juni 2011: Damals fingen Kameras eines Meteornetzwerks in Kalifornien die ersten drei eindeutigen Strommitglieder ein. Ende Mai 2017 gelang dann die Beobachtung von immerhin fünf Tau-Herkuliden. Der Strom existierte also tatsächlich!

Seine geringen Raten sind der eine Grund, weswegen sich die Tau-Herkuliden so lange rar machen konnten. Der Orbit von SW3 ist ein weiterer. Als Komet der Jupiterfamilie liegt sein sonnenfernster Bahnpunkt nahe der Jupiterbahn. Der Riesenplanet verändert die Kometenbahn daher häufig, in den letzten 100 Jahren mindestens fünfmal: SW3 ist »dynamisch heiß«. Ändert sich die Kometenbahn, verlagert sich auch der Staubschlauch, die der Komet bei seinem Umlauf hinterlässt, und damit die Position des Radianten seiner Meteore. Dieser Effekt wird dadurch verstärkt, dass die Meteore die Erde quasi »von achtern« treffen, ihr Ra- diant also nahe am Antapex der Erdbewegung liegt. Selbst kleine Orbitvariationen der Meteoroide ergeben große Änderungen ihrer Radianten. Das machte es lange Zeit schwierig, die wenigen Meteore dem Strom zuzuordnen. Der Name Tau-Herkuliden passt schon lange nicht mehr: Der Radiant liegt heute nicht mehr in der Nähe des 3,9 mag Tau Herculi, sondern im östlichen Teil des Sternbilds Bärenhüters.

Die erfolgreichen Beobachtungen von 2011 und 2017 machten, trotz ihrer augenscheinlich geringen Raten, Hoffnung auf mehr – denn sie waren erfolgreich vorhergesagt worden. Bereits im Jahr 2001 hatten Hartwig Lüthen, Rainer Arlt und Michael Jäger auf eine mögliche Aktivität der Tau-Herkuliden in diesen Jahren aufmerksam gemacht. Der 2011er-Ausbruch stammte demnach von dem Staubschwanz (englisch: trail), die der Komet bei seinem Umlauf im Jahr 1952 zurückgelassen hatte, der 2017er Ausbruch von dem Kometenumlauf des Jahres 1941, also beides lange vor dem Zerbrechen. Mit 0,0011 beziehungsweise 0,0013 AE verfehlte die Erde die Staubschläuche überdies noch recht weit, eine geringe Aktivität war also erwartet. Doch für 2022 berechneten die Autoren eine Minimaldistanz von nur noch 0,0004 AE – das entspricht 60 000 Kilometern. Zudem sollte in diesem Jahr die Erde mit dem Staubschweif von 1995 zusammentreffen – dem Jahr des Auseinanderbrechens. Wenn dieses Ereignis besonders viel Staub freigesetzt hat, sollte diese Begegnung besonders interessant werden.

Beobachtungen vom Erdboden ...

In einer im Jahr 2008 veröffentlichen Studie kamen Shun Horii, Jun-Ichi Watanabe und Mikiya Sato zu einem ähnlichen Schluss. Die erwarteten Zeiten für das Maximum des 1995er-Stroms (04:55 Uhr UT beziehungsweise 04:59 Uhr UT am 31. Mai) bedeuteten allerdings auch, dass mitteleuropäische Beobachter von dem Ereignis, wenn überhaupt, nur den Beginn mitbekommen würden, denn um diese Zeit ist bei uns schon heller Tag. Besser positioniert war man in Amerika.

Zahlreiche Beobachterinnen und Beobachter bestätigten diese Vorhersagen nun eindrucksvoll: Das 1995er-Maximum zeigte sich, wie erwartet, am Morgen des 31. Mai gegen 05:00 Uhr UT oder 07:00 Uhr MESZ, die maximale Zenitstundenrate erreichte 50 Meteore pro Stunde.

Das entspricht in der Zahl weniger als der Hälfte einer durchschnittlichen Perseiden-Rate (siehe »Entwicklung der Fallrate«). Die meisten Tau-Herkuliden-Meteore waren zwischen +1 und +3 mag hell, Feuerkugeln gab es praktisch keine zu sehen. Dennoch zeigten sich viele Beobachter begeistert von den langsamen und oft farblich auffälligen Meteoren: Die geringe Eintrittsgeschwindigkeit ergab sich auf Grund der oben beschriebenen Schauergeometrie, also der Tatsache, dass die Meteore die Erde rückwärtig trafen. Sie lag bei 12 Kilometern pro Sekunde (km/s) – das ist die langsamste bekannte Eintrittsgeschwindigkeit aller Meteorströme. Zum Vergleich: Die Meteoroide der Leoniden treffen die Erde auf nahezu Kollisionskurs mit 72 km/s. Die geringe Geschwindigkeit der Herkulidenmeteore sorgte im Vorfeld für Zweifel, ob die Meteoroide überhaupt schnell genug seien, um sichtbare Leuchtspuren zu hinterlassen. Sie waren es! Und ihre geringe Geschwindigkeit half, die Tau-Herkuliden von zahlreichen sporadischen, aber schnelleren Meteoren zu unterscheiden. Die Farbe der helleren Meteore wurde von vielen Beobachtern als gelblich beschrieben.

Wie vorhergesagt, war die Aktivität nicht auf das unmittelbare 1995er-Maximum beschränkt, denn in den Stunden zuvor kreuzte die Erde ältere Staubströme, die der Komet bei seinen Umläufen in den Jahren 1892 und 1897 zurückgelassen hatte. Damit kamen auch Beobachter in Deutschland auf ihre Kosten: So zeichnete Peter C. Slansky in München zwischen 23:49 und 02:07 Uhr MESZ in der Nacht vom 30. auf den 31. Mai insgesamt 44 Meteore auf, darunter 27 Tau-Herkuliden. Die Strichspuren von 22 davon sind auf dem Bild (siehe »Schar von Tau-Herkuliden«) dargestellt.

... aus der Luft ...

Die besten Bedingungen hatten Meteorfans im Südwesten der USA, wo der Radiant Höhen von mehr als 80 Grad erreichte.

Von hier kamen viele Berichte zur International Meteor Organization (IMO), welche die Beobachtungen weltweit auswertet.

Einen besonders prädestinierten Aussichtsplatz hatten Wissenschaftler an Bord eines Forschungsflugzeugs (siehe »Über den Wolken«). Finanziert von der Firma Rocket Technologies International in Australien und den beteiligten Instituten, darunter der Universität Stuttgart, startete die Maschine des Typs Embraer Phenom 300 von Dallas in Texas zu einem Forschungsflug über den Bundesstaat Arizona. Der Flug führte sie über mehrere Stationen des Global Meteor Networks und weiterer bodengebundener Kameras.

Damit konnten die Flugbahnen vieler Meteore per Triangulation bestimmt werden, berichtet Stefan Löhle von der Universität Stuttgart und Mitglied des Teams: »In der großen Höhe sieht man dank der klareren, sauberen Luft extrem viel mehr Meteore. Einige der Systeme an Bord waren zum Zählen der Meteore ausgelegt, andere maßen Meteorspektren.« Aus den Spektren lassen sich Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der Meteoroiden ziehen: »So zeigt beispielsweise die Natriumspektrallinie, dass das Gestein auf seinem langen Weg durch das Sonnensystem nie sehr heiß geworden ist – sonst hätte sich nämlich das Natrium längst ausgelöst.« Die Analyse der Daten läuft zurzeit.

... und aus dem Weltraum

Einen noch besseren Blick hatte das Weltraumteleskop Yangwang-1. Das Teleskop befindet sich an Bord eines im Juni 2021 gestarteten kommerziellen Satelliten und umkreist die Erde in rund 500 Kilometer Höhe – ähnlich wie die Internationale Raumstation ISS. Yangwang-1 wird von der chinesischen Firma Origin Space betrieben und soll erdnahe Asteroiden nach möglichen Ressourcen absuchen. Ein Bild entstand am 31. Mai 2022, etwa eine Stunde vor dem Maximum im Zeitraum von nur fünf Minuten (siehe »Meteore vom All aus«, S. 24). Die parallelen Streifen sind allesamt Leuchtspuren von Tau-Herkuliden – die meisten von ihnen waren zu schwach, um auch von bodengebundenen Kameras aufgezeichnet zu werden.

Was also lehrt die erfolgreiche Sichtung des 2022-Tau-Herkuliden-Ausbruchs? »In erster Linie, dass bei einem Kometenausbruch wie dem von 73P im Jahr 1995 Staubpartikel mit höherer Geschwindigkeit ausgestoßen werden als bei normaler Kometenaktivität«, erklärt Jérémie Vaubaillon vom französischen Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides (IMCCE). Diese Frage war im Vorfeld umstritten: Wären die Teilchen mit normaler Geschwindigkeit ausgestoßen worden, hätten sie die Erde nicht rechtzeitig erreicht. In ihrer oben erwähnten Arbeit von 2008 hatten Horii und Kollegen eine Austrittsgeschwindigkeit von 26,7 Metern pro Sekunde gegen die Bewegungsrichtung des Kometen SW3 berechnet – offenbar korrekt, wie die Beobachtungen von 2022 zeigten. Tatsächlich war eine im Jahr 2005 von Vaubaillon und anderen veröffentlichte Arbeit von geringeren Geschwindigkeiten ausgegangen – und hatte damit einen Meteorausbruch für das Jahr 2022 ausgeschlossen. Erst eine Neuanalyse brachte eine Übereinstimmung mit den Arbeiten von Horii und Lüthen. Die Beobachtung von Meteorströmen kann also genutzt werden, um die Verhältnisse bei einem Kometenausbruch zu rekonstruieren, wenn auch nur in wenigen Fällen und erst Jahre später. Doch die einzige alternative Methode ist noch aufwändiger: die Insitu-Untersuchung mit Raumsonden.

Auch das weitgehende Fehlen heller Feuerkugeln passe zu den Erwartungen, so Vaubaillon: »Wir haben in der Tat keine sehr hellen Tau-Herkuliden erwartet, denn die dafür notwendige hohe Austrittsgeschwindigkeit konnte unseren Modellen zufolge nur von relativ kleinen Staubteilchen erreicht werden.« Und schließlich liefert die Untersuchung von Meteorspektren Erkenntnisse über die chemische Zusammensetzung des Meteoroidenmaterials und damit über den Ursprungskometen.

Aussichten für die Zukunft

Seine Begegnungen mit Jupiter haben die Bahn von Schwassmann-Wachmann 3 beziehungsweise seinem Trümmerfeld stetig verändert und werden dies weiter tun. Deshalb variiert der Abstand der Staubwolken und der Erde auf der Skala von Jahrzehnten – der Grund, weswegen die Tau-Herkuliden außer 2022 und (vielleicht) 1930 keine nennenswerte Aktivität gezeigt hatten.

Das wird sich fortsetzen: Modellrechnungen zeigen für die kommenden Jahre keine nahen Begegnungen mit der Erde. Erst im Jahr 2049 soll es wieder zu einem Zusammentreffen kommen: Ende April und Anfang Mai wird unser Planet mehrere Staubschläuche aus den Jahren 1897 bis 1990 kreuzen. Alle diese stammen aus der Zeit vor dem Auseinanderbrechen des Kometen, und da ihre Staubdichte geringer ist als die des 1995er-Stroms, sollte die zu erwartende Zenitstundenrate gering sein.

Vaubaillon und Kollegen gehen von einer ZHR von 5 aus: »Diese Vorhersagen beruhen auf der Himmelsmechanik und sind daher für viele Jahre im Voraus möglich – sofern der Komet nicht seinen Orbit wechselt oder einen neuen Ausbruch zeigt«, so der Astronom. Doch Hoffnung auf Überraschungen, das zeigen gerade der Komet Schwassmann-Wachmann 3 und seine Meteore, ist gestattet: »Die Erfahrung lehrt, bescheiden zu bleiben und das Unerwartete zu erwarten!«

Literaturhinweise

Horii, S. et al.: Meteor showers originated from 73P/Schwassmann-Wachmann. In: Trigo-Rodríguez, J. M., Rietmeijer, F. J. M., Llorca, J., Janches, D. (eds.) Advances in Meteoroid and Meteor Science. Springer, New York, NY, 2008

Lüthen, H. et al.: The disintegrating comet 73P/Schwassmann-Wachmann 3 and its meteors. Journal International Meteor Organization, 29, 2001

Wiegert, P. A. et al.: The τ Herculid meteor shower and comet 73P/Schwassmann-Wachmann 3. The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 361, 2005

Weblinks

Website der International Meteor Organization: www.imo.net

IMCCE-Webseite mit Infos zum Forschungsflug: www.imcce.fr/recherche/campagnesobservations/meteors/2022the

Dieser Artikel und Weblinks: www.sterne-und-weltraum.de/artikel/2038015