Hufeisenbahn

Umlaufbahnen des koorbitalen Asteroiden 2002 AA₂₉ und der Erde um die Sonne in der senkrechten Sicht auf die Ekliptik; Bild: JPL

Hufeisenumlaufbahn von 2002 AA₂₉ entlang der Erdbahn im Verlauf von 95 Jahren vom mit der Bahnbewegung der Erde mitbewegten Bezugssystem betrachtet; Bild: JPL

Die Hufeisenumlaufbahn oder der Hufeisenorbit ist eine besondere Umlaufbahn eines koorbitalen Objekts, welches zusammen mit einem zweiten (meist wesentlich größeren) Körper in derselben oder einer sehr ähnlichen Umlaufbahn um ein Zentralgestirn umläuft. Im normalen ruhenden Bezugssystem sieht die Umlaufbahn des koorbitalen Begleiters wie eine normale keplersche ellipsenförmige Umlaufbahn aus. Vom mit der Bewegung des größeren Objekts um das Zentralgestirn mitbewegten Bezugssystem aus (in dem der größere Himmelskörper zu ruhen scheint) sieht man dann nur noch die Relativbewegung des koorbitalen Begleiters. Der koorbitale Begleiter beschreibt von diesem Bezugssystem aus gesehen entlang der Umlaufbahn des größeren Körpers einen großen Bogen, den er periodisch vor und zurück schwingt. Die Form des Bogens erinnert an ein Hufeisen, daher der Name Hufeisenumlaufbahn.

Stabilität

Aufgrund ihrer sehr ähnlichen Umlaufbahnen hat das koorbitale Objekt auf der Hufeisenumlaufbahn die gleiche mittlere Umlaufdauer um das Zentralgestirn wie der größere Himmelskörper. Es befindet sich in gravitativer Wechselwirkung mit dem größeren Himmelskörper und ist aufgrund derselben mittleren Umlaufdauer in einer sogenannten 1:1-Bahnresonanz. Das bedeutet, dass derartige Umlaufbahnen nur unter bestimmten Voraussetzungen stabil sind, von denen im Normalfall die wichtigste ist, dass der koorbitale Begleiter im Verhältnis zum größeren Körper verschwindend kleine Masse hat (sogenanntes eingeschränktes Dreikörperproblem).

Übergang zu Trojanern

Der Übergang von einem Trojaner zu einer Hufeisenbahn ist fließend: Wenn der Abstand eines Trojaners zum Lagrangepunkt L₄- oder L₅ zu groß ist, dann wird er einmal auf der Umlaufbahn den dem größeren Himmelskörper entgegengesetzten Punkt überschreiten und dann in Richtung des anderen Lagrange-Punktes wandern und somit in einem großen Bogen vor und zurück schwingen.

Beispiele

Bislang sind erst wenige Objekte auf Hufeisenbahnen bekannt. Eines der bemerkenswertesten ist der Asteroid 2002 AA₂₉ (ein Objekt mit nicht einmal 100 m Durchmesser), welcher ein koorbitaler Begleiter der Erde ist. Zwei weitere interessante koorbitale Objekte auf sehr ungewöhnlichen Hufeisenbahnen sind die kleinen fast gleichgroßen Saturn-Monde Janus und Epimetheus, die auf sehr ähnlichen Umlaufbahnen den Saturn umlaufen, sich alle 4 Jahre sehr nahe kommen und ihre Umlaufbahnen tauschen.

Siehe auch

• Lagrange-Punkt
• Keplersche Gesetze
• Chaostheorie
• Trojaner (Astronomie)
• koorbitales Objekt

Weblinks

• Artikel über Hufeisenorbits (am Beispiel des ersten entdeckten koorbitalen Begleiters der Erde, dem Asteroiden (3753) Cruithne; Englisch)
• Artikel über 2002 AA₂₉, einem kleinen auf einer Hufeisenbahn mit der Erde umlaufenden Asteroiden (Englisch)
• GIF-Animationen der Bahnbewegungen der Erde und des Asteroiden 2002 AA₂₉ (Englisch)