Im Sonnensystem wirkt mehr als nur die Schwerkraft

Seitdem Isaac Newton berühmt über die Schwerkraft sprach, ist ihre Dominanz als Kraft in unserem Sonnensystem bekannt. Es ist für die Umlaufbahnen der Planeten und ihrer Satelliten verantwortlich, aber es gibt noch andere Kräfte, die unsere planetarische Nachbarschaft geformt haben.

In einem neuen Artikel wird erörtert, wie das zurückstoßende Eis von Kometen diese herumschieben kann und wie der Strahlungsdruck der Sonne Material nach außen treibt. Es gibt auch relativistische Effekte, die dazu führen können, dass sich Teilchen spiralförmig nach innen in Richtung Sonne bewegen.

Die Schwerkraft ist die Kraft, die die Struktur und Bewegung des Sonnensystems bestimmt und die Himmelskörper in einem kosmischen Tanz zusammenhält. Die Sonne erzeugt mit ihrer immensen Masse die stärkste Anziehungskraft und verankert Planeten, Asteroiden, Kometen und andere Objekte in ihrer Umlaufbahn. Die Umlaufbahn jedes Planeten ergibt sich aus dem Gleichgewicht zwischen seiner Geschwindigkeit und der Gravitationskraft der Sonne, wodurch elliptische Bahnen entstehen, die durch die Bewegungsgesetze von Kepler beschrieben werden.

Ebenso bleiben Monde aufgrund der von ihrem Mutterplaneten ausgeübten Gravitationskräfte in der Umlaufbahn um ihren Mutterplaneten. Die Schwerkraft sorgt nicht nur für die Stabilität dieser Umlaufbahnen, sondern beeinflusst auch Phänomene wie die Gezeiten auf der Erde, die durch die Anziehungskraft des Mondes verursacht werden.

Der Papierverfasst von David Jewitt von der University of California und veröffentlicht in Das Planetary Science Journalerforscht andere Kräfte, die unser Sonnensystem formen. Die Schwerkraft beschreibt sicherlich die Bewegung planetarischer Massenkörper, aber es gibt auch andere Kräfte, die Kräfte auf kleinere Körper ausüben, die für ihre Auswirkungen anfällig sind.

Zu diesen Kräften gehören unter anderem Rückstoß (gemäß Newtons drittem Bewegungsgesetz, dass jede Aktion eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion hat), Drehmoment durch Massenverlust, Strahlungsdruck und mehr.

Ziel des Artikels ist es, einen einfachen, aber informativen Überblick über die verschiedenen nichtgravitativen Kräfte zu geben, die im Sonnensystem wirken. Es werden Hinweise auf relevante Anwendungen aus vorhandenen Arbeiten und Veröffentlichungen gegeben und diese so dargestellt, dass sie auch für Laien zugänglich sind.

Ein wichtiger Punkt ist, dass in der Arbeit davon ausgegangen wird, dass alle Umlaufbahnen kreisförmig sind, während reale Körper nicht perfekt kugelförmig sind und Umlaufbahnen nicht perfekt kreisförmig sind. Der Autor behauptet, dass diese Näherungen sicherstellen, dass immer noch grobe Schätzungen der Kräftegrößen erreicht werden können.

Unter den in der Arbeit betrachteten nichtgravitativen Kräften ist der Rückstoß, der durch die Sublimation von Eis auf Kometen und Asteroiden entsteht, die mit Abstand größte. Durch die Sonnenwärme verwandelt sich das Eis sofort in ein Gas, anstatt zu einer Flüssigkeit zu schmelzen: Dies ist der Sublimationsprozess.

Wenn das Eis sublimiert, übertragen die austretenden flüchtigen Gase jedoch wie eine Kugel, die eine Waffe verlässt, und in Übereinstimmung mit den Newtonschen Gesetzen einen Impuls und üben eine Rückstoßkraft auf den Körper aus. Der Sublimationsprozess hängt weitgehend von der Temperatur ab und wirkt in antisolarer Richtung.

Mit dem Erscheinen von Kometen ist eine weitere Kraft verbunden, der Strahlungsdruck, der ihre charakteristischen Schweife formt. Dabei handelt es sich um die Kraft, die Licht ausübt, wenn Photonen einen Impuls auf ein Objekt wie Kometenstaub oder -gas übertragen und es dadurch wegstoßen. Der Druck hängt von der Intensität der Strahlung und dem Reflexionsvermögen des Objekts ab, wobei stärker reflektierende Objekte einer größeren Kraft ausgesetzt sind. Obwohl er klein ist, kann der Strahlungsdruck Kometenschweife formen und die Umlaufbahnen kleiner Körper im Sonnensystem allmählich verändern.