Der Meteorstrom der Geminiden im Dezember ist der zweitstärkste Sternschnuppenregen im Jahr. (Nur während der Perseiden im August kann man am Himmel oft noch mehr fallende Sternschnuppen sehen). Zum Höhepunkt des Schauspiels – in diesem Jahr (2023) ist es am Donnerstagabend so weit (14. Dezember) – können bis 150 Meteore pro Stunde beobachtet werden. Wie diese Sternschnuppen tatsächlich entstanden sind, dazu gibt es jetzt eine neue wissenschaftliche Theorie.

Basis der neuen Erkenntnisse sind Messungen der amerikanischen Raumsonde Parker Solar Probe, die eigentlich die Sonne untersucht. Auf ihrer Reise ist die Nasa-Raumsonde auch durch den Schweif der Geminiden geflogen.

Volker Bothmer, dem Sonnenphysiker Universität Göttingen. Bildrechte: Volker Bothmer

Ein heftiges Ereignis wie eine Gasexplosion oder Kollision könnte der Ursprung des Meteorstroms sein. MDR WISSEN hat dafür beim Sonnenexperten Volker Bothmer von der Universität Göttingen nachgefragt. Er hat nicht an der Studie teilgenommen, gehört aber zu den weltweit führenden Sonnenforschern und gehört zum wissenschaftlichen Team der Nasa-Raumsonde. 

Der Geminiden-Schweif, durch den die Erde auf ihrer Reise um die Sonne fliegt, stammt von dem Asteroiden (3200) Phaethon. Ein Gesteins- und Metallbrocken, der zu der Gruppe der Apollo-Asteroiden gehört. Also den erdnahen Asteroiden, die die Bahnebene der Erde kreuzen können. Aber keine Angst: In den nächsten 100 Jahren oder sogar Tausende Jahre wird wohl kein für uns gefährlicher Asteroid auf die Erde einschlagen.

Die meisten Meteoritenschauer entstehen durch Kometen. Diese bestehen aus Eis und Staub und sobald sie sich der Sonne nähern, werden sie aufgeheizt und das vorhandene Eis verdampft. Dabei wird Gas und ein kleiner Teil des Kometen freigesetzt. Durch diesen sich wiederholenden Prozess wird die Kometenbahn langsam mit Material aufgefüllt. 

Bei Phaethon dürfte dies nicht passieren, erklärt Jamey Szalay (Forscher an der Princeton University und Autor der Studie) in einer Pressemitteilung: "Wir wissen, dass Phaethon ein Asteroid ist, aber während er an der Sonne vorbeifliegt, scheint er eine Art temperaturbedingte Aktivität zu haben. Das ist bei den meisten Asteroiden nicht der Fall." 

Das Forschungsteam untersuchte die Struktur und das Verhalten der großen Staubwolke, die durch das innerste Sonnensystem wirbelt – der Zodiakalwolke. Jedes Sternensystem besitzt laut Szalay eine solche Wolke. Vermutlich ist Phaethon bei seiner Reise um die Sonne mit dieser Wolke zusammengestoßen.

Dadurch entstand eine große Anzahl an Beta-Meteoroiden, die auf bestimmte Bahnen gebündelt werden. Dieser Prozess läuft bei jedem Meteoritenstrom in jeder Staubwolke im Universum so ab. Nur das Ausmaß einer solchen Kollision unterscheidet sich, erklärte Szalay bereits im September 2021.

Die Zodiakalwolke in unserem Sonnensystem kann man etwa eine Stunde nach Sonnenuntergang erkennen, erklärt Bothmer. Unter geeigneten Voraussetzungen zeigt sich "ein schwacher Lichtschein am Horizont, dessen größte Helligkeit um die Ebenen der Ekliptik herum auftritt. Am einfachsten erkennt man die ungefähre Lage der Ekliptik als Verbindungslinie ausgehend von der untergegangenen Sonne zum Mond oder weiteren Planeten, wie der Venus. Dieser Lichtschein wird als Zodiakal-Licht bezeichnet."

Das Zodiakal-Licht wird durch die Streuung von Sonnenlicht an Staubteilchen hervorgerufen. "Die Staubteilchen sind bei der Entstehung des Sonnensystems und der Bildung der Planeten vor langer Zeit entstanden und werden vor durch von Kometen und Asteroiden abstammendem Material genährt. Je nach Geschwindigkeit und Masse bewegen sich die Teilchen nahe der Ekliptik in Bahne um die Sonne", erörtert Bothmer. 

Ein Satellit direkt vor der Sonne: Die Nasa-Raumsonde Parker Solar Probe. Bildrechte: NASA/Johns Hopkins APL

Eine Gefahr für die Erde sind die Zodiakalwolken nicht. "Ihre anziehende Wirkung ist zu gering im Vergleich zu den Planeten und Himmelskörpern wie Kometen und Asteroiden", so Bothmer. Deswegen werden sie auch keine anderen Objekte im Weltall umleiten können.

Beim Vorbeiflug von Parker Solar Probe prasselten Staubkörner der stellaren Wolken in Hochgeschwindigkeit auf die Raumsonde. Dabei erzeugten sie Plasmawolken und somit elektrische Signale, die von den Sensoren des Fields-Instruments der Sonde aufgefangen wurden. Dieses Instrument misst die magnetischen und elektrischen Felder in der Nähe der Sonne. 

Anhand dieser aufgezeichneten Daten konnte das Forschungsteam drei mögliche Entstehungsszenarien des Geminidenstroms modellieren:

•  alle Teilchen wurden am Perihel (dem sonnennächsten Punkt) von Phaethon mit einer Geschwindigkeit von null relativ zum Mutterkörper als Basismodell für eine Vergleichsbasis freigesetzt;
• alle Teilchen wurden am Perihel von Phaethon mit einer Geschwindigkeitsdispersion in der Größenordnung von einem Kilometer pro Stunde relativ zum Mutterkörper freigesetzt, um ein heftiges Entstehungsereignis zu simulieren;
• ein elementares Kometenmodell, bei dem die Teilchen während einer einzigen Umlaufbahn von Phaethon mit einer Geschwindigkeit freigesetzt werden, die umgekehrt proportional zum Abstand von Phaethon zur Sonne ist.

Das elementare Kometenmodell wurde von dem Forschungsteam ausgeschlossen, da die simulierte Umlaufbahn nicht mit der tatsächlichen Bahn der Geminiden übereinstimmt. Zudem kreist der Strom etwas außerhalb seines Mutterkörpers.

Dem Team war zuvor bereits klar, dass eine Kometen-ähnliche Aktivität von Phaethon kaum ausreichen würde, um die Geminiden aufrechtzuerhalten. Es muss also zu einem katastrophalen und heftigen Zerstörung von Körper gekommen sein. Vor gerade einmal 2.000 Jahren kam es wohl zu einer Hochgeschwindigkeits-Kollision mit einem anderen Himmelskörper oder einer Gasexplosion. Aufgrund dieser Entdeckung kann man laut Bothmer, "die Entstehung und Verteilung des Staubschweifs von Kometen und Asteroiden im Sonnensystem erklären".