Wie Neptuns Triton fast alle seine Monde zerstörte

Wenn es um die Monde unseres Sonnensystems geht, gibt es nur einen Planeten, der nicht zu unseren Erwartungen passt: Neptun. Für jeden anderen Planeten gibt es zwei Hauptwege, wie sie ihre Monde erhalten haben:

• Etweder entstanden Monde als Ergebnis eines gigantischen Einschlags, der Trümmer aufwirbelte, die entweder auf die Hauptwelt zurückfielen oder zu einem oder mehreren Satelliten zusammenwuchsen,
• oder ihre Monde sind Überbleibsel der Entstehung des Sonnensystems, die sich aus einer zirkumplanetaren Scheibe um eine Gasriesenwelt gebildet haben.

Erde und Mars haben ihre Monde wahrscheinlich durch Rieseneinschläge erhalten, ebenso wie große Kuipergürtelobjekte mit Monden wie Pluto, Haumea, Eris und Makemake. Es wird sogar spekuliert, dass Rieseneinschläge die Hauptursache dafür sind, dass irdische, felsige Welten ihre Monde bekommen.

Aber bei den Gasriesenwelten haben sich die Monde meist schon früh aus einer zirkumplanetaren Scheibe gebildet, komplett mit großen Monden, die alle in der gleichen Ebene kreisen, und einem Ringsystem, das sie begleitet. Jupiter, Saturn und Uranus passen alle in dieses Bild, aber Neptun ist ein Ausreißer. Sein einziger großer Mond, Triton, scheint ein eingefangenes Kuiper-Gürtel-Objekt zu sein und hat dabei fast das gesamte Neptun-System ausgelöscht. Hier ist, was wir heute wissen.

Wenn man sich die drei „typischen“ Gasriesenplaneten ansieht, erzählen sie alle eine ähnliche Geschichte. Jupiter hat vier große Monde: die Galilei-Satelliten Io, Europa, Ganymed und Callisto. Im Inneren von Io befinden sich vier kleine Monde; außerhalb von Callisto, etwa viermal so weit entfernt, umkreisen eine ganze Reihe kleiner, äußerer Monde den Jupiter. Die großen Monde kreisen alle in etwa der gleichen Ebene, die mit der Bahnebene des Jupiters selbst zusammenfällt.

Saturn hat nur einen riesigen Mond, Titan, besitzt aber insgesamt 7 Monde, die mindestens 10 % so groß sind wie der Erdmond: Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea, Titan und Iapetus. Außerhalb dieses letzten großen Mondes, Iapetus, gibt es keine weiteren Monde, bis man etwas mehr als dreimal so weit entfernt ist, und dann gibt es viele kleine Monde, die den Saturn umkreisen. Die Monde, die sich im Inneren von Iapetus befinden – und das sind 23 – umkreisen alle in der gleichen Ebene wie die Rotation des Saturns und sein beeindruckendes Ringsystem.

Der nächste Planet, Uranus, hat fünf große, massive Monde: Miranda, Ariel, Umbriel, Titania und Oberon. Im Inneren von Oberon gibt es insgesamt 17 Uranusmonde, und nur Miranda, deren Umlaufbahn um 4,2° gegenüber der Uranusrotation geneigt ist, ist um mehr als 1° geneigt. Jenseits von Oberon gibt es bisher neun bekannte kleine Monde, wobei der nächstgelegene etwa siebenmal so weit von Uranus entfernt ist wie Oberon.

Dann aber kommen wir zu Neptun. Die Trabanten des Neptun werden von einem massiven Mond dominiert: Triton, der derzeit der siebtgrößte Mond im Sonnensystem ist (hinter den vier Galileischen Monden des Jupiters, dem Saturnmond Titan und dem Erdmond). Im Inneren des Neptuns sehen die restlichen Trabanten normal aus: Es gibt sieben von ihnen, und während der innerste Naiad um 4,7° gegenüber Neptuns Rotation geneigt ist, sind die anderen sechs um weniger als 1° gekippt.

Aber wenn man sich Triton und darüber hinaus anschaut, sieht es nicht wie eines der anderen bekannten Mondsysteme aus.

Zunächst einmal ist die Umlaufbahn von Triton völlig falsch. Alle anderen großen Monde, die wir kennen – sowohl der Erdmond als auch alle großen, massereichen Monde von Jupiter, Saturn und Uranus – kreisen in etwa in der gleichen Ebene wie der Planet, den sie umkreisen. Außerdem kreisen sie alle in der gleichen Richtung wie die Planeten: gegen den Uhrzeigersinn, wenn man vom Nordpol der Sonne aus „nach unten“ schaut.

Aber nicht Triton.

Triton kreist in der sogenannten retrograden Richtung: Er kreist im Uhrzeigersinn um Neptun, während Neptun und alle anderen Planeten (sowie alle Monde im Inneren von Triton) in der entgegengesetzten (prograden) Richtung kreisen. Außerdem befindet sich Triton nicht einmal in der gleichen Ebene – oder in der Nähe davon – wie Neptun. Er ist um etwa 23° gegenüber der Ebene geneigt, in der Neptun um seine Achse rotiert, und dreht sich außerdem in die falsche Richtung. Das ist eine große, rote Flagge, die uns sagt, dass Triton nicht aus der gleichen zirkumplanetaren Scheibe entstanden ist, aus der sich die inneren Monde (oder die Monde der anderen Gasriesen) gebildet haben.

Eine weitere interessante Eigenschaft von Triton ist seine Dichte. Die anderen massereichen Monde des Sonnensystems weisen eine große Bandbreite an Dichten auf, fallen aber meist in einen Bereich zwischen 2,0 und 3,0 Gramm pro Kubikzentimeter: vergleichbar mit der Dichte der Erdkruste. Am oberen Ende befinden sich die innersten großen Monde des Jupiters: Io und Europa; am unteren Ende befinden sich Titan, Ganymed und Kallisto. Je weiter man sich entfernt, bis zu den Satelliten des Uranus, desto mehr nimmt die Dichte ab, bis auf etwa 1,5 Gramm pro Kubikzentimeter. Die anderen Trabanten von Neptun und Uranus bestehen größtenteils aus Wassereis, mit einer Dichte, die darauf hindeutet.

Aber dann gibt es da noch Triton.

Mit einer Dichte von etwa 2,06 Gramm pro Kubikzentimeter ist die Dichte von Triton anomal groß. Er ist mit verschiedenen Eissorten bedeckt: gefrorener Stickstoff auf einem Mantel aus Kohlendioxid (Trockeneis) und Wassereis, ähnlich der Zusammensetzung des Pluto. Allerdings muss er einen dichteren Kern aus Gestein und Metall haben, was ihm eine deutlich höhere Dichte als Pluto verleiht. Das einzige Objekt, das wir kennen, das mit Triton vergleichbar ist? Eris, das massivste Objekt des Kuipergürtels: 27% massiver als Pluto, aber irgendwie immer noch kleiner.

Schließlich ist Triton ein extremer Ausreißer, wenn man die äußeren Monde des Neptun betrachtet. Es ist zwar möglich, dass es, wie auch beim Uranus, eine riesige Menge kleinerer Monde gibt, die den äußeren Gasriesen umkreisen, und dass das Fehlen einer speziellen Mission in den letzten 30 Jahren verhindert hat, dass wir sie entdecken. Aber wenn wir uns die anderen Trabanten ansehen, die jenseits des letzten großen Trabanten eines Gasriesenplaneten existieren, beginnen sie alle irgendwo in einer 3- bis 8-fachen Entfernung vom letzten großen Mond aufzutauchen.

Aber nicht im Fall von Triton und Neptun.

Triton ist relativ nah an Neptun dran, mit einem mittleren Bahnabstand von nur 355.000 km: etwa 10 % näher an Neptun als der Mond an der Erde. Aber der nächste Mond, Nereid, ist satte 5,5 Millionen km entfernt, was einem Entfernungsverhältnis von 15,5 zu 1 entspricht. Noch schlimmer: Wenn man von Nereid aus zum nächsten Mond geht, kommt man zu Halimede, der 16,6 Millionen km entfernt ist, eine spektakulär große Entfernung. Insgesamt gibt es nur 14 bekannte Monde des Neptun, die kleinste bekannte Anzahl für einen Gasriesenplaneten.

Darüber hinaus gibt es weitere „seltsame“ Eigenschaften von Triton, die ihn von anderen Monden unterscheiden. Seine Oberfläche weist eisige Kryovulkane auf und ist damit eine von vier Welten im Sonnensystem (Erde, Venus, Io und Triton), von denen bekannt ist, dass sie aktive vulkanische Aktivität auf der Oberfläche aufweisen.

In Bezug auf die Masse macht Triton, wenn man alle Satelliten des Neptun zusammenzählt, 99,5 % der Masse von allem aus, was den Neptun umkreist: Monde, Mondeleinheiten und Ringe inbegriffen. Das ist der mit Abstand größte Anteil aller Planetensysteme, an denen mehr als ein Mond beteiligt ist.

Und farblich sieht er keinem der anderen Monde von Neptun, Uranus, Saturn oder Jupiter ähnlich. Stattdessen passt er genau zu Objekten wie Pluto und Eris: den großen Kuiper-Gürtel-Objekten. In der Tat, wenn wir sowohl die Atmosphäre als auch die Oberfläche von Triton untersuchen, hat er weit mehr mit den bekannten Kuipergürtel-Objekten gemeinsam als jeder andere Mond in unserem Sonnensystem.

Alle diese Beweise deuten auf einen faszinierenden Schluss hin: Triton hat sich nicht wie die anderen großen Monde der Gasriesen gebildet; er ist nicht aus einer zirkumplanetaren Scheibe aus der Frühphase des Sonnensystems entstanden. Stattdessen scheint es, als sei Triton ursprünglich ein Kuipergürtel-Objekt gewesen – größer und massereicher als Pluto oder Eris, der einstige König des Kuipergürtels. Nur wurde Triton vor einiger Zeit von Neptun gravitativ eingefangen, wo er diese massive Welt bis heute umkreist.

Wenn das stimmt, bedeutet das, dass Neptun sehr wahrscheinlich ein eigenes, reiches Mondsystem hatte, mit einer Reihe von massiven, großen Monden, die ihn einst umkreisten. Und dann, im Laufe von Hunderten von Millionen (oder vielleicht sogar Milliarden) von Jahren, brachten leichte, wiederholte Züge an Objekten im Kuipergürtel das größte Objekt darin in seine Hill-Sphäre: die Region seines gravitativen Einflusses. Das war der Beginn eines Prozesses, der zum Einfangen von Triton führen sollte.

Die innersten sieben (kleinen) Monde des Neptun, von Naiad bis Proteus, sind wahrscheinlich die einzigen neptunischen Monde, die von Neptuns Entstehung und der ursprünglichen zirkumplanetaren Scheibe übrig geblieben sind. Diese Monde sind alle klein, haben eine geringe Masse, umkreisen alle in der gleichen Ebene wie Neptuns Rotation und vollenden einen Umlauf um Neptun in weniger als 27 Stunden. Sie sind unglaublich nah an diesem Gasriesen.

Darüber hinaus gab es wahrscheinlich ein reiches Mondsystem, von dem wir nie erfahren werden. Das liegt daran, dass Triton, ein eingefangenes Kuiper-Gürtel-Objekt, alles andere ausräumte. Durch eine Kombination aus Gravitationswechselwirkungen, Drehimpulstransfer und Gezeitenkräften von Neptun ist Triton schließlich:

• nach innen gewandert,
• hat alle vorher existierenden äußeren Monde von Neptun verdrängt,
• und wurde in eine gezeitenverriegelte, kreisförmige Umlaufbahn um Neptun gebracht.

Mehr als jeder andere Faktor macht der Triton das Mondsystem des Neptun einzigartig unter den Welten unseres Sonnensystems, aber die Implikationen sind faszinierend.

Wenn wir alles, was wir gelernt haben, zusammensetzen, bleibt ein Bild übrig, in dem sich Sonnensysteme mit einer Reihe von Planeten um sie herum bilden: eine Mischung aus terrestrischen (felsigen) und Gasriesen (mit Wasserstoff/Helium-Hüllen) Planeten. Außerhalb des letzten Planeten, der sich bildet – der am weitesten entfernten massereichen Welt, die ihre Umlaufbahn verlassen kann – sollte eine Reihe von Eiskörpern in einem Analogon unseres Kuiper-Gürtels bestehen bleiben. Und es ist ein sehr wahrscheinliches Ereignis, vielleicht sogar unvermeidlich, dass eines der massereichsten Objekte gravitativ eingefangen wird und den größten Teil des vorher existierenden Satellitensystems um diese Welt herum auslöscht.

Neptun ist der einzige Planet in unserem Sonnensystem, dessen ursprüngliches Mondsystem auf diese Weise gestört wurde. Triton, der einstige „König des Kuipergürtels“, wurde vor langer Zeit gravitativ eingefangen und hat dabei bis auf die innersten Neptunsatelliten alle eliminiert. Existieren einige von ihnen noch als Zentauren oder langperiodische Kometen? Sind einige von Neptuns äußeren Monden Überbleibsel seiner ursprünglichen zirkumplanetaren Scheibe? Gibt es weitere Monde, die darauf warten, entdeckt zu werden? Und ist sein Mondsystem typisch für einen äußersten Planeten in exoplanetaren Systemen?

Dies sind alles offene Fragen, und die Planetenastronomen warten auf zusätzliche Daten und neue Missionen, um es genau zu wissen. In der Zwischenzeit können wir sicher sein, dass Triton das bereits existierende Satellitensystem des Neptun zerstört hat. Im chaotischen Gravitationstanz unseres Sonnensystems bleiben nur die Überlebenden, um ihre Geschichten zu erzählen.