Die Wissenschaft kennt mehr Trabanten der Erde – uns verfolgen seit Milliarden Jahren Geistermonde

In direkter Nähe der Erde bewegt sich weit mehr als nur der Mond mit durch das Sonnensystem – Schemen folgen uns auf Schritt und Tritt. (Bildquelle: Unsplash, Leandra Rieger und Braden Collum)

Auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne ist die Erde nie allein. Unentwegt folgen uns Objekte, zum einen der Mond höchstselbst, zum anderen... Geister. Denn im Zwielicht zwischen Sonne, Mond und Erde lauern Gebilde, die kaum zu erkennen, aber dennoch treue, Äonen alte Begleiter sind.

Für Jahrzehnte waren sie ein Mysterium, abgetan von den meisten Forschern als Hirngespinste eines polnischen Astronomen. Doch er sollte recht behalten, seine Hypothese gilt heute als Fakt – wenn auch als schwer zu fassender: die Geistermonde der Erde.

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Tanzende Schemen zwischen Erde und Mond

Der polnische Astronom Kazimierz Kordylewski entdeckte Anfang der 1960er-Jahre auf Teleskop-Aufnahmen diffuse Wolken, die der Erde folgen. Kollegen hielten sie vornehmlich für optische Illusionen, da auch Radaruntersuchungen dort draußen nichts bestätigen konnten.

Die nächsten Jahrzehnte ging es munter weiter: Hinweise verdichteten sich, lösten sich auf, Folgebeobachtungen gelangen oder schlugen fehl – kurzum: Die Zweifel blieben, aber das Interesse stieg. Eine zunehmende Zahl sah die Indizien für irgendetwas Ungewöhnliches, was der Erde wie ein kosmisches Phantom folgte.

Erst Jahrzehnte später, Ende der 2010er, konnten Untersuchungen und Computersimulationen die Existenz der Wolken nachweisen. Vor allem eine Studie des ungarischen Astronomen Gábor Horváth untermauerte die Forschungen von Kordylewski. Doch was genau hatte er da vor mehr als 50 Jahren erspäht?

Heutzutage kennen wir diese wahrscheinlich allzeit vorhandenen, sich aber ständig wandelnden Gebilde aus Staub als Geistermonde oder Kordylewski-Wolken. Erklärtermaßen gelten diese zerstäubten Ansammlungen aus Krumen an Materie als Minimonde.

Denn das All ist nicht leer, abseits von Strahlung unterschiedlicher Art treibt auch feinst gemahlene Materie im Sonnensystem. Normalerweise gerät sie zum Spielball des Sonnenwindes sowie der Gravitation der Planeten – es gibt jedoch Inseln der Ruhe. An den sogenannten Lagrange-Punkten kann der Staub zur Ruhe kommen.

Was sind Lagrange-Punkte?

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Bei den sogenannten Lagrange- oder Librationspunkten handelt es sich um Positionen im Weltall, auf denen sich die gravimetrische Anziehung zweier Himmelskörper gegenseitig aufhebt. Ein Objekt, das sich exakt dort befindet, bleibt quasi im Raum stehen und fällt weder zum einen noch zum anderen Planeten, Mond oder Stern. Es bewegt sich stattdessen synchron mit ihnen um ihren gemeinsamen Schwerpunkt.

Jedes Zwei-Körper-System im Universum besitzt sie – nur fallen sie unterschiedlich aus. Die uns vertrautesten sowie nützlichsten sind die von Erde/Mond und Sonne/Erde. Ihren Namen haben sie 1772 vom italienisch-französischen Mathematiker und Astronomen Joseph-Louis Lagrange erhalten.

Eine typische, schematische Verteilung von Lagrange-Punkten im Falle zweier stark unterschiedlich schwerer Körper, wie Erde/Mond oder Sonne/Erde). (Bildquelle: Wikipedia, EnEdC, Wikimedia Commons)

Sie werden mit L1 bis L5 durchnummeriert. L1/L2 sowie L3 erfordern gelegentliche Kurskorrekturen, da es zu minimalen Abweichungen kommen kann. L1/L2 sind vom kleineren Körper relativ leicht zu erreichen, weshalb sie sich im System Erde/Sonne für die Forschung hervorheben. Wir nutzen diese zum Beispiel für Observatorien, wie das James-Webb-Teleskop. Dieses steht am Lagrange-Punkt L2 von Erde und Sonne.

L4/L5 liegen in deutlich größerer Entfernung, aber in sogenannten Gravitationsmulden. Sie gelten mathematisch betrachtet als am stabilsten und widerstehen in hohem Maße äußeren Einflüssen wie der Gravitation anderer Himmelskörper. Hier brauchen Objekte keinerlei Schub, um die Position dauerhaft zu halten. Wir sprechen deshalb von dynamischer Stabilität.

Bei Drei-Körper-Systemen treten übrigens noch einmal ganz andere, weitaus komplexere und unvorhersehbare Konsequenzen auf. Eine bekannte Netflix-Serie dient uns als Anlass, euch dieses faszinierende Konzept der Mathematik vorzustellen und mit Video zu erklären:

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Die Geistermonde bilden sich bei L4 und L5. Genaugenommen handelt es sich auch nicht um statische Ansammlungen von um einen Punkt wirbelnde Wölkchen. Stattdessen scheint es so zu sein, dass sich nicht nur Aussehen, Dichte und Masseverteilung stetig ändern, sondern auch ein reger Austausch von Staubteilchen stattfindet.

Denn auf dem Weg im Schlepptau von Erde und Mond geschieht ja dennoch einiges an den Lagrange-Punkten: Gravitationseffekte vorbeiziehender Planeten, Sonnenwind oder auch kleine Asteroiden oder Kometen, die den Bereichen nahekommen. L4/L5 zeichnen sich zwar durch dynamische Stabilität aus (siehe Infokasten oben), aber sprechen wir auch von extrem leichten Einzelmassen ... eben Staubkörnern.

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Ferner existieren modellhafte Vermutungen, nach denen sich die Staubwolken auch zeitweise zerstreuen könnten. Es wäre zum Beispiel möglich, dass bei bestimmten Konstellationen der Planeten die Lagrange-Punkte doch ausreichend beeinflusst werden, um die federleichten, winzigen Partikel für einige Zeit abzutreiben oder stark auszudünnen.

Generell befinden wir uns bei dieser Geisterjagd noch immer am Anfang. Obschon sie unzweifelhaft vorhanden sind, können sich die Geistermonde meisterhaft tarnen.

Denn sie strahlen selbst kein Licht ab und reflektieren nur schwach und dann diffus streuend Photonen von Sonne, Erde und Mond (letztere sind selbst nur Reflektoren). So überlagern sich quasi die Beleuchtungen gegenseitig, was eine Beobachtung im optischen Spektrum erschwert.

Geisterjäger einer neuen Generation

Doch wo die Instrumente der 2010er endlich Erfolge zeigten, sollen modernste Teleskope wie das James Webb oder das Vera C. Rubin Observatorium ansetzen. Ihre optischen Sensoren sind die höchstentwickelten Augen ihrer Art, die die Menschheit je erschaffen hat. Wahrscheinlich können sie uns neue Antworten zu diesen geheimnisvollen, wandelbaren Phänomen im Schlepptau von Erde und Mond liefern.

Denn von Interesse für die Forschung sind sowohl die Lagrange-Punkte als auch die Staubwolken. Ähnliche Systeme und Dynamiken sind quasi allerorts im Sonnensystem oder auch um Exoplaneten zu erwarten. Zu verstehen, wie sich kleinste Stürme aus Materiekrumen hier verhalten, könnte sich eines Tages als entscheidend für die weitergehende Nutzung von planetennahen Lagrange-Punkten erweisen.

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Auch ohne Geister bleibt der Mond nicht allein

Abseits des Mondes und unseren geisterhaften Staub-Trabanten gesellen sich aber bisweilen zeitweise weitere, vergleichsweise winzige Brücken zu uns. So geraten immer mal wieder Asteroiden in das Schwerkraftfeld der Erde. Was mit ihnen passiert, hängt von Masse, Geschwindigkeit und ihrem bis dahin eingeschlagenen Kurs ab: Entweder sie …

• durchqueren es einfach nur und schießen schließlich mit leicht verändertem Kurs davon
• sie werden für einige Umrunden eingefangen und driften dann wieder davon
• sie stürzen auf die Erde und enden als Meteorit oder schlimmstenfalls ein Impaktor, wie Chicxulub, der die Dinosaurier auslöschte. Inzwischen wissen wir sogar, wo er vor rund 66 Millionen Jahren den entschiedenen Schubs erhalten haben muss, der ihn in die Erdbahn lenkte.
• sie zerbrechen, da sie quasi von der Schwerkraft der Erde auseinander gerissen werden. Dies geschah nach neuesten Erkenntnissen vor Millionen von Jahren mit einem großen Brocken, der der Erde daraufhin für lange Zeit Ringe, wie die des Saturn, schenkte.

Zweierlei steht fest: Die Geistermonde sind real, sie werden sich aber nie zu echten Monden zusammenklumpen können. Dafür reicht weder die vorhandene Masse im Staubfeld, noch würde das die buchstäblich auf Messers Schneide tänzelnde Position im Schwerkraftfeld von Erde und Mond zulassen.