Schneemänner im tiefen Weltall

„Schneemänner, die durch den tiefen Weltraum fliegen“ ist kein Feiertagswitz – es ist eine wörtliche Beschreibung, die aus neueren Forschungsergebnissen hervorgeht. Diese erklären, warum viele kleine Welten weit jenseits des Neptun zwei miteinander verschmolzenen Schneebällen ähneln. Am 26. Februar 2026 veröffentlichten Forscher der Michigan State University eine Simulation, die für die März-Ausgabe der Monthly Notices of the Royal Astronomical Society angenommen wurde. Sie reproduziert die ikonischen zweilappigen Formen, die bei Kuipergürtel-Objekten wie Arrokoth beobachtet werden. Das Modell, das vom MSU-Doktoranden Jackson Barnes zusammen mit Mitarbeitern des Planetary Science Institute und der MSU entwickelt wurde, zeigt, dass Kontaktdoppelobjekte auf natürliche Weise entstehen können, wenn eine Wolke aus eishaltigen Pebbles unter ihrer eigenen Schwerkraft kollabiert und die Teile sanft verschmelzen, anstatt zu zerbrechen.

Schneemänner im tiefen All: Eine neue Simulation

Die Simulation von Barnes und Kollegen bietet den ersten vollständig in sich konsistenten Nachweis, dass der gravitative Kollaps einer Pebble-Wolke ursprüngliche Kontaktdoppelobjekte hervorbringen kann – Objekte, die aus zwei Loben bestehen, die sich wie bei einem Schneemann berühren. Das Team produzierte ein kurzes Video des Durchlaufs, in dem sich mehrere kleine Körper bilden, migrieren und sich zu einem Kontaktobjekt zusammenfügen, ohne dass eine seltene, hochenergetische Kollision oder ein exotischer Prozess erforderlich wäre. Dies ist von Bedeutung, da Beobachtungen von Vorbeiflügen von Raumfahrzeugen und teleskopischen Durchmusterungen zeigen, dass ein überraschend großer Anteil kleiner Kuipergürtel-Objekte Kontaktdoppelobjekte sind; jedes tragfähige Entstehungsmodell muss diese daher häufig hervorbringen.

Frühere Computermodelle scheiterten oft daran, zwei Loben zusammenzuführen, ohne künstlich abgestimmte Kollisionen oder externe Ereignisse herbeizuführen. Barnes' Ansatz beginnt mit einer dispersen, gravitativ instabilen Pebble-Wolke und lässt die Schwerkraft sowie die dynamischen Wechselwirkungen die Arbeit verrichten. Während die Wolke schrumpft, ermöglichen langsamere Relativgeschwindigkeiten und sanfte Begegnungen den Aggregaten, zu zweilappigen Konfigurationen zu verschmelzen, die im dünn besiedelten äußeren Sonnensystem intakt bleiben.

Schneemänner im tiefen All und der Kuipergürtel

Die neue Simulation zeigt, wie solche Formen ein natürliches Ergebnis der Planetesimalbildung im Kuipergürtel sein können und nicht etwa ein seltener Zufall. Sobald zwei Loben in der Umgebung des Gürtels mit geringer Dichte Kontakt aufnehmen, sind weitere Hochgeschwindigkeitskollisionen unwahrscheinlich. Das bedeutet, dass diese zerbrechlichen Schneemannformen Milliarden von Jahren überdauern können und uns als relativ ursprüngliche Fenster in das frühe Sonnensystem dienen.

Die Physik des eisigen Klebens

Wie bleiben winzige, frostbedeckte Körner und Pebbles im Beinah-Vakuum und der Mikrogravitation des äußeren Sonnensystems aneinander haften? Die Antwort ist eine Mischung aus sanfter Dynamik und Oberflächenphysik. Wenn die Geschwindigkeiten zwischen kollidierenden Partikeln niedrig sind – Zentimeter pro Sekunde statt Kilometer –, neigen Kollisionen dazu, Energie abzuführen, sodass Aggregate kohärent bleiben, anstatt zu fragmentieren. Dieser Zustand ist während des langsamen Kollapses einer Pebble-Wolke üblich, bei dem die gegenseitige Schwerkraft die Relativgeschwindigkeiten unter Nachbarn verringert.

Auf kleinen Skalen sind kurzreichweitige Kräfte von Bedeutung. Die Van-der-Waals-Anziehung – eine schwache, universelle Kraft zwischen Molekülen – sorgt für Kohäsion, wenn die Kontaktflächen klein sind. Auch elektrostatische Aufladungen können eine Rolle spielen: Unterschiedliche Aufladungen durch Sonnenlicht oder Plasma können dazu führen, dass sich Körner je nach den Umständen anziehen oder abstoßen, was die Bildung erster Klumpen unterstützen kann. Gleichzeitig verhält sich Eis bei den kryogenen Temperaturen des Kuipergürtels anders als bei erdähnlichen Temperaturen: Oberflächen können klebriger sein, da Sintern und Frost-Rekondensation an den Kontaktpunkten die Körner im Laufe der Zeit zusammenschweißen.

Laborstudien und theoretische Arbeiten in den Planetenwissenschaften zeigen, dass eine Kombination dieser Effekte – niedrige Kollisionsgeschwindigkeiten, Van-der-Waals-Kohäsion, mögliche elektrostatische Anziehung und thermisch getriebenes Sintern – es selbst winzigen Eiskörnern ermöglicht, zu größeren Aggregaten zu verschmelzen. Diese Aggregate können dann in einem Runaway-Prozess weiter akkretieren, der in kilometergroßen Planetesimalen und, unter den von Barnes modellierten Bedingungen, in zweilappigen Kontaktdoppelobjekten gipfelt.

Von Pebbles zu Kontaktdoppelobjekten: Gravitativer Kollaps

Der zentrale Mechanismus, den das MSU-Team getestet hat, ist der gravitative Kollaps einer dichten Wolke aus eishaltigen Pebbles. In diesem Szenario führen lokale Konzentrationen von Feststoffen – meteorologische Klumpenbildung in einer protoplanetaren Scheibe oder Strömungsinstabilitäten, die Partikel konzentrieren – dazu, dass eine Unterregion so dicht wird, dass die Eigenkapitalgravitation die Tendenz der Wolke zur Zerstreuung überwindet. Während die Wolke kollabiert, bilden sich einzelne Pebble-Klumpen, die miteinander interagieren.

Entscheidend ist, dass der Kollaps dazu neigt, niedrige Relativgeschwindigkeiten zwischen benachbarten Klumpen zu erzeugen, da der Prozess kollektiv ist: Partikel fallen auf ein gemeinsames Zentrum zu, anstatt auf zufälligen Hochgeschwindigkeitsbahnen gegeneinander zu prallen. Diese sanften Begegnungen begünstigen das Anhaften und die Neukonfiguration zu Kontaktdoppelobjekten. Die MSU-Simulation zeigt, dass mehrere Ergebnisse möglich sind – einzelne Sphäroide, Binärsysteme und Kontaktdoppelobjekte – abhängig von der Anfangsdichte und dem Drehimpuls. Zweilappige Formen treten jedoch ganz natürlich innerhalb realistischer Parameterbereiche auf, was erklärt, warum teleskopische und raumsondenbasierte Beobachtungen sie in so großer Zahl finden.

Oberflächenprozesse und Frost auf Raumfahrzeugen

Dieselbe Oberflächenphysik, die Eiskörnern im Kuipergürtel hilft, zusammenzuhalten, erklärt auch, warum Frost an den Oberflächen von Raumfahrzeugen im Orbit haftet oder warum sich Frost auf Landern und Instrumenten in kalten Teilen des Sonnensystems ansammeln kann. In der Mikrogravitation gibt es keine starke nach unten gerichtete Kraft, die den Frost abscheren könnte; stattdessen halten molekulare Kräfte und langsame Rekondensation den Frost in Haftung. Elektrostatische Adhäsion kann dazu führen, dass Staub und Eiskörner an Solarmodulen und Sensoren haften bleiben, was für Missionen in staubigen oder an flüchtigen Stoffen reichen Umgebungen ein echtes technisches Problem darstellt.

Das Verständnis dieser Mechanismen ist nicht nur akademisch: Die Vorhersage, wie schnell Oberflächen sintern oder wie widerstandsfähig ein Kontakt zwischen zwei Loben unter thermischen Zyklen sein wird, beeinflusst, wie Wissenschaftler Fernbeobachtungen interpretieren und zukünftige Missionen planen. Beispielsweise müsste ein zukünftiger Lander, der auf ein zweilappiges KBO abzielt, die fragilen Kontaktregionen berücksichtigen, die im Vergleich zum Rest des Körpers schwach gebunden sein könnten.

Auswirkungen und zukünftige Beobachtungen

In Zukunft können teleskopische Durchmusterungen, die den Bestand an kleinen Kuipergürtel-Objekten erhöhen, sowie alle zukünftigen Vorbeiflug- oder Rendezvous-Missionen detaillierte Vorhersagen aus Kollapsmodellen testen: die Verteilung der Lobengrößen, Rotationszustände, Oberflächenporosität und die Häufigkeit von nahezu ursprünglichen Kontaktdoppelobjekten. Laborexperimente und verfeinerte Simulationen werden zudem die Mikrophysik – Van-der-Waals-Kräfte, Elektrostatik und Sintern – untersuchen, die das früheste Anhaften von Eiskörnern steuern. Zusammen werden diese Beweisketten unser Bild davon schärfen, wie sich die Bausteine der Planeten in den kältesten Regionen des Sonnensystems zusammengesetzt haben.

Quellen