Quaoar gehört zu den großen eisigen Welten des Kuipergürtels. Der rund 1.100 Kilometer große Himmelskörper zieht weit außerhalb der Neptunbahn seine Kreise und besitzt einen Mond namens Weywot. Doch seit 2023 wissen Astronomen, dass das System noch ungewöhnlicher ist: Quaoar wird von Ringen umgeben – und diese befinden sich ausgerechnet dort, wo sie nach der klassischen Vorstellung eigentlich nicht lange bestehen dürften.

Denn Ringteilchen, die sich weit genug von einem Himmelskörper entfernt befinden, sollten sich gegenseitig anziehen, zusammenklumpen und schließlich einen Mond bilden. Bei Quaoar ist genau das offenbar nicht geschehen. Sein äußerer Ring liegt weit außerhalb der sogenannten Roche-Grenze. Inzwischen sind sogar zwei Ringe bekannt. Neuere Beobachtungen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop bestätigen beide Strukturen und zeigen, dass das Rätsel noch komplizierter ist als zunächst angenommen.

Was ist Quaoar?

Quaoar ist ein transneptunisches Objekt im Kuipergürtel. Er wurde 2002 von Mike Brown und Chad Trujillo bei einer systematischen Suche nach großen Himmelskörpern jenseits des Neptun entdeckt. Die ersten Aufnahmen entstanden mit dem Samuel-Oschin-Teleskop des Palomar-Observatoriums. Archivbilder zeigten später, dass Quaoar schon viele Jahre zuvor fotografiert worden war, ohne damals als eigener Himmelskörper erkannt zu werden.

Seine Entdeckung war zu dieser Zeit eine kleine Sensation. Quaoar war eines der größten neu gefundenen Objekte seit Pluto und lieferte einen weiteren Hinweis darauf, dass die äußeren Regionen des Sonnensystems zahlreiche große Welten enthalten. Für einen Umlauf um die Sonne benötigt er ungefähr 288 Jahre.

Quaoar wird häufig als möglicher Zwergplanet bezeichnet. Er ist groß genug, dass seine eigene Schwerkraft ihn wahrscheinlich in eine annähernd runde beziehungsweise leicht abgeplattete Form gebracht hat. Zu den von der Internationalen Astronomischen Union ausdrücklich benannten Zwergplaneten gehört er bislang jedoch nicht.

Wie groß ist Quaoar?

Neuere Untersuchungen kommen auf einen Durchmesser von ungefähr 1.090 bis 1.100 Kilometern. Quaoar besitzt damit knapp die Hälfte des Durchmessers von Pluto.

Seine Form ist offenbar nicht vollkommen kugelförmig. Aus Sternbedeckungen und Messungen seiner Helligkeit lassen sich Hinweise auf einen leicht langgestreckten beziehungsweise abgeplatteten Körper ableiten. Eine thermophysikalische Untersuchung aus dem Jahr 2024 kam auf einen volumenäquivalenten Durchmesser von rund 1.090 Kilometern und beschrieb Quaoar am besten als dreiachsiges Ellipsoid.

Seine Oberfläche ist ausgesprochen interessant. Spektrale Beobachtungen haben kristallines Wassereis nachgewiesen. Außerdem wurden Methan, Ethan und weitere Bestandteile festgestellt. Gerade das kristalline Wassereis gab früh Rätsel auf, weil energiereiche Strahlung seine Struktur über lange Zeiträume verändern müsste. Eine mögliche Erklärung ist, dass relativ frisches Material aus tieferen Schichten an die Oberfläche gelangt ist – beispielsweise durch Einschläge oder frühere kryovulkanische Vorgänge.

Wann wurde der Ring von Quaoar entdeckt?

Die Entdeckung wurde im Februar 2023 veröffentlicht. Sie beruhte auf mehreren Sternbedeckungen zwischen 2018 und 2021.

Eine Sternbedeckung entsteht, wenn Quaoar von der Erde aus gesehen direkt vor einem weit entfernten Stern vorbeizieht. Für wenige Sekunden wird das Sternlicht vom Himmelskörper abgeschirmt. Aus dem genauen Zeitpunkt des Verschwindens und Wiederauftauchens können Astronomen Größe und Form des vorbeiziehenden Objekts bestimmen.

Bei Quaoar geschah jedoch etwas zusätzlich.

Das Sternlicht wurde kurz vor und nach der eigentlichen Bedeckung ebenfalls abgeschwächt. Mehrere Beobachtungen bestätigten, dass Material um Quaoar kreisen musste. An der Untersuchung waren zahlreiche bodengebundene Observatorien beteiligt. Eine wichtige Rolle spielte außerdem das ESA-Weltraumteleskop Cheops, das eigentlich zur Untersuchung von Exoplaneten entwickelt wurde.

Aus den Messungen ergab sich ein Ring in einer Entfernung von etwas mehr als 4.000 Kilometern vom Zentrum Quaoars.

Warum ist der Ring von Quaoar so ungewöhnlich?

Das Problem trägt einen Namen: Roche-Grenze.

Sie beschreibt vereinfacht den Abstand, innerhalb dessen die Gezeitenkräfte eines größeren Himmelskörpers verhindern können, dass umlaufendes Material durch seine eigene Schwerkraft zu einem größeren Körper zusammenwächst.

Deshalb befinden sich dichte Ringsysteme normalerweise innerhalb oder in der Nähe dieser Grenze. Ringteilchen stoßen dort ständig zusammen, können sich aber nicht ohne Weiteres zu einem Mond vereinigen.

Außerhalb der Roche-Grenze sieht die Situation anders aus. Dort sollten Eis- und Gesteinsbrocken grundsätzlich die Möglichkeit haben, sich gegenseitig anzuziehen und allmählich größere Körper zu bilden. Aus einem Ring müsste langfristig ein oder mehrere Monde entstehen.

Bei Quaoar liegt der äußere Ring jedoch rund 4.057 Kilometer vom Zentrum entfernt. Die klassische Roche-Grenze wurde bei den zugrunde gelegten Eigenschaften der Ringteilchen auf ungefähr 1.780 Kilometer geschätzt.

Der Ring befindet sich also mehr als doppelt so weit draußen.

Nach der einfachen Vorstellung dürfte er dort nicht dauerhaft als Ring existieren.

Hat Quaoar einen oder zwei Ringe?

Mittlerweile sind zwei Ringe bekannt.

Der zuerst entdeckte äußere Ring wird als Q1R bezeichnet. Sein Radius beträgt ungefähr 4.057 Kilometer. Er ist keineswegs überall gleich dicht. Manche Bereiche enthalten deutlich mehr Material als andere, sodass der Ring eher aus unterschiedlich ausgeprägten Abschnitten und dichteren Regionen besteht als aus einem vollkommen gleichmäßigen Band.

Bei einer weiteren Sternbedeckung am 9. August 2022 fanden Astronomen zusätzliche Abschwächungen des Sternlichts. Diese ließen sich mit einem zweiten, weiter innen gelegenen Ring erklären.

Dieser Ring erhielt die Bezeichnung Q2R. Er befindet sich in ungefähr 2.520 Kilometern Entfernung vom Zentrum Quaoars und ist ebenfalls außerhalb der klassischen Roche-Grenze gelegen. Er ist wesentlich weniger dicht als Q1R.

Damit besitzt Quaoar gleich zwei bekannte Ringstrukturen an Orten, an denen sich nach dem vereinfachten klassischen Modell eigentlich Satelliten bilden könnten.

Warum verklumpt der Ring nicht zu einem Mond?

Darauf gibt es noch keine endgültige Antwort.

Eine der möglichen Erklärungen betrifft die Eigenschaften der Ringteilchen selbst. Computersimulationen zeigen, dass Zusammenstöße zwischen sehr kalten eisigen Partikeln anders ablaufen können als zunächst angenommen. Wenn die Teilchen bei Kollisionen genügend Energie wieder abgeben beziehungsweise auf bestimmte Weise voneinander abprallen, kann die Bildung größerer Klumpen erschwert werden.

Bei den extrem niedrigen Temperaturen in der Umgebung Quaoars könnten eisige Teilchen vergleichsweise elastisch miteinander kollidieren. Statt dauerhaft aneinanderzuhaften, würden sie sich immer wieder voneinander lösen.

Die Entdeckungsstudie zeigte mithilfe numerischer Simulationen, dass ein solches Verhalten dazu beitragen könnte, einen Ring auch außerhalb der klassischen Roche-Grenze zu erhalten.

Damit wäre nicht unbedingt die Roche-Grenze falsch. Vielmehr wäre die klassische Vorstellung zu einfach, wenn die konkreten physikalischen Eigenschaften des Ringmaterials nicht berücksichtigt werden.

Spielt der Mond Weywot eine Rolle?

Quaoar besitzt einen bekannten Mond namens Weywot. Er wurde einige Jahre nach Quaoar entdeckt und umkreist den Himmelskörper in wesentlich größerer Entfernung als die Ringe.

Weywot könnte trotzdem entscheidenden Einfluss auf deren Struktur haben.

Besonders auffällig ist eine sogenannte Bahnresonanz. Der äußere Ring Q1R liegt in der Nähe einer 6:1-Resonanz mit Weywot. Vereinfacht bedeutet das, dass Ringteilchen ungefähr sechs Umläufe um Quaoar absolvieren, während Weywot einmal den Zwergplaneten umkreist.

Solche Resonanzen können die Bewegung von Material über lange Zeiträume beeinflussen. Sie sind auch aus den Ringsystemen der großen Planeten bekannt.

Numerische Untersuchungen zeigen, dass die 6:1-Resonanz mit Weywot eine Rolle bei der Struktur und möglicherweise bei der Stabilisierung dichter Ringbereiche spielen könnte. Allerdings reicht die Resonanz allein bislang nicht aus, um sämtliche Eigenschaften des Systems eindeutig zu erklären.

Spielt auch die schnelle Rotation von Quaoar eine Rolle?

Auch Quaoars eigene Rotation könnte für die Ringe wichtig sein.

Der Himmelskörper benötigt je nach Interpretation seiner Helligkeitskurve ungefähr 17,7 Stunden für eine vollständige Rotation. Wird stattdessen eine einzelne Helligkeitsperiode betrachtet, ergibt sich etwa die Hälfte dieses Wertes. Modelle sprechen jedoch für eine doppelte Periode und einen nicht vollkommen kugelförmigen Körper.

Schon bei der Entdeckung des ersten Rings fiel auf, dass sich Q1R in der Nähe einer Beziehung zwischen Ringumlauf und Rotation Quaoars befindet. Ähnliche Zusammenhänge wurden bei den Ringsystemen von Chariklo und Haumea beobachtet.

Das könnte darauf hindeuten, dass Resonanzen zwischen Rotation und Ringteilchen bei kleinen Himmelskörpern generell wichtiger sind als bislang angenommen.

Was hat das James-Webb-Weltraumteleskop entdeckt?

2025 wurde eine Sternbedeckung von Quaoar mit der NIRCam des James-Webb-Weltraumteleskops ausgewertet. Die Beobachtungen bestätigten beide bekannten Ringe.

Besonders Q2R erwies sich dabei erneut als ungewöhnlich. Der Ring wurde nicht auf beiden Seiten Quaoars gleich deutlich registriert. Das spricht dafür, dass auch der innere Ring nicht vollkommen gleichmäßig verteilt ist.

Die Webb-Daten stützen außerdem die Möglichkeit, dass Resonanzen mit Quaoars Rotation und mit Weywot einen wichtigen Anteil an der Erhaltung und Struktur der Ringe haben.

Gleichzeitig konnten die Beobachtungen eine nennenswerte globale Methanatmosphäre um Quaoar stark begrenzen. Eine Atmosphäre mit einem Oberflächendruck von mehr als ungefähr einem Nanobar wurde ausgeschlossen.

Damit lässt sich auch die Vorstellung einschränken, dass atmosphärische Vorgänge für die Ringbildung verantwortlich sein könnten.

Gibt es möglicherweise noch einen weiteren Mond?

Das Quaoar-System könnte sogar noch komplizierter sein.

Bei einer Sternbedeckung im Juni 2025 wurde zusätzlich eine kompakte, undurchsichtige Struktur außerhalb der bekannten Ringe registriert. Eine 2026 veröffentlichte dynamische Untersuchung diskutiert zwei Möglichkeiten: Es könnte sich um einen kleinen, bislang unbekannten Mond mit einem Radius von ungefähr 15 Kilometern handeln oder um einen besonders dichten Ringbogen.

Simulationen sprechen nach dieser Untersuchung eher für einen kleinen Satelliten als für einen dauerhaft stabilen Ringbogen. Ein bestätigter neuer Mond ist das damit jedoch noch nicht. Weitere Beobachtungen sind notwendig, bevor die Natur dieser Struktur feststeht.

Sollte sich tatsächlich ein zusätzlicher kleiner Mond bestätigen, könnte er neue Hinweise darauf liefern, wie die Ringe von Quaoar entstehen und langfristig erhalten bleiben.

Wie sind die Ringe von Quaoar entstanden?

Auch ihre Entstehung ist nicht geklärt.

Ein Ring kann grundsätzlich entstehen, wenn ein kleiner Mond durch einen Zusammenstoß zertrümmert wird, wenn Material durch einen Einschlag von einem größeren Körper herausgeschleudert wird oder wenn ein Satellit durch starke Gezeitenkräfte auseinandergerissen wird.

Das klassische Szenario eines durch Gezeiten zerstörten Mondes ist bei Quaoar allerdings schwieriger anzuwenden, weil seine Ringe weit außerhalb der Roche-Grenze liegen.

Möglich wäre, dass Material durch einen Einschlag in eine Umlaufbahn um Quaoar gelangte. Ebenso könnten frühere Satelliten oder Zusammenstöße im Quaoar-System beteiligt gewesen sein.

Danach müsste jedoch erklärt werden, warum das Material bis heute keinen neuen Mond gebildet hat.

Gerade deshalb lassen sich Entstehung und heutige Stabilität der Ringe nicht vollständig voneinander trennen.

Woraus bestehen die Ringe?

Die genaue Zusammensetzung der einzelnen Ringpartikel wurde bislang nicht direkt bestimmt.

Angesichts der Umgebung und Quaoars eigener Zusammensetzung ist eisreiches Material plausibel. Die Oberfläche des Himmelskörpers enthält nachweislich kristallines Wassereis sowie kleinere Mengen anderer gefrorener Stoffe. Es wäre daher naheliegend, dass zumindest ein Teil des Ringmaterials ebenfalls Eis enthält.

Wie groß die Teilchen sind und aus welchen Anteilen von Eis, Gestein und Staub sie bestehen, ist jedoch noch nicht ausreichend bekannt.

Auch ihre ungewöhnlichen Kollisionseigenschaften hängen unmittelbar von dieser Zusammensetzung ab. Genauere Informationen über das Ringmaterial könnten deshalb entscheidend dafür sein, das Rätsel der ungewöhnlichen Ringentfernung zu lösen.

Gibt es echte Fotos vom Ring um Quaoar?

Nein. Es gibt keine Aufnahme, auf der Quaoar und seine Ringe so zu sehen wären wie Saturn auf Bildern einer Raumsonde.

Quaoar befindet sich Milliarden Kilometer entfernt und erscheint selbst mit leistungsfähigen Teleskopen nur als winziges Objekt. Die Ringe sind viel zu fein, um auf gewöhnlichen Aufnahmen direkt sichtbar zu werden.

Ihr Nachweis gelang über Sternbedeckungen. Astronomen messen dabei kleinste Veränderungen im Licht eines Hintergrundsterns.

Darstellungen, auf denen Quaoar als eisige Kugel mit deutlich sichtbaren Ringen und seinem Mond Weywot erscheint, sind deshalb künstlerische Illustrationen beziehungsweise wissenschaftliche Visualisierungen.

Eine Raumsonde hat Quaoar bislang nicht besucht.

Warum verändert Quaoar unser Verständnis von Ringsystemen?

Bis vor wenigen Jahrzehnten schienen Ringsysteme vor allem eine Eigenschaft der großen äußeren Planeten zu sein. Saturn besitzt das spektakulärste Beispiel, aber auch Jupiter, Uranus und Neptun haben Ringe.

Dann wurden Ringe um sehr viel kleinere Himmelskörper entdeckt: zunächst beim Zentauren Chariklo, später beim Zwergplaneten Haumea und schließlich bei Quaoar.

Quaoar ging jedoch noch einen Schritt weiter.

Seine Ringe zeigen, dass die Roche-Grenze allein offenbar nicht ausreicht, um zu bestimmen, wo ein dauerhaftes Ringsystem existieren kann. Teilchenkollisionen, Rotationsresonanzen, die Schwerkraft kleiner Monde und möglicherweise weitere bislang unterschätzte Effekte können ebenfalls entscheidend sein. Eine wissenschaftliche Übersicht zu Ringsystemen kleiner Körper bezeichnet Quaoar deshalb als besonders überraschenden Fall in der inzwischen wesentlich vielfältiger gewordenen Welt planetarer Ringe.

Quaoars Ring ist damit nicht einfach eine kleinere Ausgabe der Saturnringe. Er stellt eine grundlegende Frage an die Planetenforschung: Warum bleibt Material über lange Zeit als Ring erhalten, wenn es nach der klassischen Erwartung längst einen Mond gebildet haben müsste?

Noch gibt es darauf keine abschließende Antwort. Doch gerade diese unerwartete Struktur macht den fernen Himmelskörper zu einem der interessantesten Objekte des Kuipergürtels. Mehr als vier Milliarden Kilometer jenseits der vertrauten Planeten zeigt Quaoar, dass selbst eine scheinbar einfache Regel des Sonnensystems Ausnahmen besitzen kann – und dass manche dieser Ausnahmen erst sichtbar werden, wenn für wenige Sekunden das Licht eines weit entfernten Sterns erlischt.

Quellen
▪︎ B. E. Morgado et al., Nature – A dense ring of the trans-Neptunian object Quaoar outside its Roche limit
▪︎ C. L. Pereira et al. – The two rings of (50000) Quaoar
▪︎ ESA – Cheops-Beobachtungen und Entdeckung des Rings um Quaoar
▪︎ Benjamin Proudfoot et al. – JWST/NIRCam-Beobachtungen der Ringe und Sternbedeckung von Quaoar
▪︎ Leandro Esteves et al., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society – Dynamische Untersuchung der Resonanz zwischen Quaoars Ring und Weywot
▪︎ David C. Jewitt und Jane Luu, Nature – Crystalline water ice on the Kuiper belt object (50000) Quaoar
▪︎ Csaba Kiss et al. – Visible and thermal light curve und thermophysikalisches Modell von Quaoar
▪︎ Gustavo Madeira et al. – Dynamische Untersuchung der 2025 beobachteten zusätzlichen Struktur im Quaoar-System