Was sind Meteore & Sternschnuppen?

Der Volksmund sagt, man dürfe sich etwas wünschen, wenn eine Sternschnuppe über den Himmel huscht. Wie kommt es zu dieser Himmelserscheinung? Was sagt die Wissenschaft dazu und sind damit sogar Gefahren verbunden?

Bild 1: Die Sternschnuppen eines Stroms scheinen alle von einem Punkt (sog. Radiant) ausgestrahlt zu werden. Grafik R. Brodbeck.

Nicht nur die Erde und die anderen Planeten kreisen um die Sonne. Auch eine Unmenge von Sand, Staub bis Kieselstein grossen Partikel zieht im Raum zwischen den Planeten ihre Bahnen und stösst dabei auch mit der Erde zusammen. Täglich dringen in die Erdatmosphäre grosse Mengen solcher Partikel, sogenannte Meteoroide mit ein paar Zehntausend Kilometer pro Stunde Geschwindigkeit in die Erdatmosphäre ein, glühen kurz als Meteor (Sternschnuppe) auf und verdampfen. Das auf mehrere tausend Grad aufgeheizte Gas um so einen verglühenden Körper ist das, was wir als Sternschnuppe beobachten.

Woher kommen die Partikel, die Meteore verursachen?

Sporadische Meteore

Wer geduldig den möglichst dunklen Nachthimmel beobachtet, wird zu jeder Nacht- und Jahreszeit bald eine Sternschnuppe sehen können. Diese sporadischen Meteore ziehen in alle Richtungen Spuren über den Sternenhimmel.

Man kann sie als Überbleibsel der Entstehung des Sonnensystems bezeichnen. Einige Stücke sind bei der Bildung der Planeten übriggeblieben oder wurden in einer frühen Phase des Sonnensystems von einem bestehenden Planetenkörper abgesprengt. Die meisten sporadischen Meteore stammen aus dem Asteroidengürtel, zwischen Mars und Jupiter, wo sich Gesteinsbrocken von wenigen Zentimetern bis einigen hundert Kilometern Durchmesser tummeln. Werden sie von Ihrer ursprünglichen Bahn abgelenkt, können sie in Richtung des inneren Sonnensystems treiben.

 

Die Gesteinsstücke folgen einer Bahn, die durch die Schwerkraft der Sonne und der Planeten bestimmt wird. Schneidet das Gesteinsstück die Bahn der Erde wird es zum Meteor.

Bewegung der Erde durch einen Schwarm interplanetarer Partikel. Da morgens der Beobachter in Richtung der Erdbewegung liegt, treten zu dieser Tageszeit scheinbar mehr Meteore auf.

Die meisten Teile sind nur Staubkorngross und verglühen vollständig beim Eintritt in die Atmosphäre. Grössere Stücke können die heisse Reise durch die dichte Erdatmosphäre überstehen und fallen dann als Meteoriten zu Boden.

Sporadische Meteore kann man in jeder Nacht beobachten. Tagesperiodische Schwankungen des Auftretens hängen mit der Eigendrehung der Erde (Tageszeit) und der Bewegungsrichtung der Erde auf ihrer Bahn um die Sonne zusammen. Befindet sich der Beobachter in Richtung der Erdbewegung (Mitternacht bis Mittag), sieht er mehr Zusammenstösse mit Meteoroiden als bei einem Aufenthaltsort auf der abgewandten Seite (Mittag bis Mitternacht). Dies erklärt die Häufigkeit von Meteoren in den frühen Morgenstunden.

Meteore aus Meteorströmen

An bestimmten Tagen im Jahr kommt es jedoch zu verstärkter Sternschnuppentätigkeit. In solchen Nächten hat man als Beobachter den Eindruck, dass alle Sternschnuppen von einem einzigen Ausgangspunkt her kommend über den Himmel huschen. Das ist immer dann der Fall, wenn die Erde die Bahn eines Meteoroidenstroms kreuzt. Auf einer solchen Bahn sind eine Unzahl von Partikel und „Steinchen“ unterwegs. Kreuzen wir die Bahn, stossen wir mit einigen der Partikel zusammen, wie wenn wir mit dem Auto durch ein Schneegestöber fahren würden.

Bild 2. Ein Komet verteilt Partikel entlang seiner Bahn und die Erde kollidiert jährlich mit diesem Trümmerstrom (Grafik R. Brodbeck).

Die Sternschnuppen eines Stroms stammen in der Regel von einem Kometen. Diese Schweifsterne sind kilometergrosse Brocken aus Staub und leichtflüchtigen Materialien wie gefrorenes Methan, Trockeneis und Wassereis. In Sonnennähe reissen die abdampfenden Gase auch den Staub und Sand mit. Diese Partikel verteilen sich im Laufe der Zeit entlang der Kometenbahn und bilden den Meteorstrom (Bild 2). Jedoch nur wenn die Erdbahn die Kometenbahn schneidet, können die Partikel mit der Erde zusammenstossen und als Sternschnuppen verglühen.

So bewegt sich die Erde jedes Jahr um den 12. August durch die Hinterlassenschaft des Kometen Swift-Tuttle. Der entstehende Meteorschauer wird als Perseidenschauer bezeichnet. Es können bis zu 100 Meteore pro Stunde beobachtet werden. Die Dichte der aus Kometen stammenden Partikel beträgt lediglich 0.3 Gramm pro Kubikzentimeter. Dies bedeutet, dass die Teilchen eine sehr feine Struktur besitzen, die die Reise durch die Atmosphäre nur Bruchteile von Sekunden übersteht.

Bei der Fahrt durch das Schneegestöber scheinen die Schneeflocken perspektivisch aus einem Punkt herauszuströmen und rechts, links, oben und unten an uns vorbeizuziehen. Genau der gleiche geometrische Effekt lässt die Sternschnuppen eines Stroms scheinbar aus einem bestimmten Punkt am Sternenhimmel kommen. Der Astronom nennt diesen Punkt den „Radiant“.

Die folgende Grafik zeigt den Radiant des Leoniden-Meteorstromes im Sternbild Leo.

Die Erde wird vom Leoniden-Meteorstrom getroffen.
Für den Betrachter scheinen alle Meteore aus einem Punkt (Radiant) zu kommen.
(Abbildung nicht Massstabsgetreu)

Obwohl sich die Partikel parallel durch den Weltraum bewegen, macht es für uns den Eindruck als ob sie aus einem einzigen Punkt entspringen würden. Diese Wahrnehmung hängt mit der Perspektive zusammen von der aus wir die Meteore beobachten.

Da wir uns mit der Erde um die Sonne bewegen, bleibt der Radiant gegenüber den Sternbildern nicht stationär. Der exakte Punkt des Radiants hängt also mit dem Beobachtungsdatum zusammen.

Der Korridor auf dem sich die Teilchen bewegen, hat einen Durchmesser von einigen tausend Kilometern. Die Konzentration der Partikel variiert bei jedem Meteorstrom, so können die unterschiedlichen Meteor-Raten erklärt werden.

Einige der Schauer haben ein scharf definiertes Maximum, das nur wenige Stunden dauert. Andere sind über meherere Tage sehr aktiv. So können z.B. die Perseiden auch einige Tage vor und nach dem eigentlichen Maximum beobachtet werden.

Im Falle des im August aktiven Stroms liegt dieser Radiant im Sternbild Perseus. Deshalb heisst der Sternschnuppenstrom die „Perseiden“. Berühmt sind neben den Perseiden auch die Leoniden, die Mitte November scheinbar aus dem Sternbild Löwe kommen (Bild 1). In seltenen Fällen sorgt dieser Strom für wahre Sternschnuppenschauer mit Objekten im Sekundentakt. In der Regel geht es jedoch gemächlicher zu und man muss sich bei den Perseiden im August mit maximal hundert Meteoren pro Stunde begnügen.

Feuerkugeln, Boliden, Meteorite

Die Tausende von Tonnen Material, die täglich die Erde treffen, sind nur Staub. Doch gelegentlich ist auch ein Brocken dabei, der gross genug ist, um für eine spektakuläre Leuchterscheinung am Himmel zu sorgen. Solche Meteore, die blendend hell über den Himmel rasen, heissen Bolide (Feuerkugeln). In einer Höhe von hundert Kilometer beginnt das heisse Abbremsen des Steins oder Eisenstücks aus dem Weltraum durch den heftigen Aufprall der Luftmoleküle. In tieferen und damit dichteren Luftschichten wächst der Luftwiderstand erheblich. Die Luft glüht dabei grell auf. Auch die Oberfläche des Körpers schmilzt bei einer Temperatur von 2000 bis 3000 Grad.

Ist der Körper gross genug um dabei nicht zu verdampfen, wird er in Höhen von 10 bis 30 Kilometer stark abgebremst. Oft zerplatzt er dabei in mehrere Stücke. Diese Stücke fallen zu Boden, während sich die vor dem Körper komprimierte Luft als Schallwelle ablöst und unter Umständen als Donnerschlag ein paar Minuten nach dem Eintritt des Boliden zu hören ist.

Bild 3: Staubkorn eines Kometen eingefangen von der Raumsonde Stardust (Foto NASA).

In Mitteleuropa gibt es ein Netz von automatischen Stationen die solche Boliden fotografisch festhalten. Beobachten mehrere Stationen dieselbe Erscheinung, ist es möglich, die Bahn durch die Atmosphäre örtlich so genau zu bestimmen, dass man gezielt und erfolgreich nach den Überresten suchen kann. Solche am Boden gefundenen Objekte heissen Meteorite. Sie sind – abgesehen von den Mondsteinen der Apollo-Astronauten und ein paar von Raumsonden eingefangenen Staubkörnern (Bild 3) – das einzige ausserirdische Material, das in irdischen Labors analysiert werden kann. Mit solchen Analysen von Meteoriten konnte beispielsweise das Alter unseres Sonnensystems und damit auch von der Erde zu 4.55 Milliarden Jahre bestimmt werden (nicht zu verwechseln mit dem Alter des gesamten Weltalls von ca. 13.7 Milliarden Jahren).

Bild 4: Der die Erdbahn kreuzende Asteroid Itokawa mit dem Kolosseum von Rom als Grössenvergleich. Der halb so grosse Asteroid Apophis wird am 13. April 2029 die Erde in nur 30’000 km Entfernung passieren. Zum Vergleich: Der Mond ist 12x weiter entfernt (Foto und Graphik Jaxa Japan).

Erreicht die Grösse eines mit der Erde zusammenstossenden Körpers die Grösse eines Häuserblocks oder mehr (Bild 4), so ist eine lokale oder globale Katastrophe zu befürchten. Immer wieder haben Einschläge die Evolution des Lebens in eine neue Richtung gelenkt. Beispielsweise ermöglichten sie Säugetieren die Entwicklung auf Kosten der Dinosaurier.

Die Sprengkraft eines aus dem Weltraum einfallenden Körpers von nur hundert Metern Grösse ist mit den grössten je von Menschen gebauten Atombomben vergleichbar. Solche Treffer fanden nicht nur in grauer Vorzeit statt, sondern die Astronomen verfügen über Belege für mittelgrosse Einschläge in geschichtlicher Zeit, beispielsweise in Südost-Bayern vor der Zeit des römischen Reichs oder in Sibirien im Jahre 1908. Beide Male explodierte der einfallende Körper bereits in vielen Kilometern Höhe und versengte grosse Landstriche.

Die Beobachtung harmloser Sternschnuppen in einer lauen Sommernacht zeigt uns, dass wir Teil des Sonnensystems sind und die Himmelskörper da draussen die Geschichte unserer Welt immer wieder in eine neue Richtung lenken.

Sternschnuppen-Vokabular

Meteoroid
Ein Meteoroid ist ein kosmischer Kleinstkörper mit einem Durchmesser zwischen einigen Metern und weniger als 0.1 mm, der die Sonne umläuft.
Meteor
Besitzen die eintretenden Partikel Sandkorn- bis Stecknadelkopfgrösse (ca. ein Gramm), erzeugen sie einen Meteor. Sie leuchten bei mittleren geozentrischen Geschwindigkeiten von 30 bis 70 km/s zwischen 300 und 100 km Höhe, ziehen je nach Anfangsgrösse eine mehr oder weniger lange Bahn und erlöschen bereits in Höhen von etwa 80 bis 30 Kilometern wieder. Ein typischer Meteor ist in weniger als einer Sekunde verglüht. Grössere und hellere Meteore erzeugen Lichtspuren, die Hunderte von Kilometern lang sind.
Feuerball / Bolide
Die hellsten Meteore emittieren soviel Licht, dass sie Schatten werfen können. Sie werden Feuerkugeln oder Feuerbälle genannt und können auch bei Tageslicht gesehen werden. Gelegentlich werden sie von einem donnerähnlichen Geräusch begleitet, wobei es sich um einen Überschallknall handelt. Manchmal explodieren Feuerbälle auch im Fluge. Sie werden dann Bolide genannt.
Meteorit
Die meisten Meteore werden bei dem Flug durch die Atmosphäre vollständig zerstört. Dennoch gelingt es einigen bis zur Oberfläche vorzudringen. Diese werden dann als Meteoriten bezeichnet.
Radiant
Scheinbarer Ausgangspunkt von Meteoren aus einem Meteorstrom

Über den Autor Dr. Roland Brodbeck

Dr. Roland Brodbeck
Mehr über den Autor: main-verlag.de, Wikipedia

Dr. Roland Brodbeck, Jahrgang 1966, promovierte 1998 an der Eidgenössischen
Technischen Hochschule in Zürich mit einer Arbeit über Spektroskopie in
der Astrophysik.  Er arbeitete mehrere Jahre als Demonstrator an der
Volkssternwarte Urania Zürich und gab Astronomieunterricht an der
Volkshochschule Zürich. Er ist auch als freier Wissenschaftsjournalist
und Buchautor tätig.