Das Sonnensystem

1. Das Sonnensystem

Das Sonnensystem besteht aus einer größeren Zahl von Himmelskörpern, die durch die Gravitation an unsere Sonne als Zentralgestirn gebunden sind. Die Hauptkörper dieses Systems sind neben der Sonne die neun Planeten, die ihrerseits wieder, außer Merkur und Venus, von kleineren Himmelskörpern, ihren Monden umkreist werden. Ferner bewegt sich in der Hauptsache zwischen Mars- und Jupiterbahn eine größere Zahl sogenannter Planetoiden (Asteroiden). Eine weitere Gruppe von Körpern des Sonnensystems bilden die Kometen, die Meteore und die aus Staubteilchen, Ionen und freien Elektronen bestehende interplanetare Materie.

Begriffe: - Planeten: kugelförmige Himmelskörper, die sich um die Sonne bewegen, und deren Licht reflektieren

- Sterne : selbstleuchtende Gaskugeln großer Masse und hoher Temperatur

- Monde : meist kugelförmige Himmelskörper, die einen Planeten umlaufen u. das Licht der Sonne reflektieren

Die wahre Bewegung der Planeten

Was bewegt sich?

Um 1500 - Copernicus Die Erde und die anderen neun Planeten bewegen sich um die Sonne
(heliozentrisches Weltbild)

Wie bewegen sich die Planeten?

Um 1600 Kepler Drei Planatengesetze

Warum bewegen sich die Planeten?

Um 1700 - Isaac Newton: Gravitationsgesetz

Größenverhältnisse und Massenverhältinsse

r_Erde : r_Jupi = 1 : 10

r_Erde : r_Sonne = 1 : 100

m_Erde : m_Jupi = 1 : 318

m_Erde : m_Sonne = 1 : 330.000

Die Sonnenmasse ist etwa 700 mal so groß, wie alle Planetenmassen zusammen. Sie macht 99,857 % der Masse des gesamten Planetensystems aus.

2. Die Entstehung des Sonnensystems

I solarer Urnebel: vor ca. 4,5 Mrd. Jahren

unser Planetensystem entwickelte sich wahrscheinlich gleichzeitig mit der Entstehung der Sonne

Abb.1: interstellare Staub- und Gasmassen verdichten sich, Kontraktion setzt ein

II in einer rotierenden Gas- und Staubwolke bildete sich im Zentrum ein Stern (Sonne) und in der Scheibe weitere Materieklümpchen (Embryoplaneten von 1-1000 km Durchmesser)

Abb.2: Kernfusion setzt im Zentrum ein, Rotation setzt ein

III die Kerntemperatur der Sonne ist auf 10 Mio.°C gestiegen, die massereichen werdenden Planeten ziehen fast alle sie umgebende Materie an

Abb.3: fortschreitende Materieverdichtung

IV heute: 4,6 Mrd. Jahre nach der Entstehung

Kerntemperatur 15 Mio.°C, Oberflächentemperatur: 5800°C / 9 Planeten, zurück geblieben sind Trümmer von Planetoiden, Meteoriten und Kometen

Abb.4: heutiges Sonnensystem

Zusammenstöße, Meteoriteneinschläge etc. Formten die Planeten. Zum Teil entstanden hohe Temperaturen, die die chemische und physikalische Beschaffenheit stark veränderten.

3. Die Planeten

Planeten sind kugelähnliche Himmelskörper. Sie umlaufen die Sonne in kreisähnlichen Bahnen (Ellipsen) in fast einer Ebene (Ekliptik) und reflektieren deren Licht. Die Sonne ist das Gravitationszentrum. Man unterscheidet die inneren und äußeren Planeten auf Grund ihrer Distanz zur Sonne.

Übersicht :

Abb.5: Das Sonnensystem

Scheinbare Bewegungen der äußeren Planeten

- Überholt der innere (schnellere) Planet Erde den äußeren (langsameren) Planeten, so scheint sich dieser zeitweilig entgegengesetzt zu bewegen, er ist "rückläufig". Anschließend bewegt er sich wieder in der ursprünglichen Richtung wie die Sonne, nämlich von West nach Ost, er ist wieder "rechtläufig". Durch diesen Bewegungswechsel bildet die Bahn des Planeten eine Schleife.

rechtläufig

rückläufig

Abb.9: Schleifenbewegung eines äußeren Planeten

- Sichtbarkeit: Außere Planeten können auch auf der sonnenabgewandten Seite (Nachtseite) der Erde stehen und wären dann die ganze Nacht sichtbar.

Merkur :

Abb. 10: Merkur

Wegen seiner großen Sonnennähe ist Merkur nur in der Abend- oder Morgendämmerung beobachtbar. Sein Abstand von der Erde schwankt zwischen 80 und 220 Millionen Kilometern. Seine größte scheinbare visuelle Helligkeit beträgt -0^m,2, die Rotationsperiode beträgt 58,65 Tage und seine siderische Umlaufzeit beträgt 87,97 Tage. Da der Planet keine nennenswerte Atmosphäre besitzt, herrschen große Temperaturgegensätze zwischen Tag- (585°K) und Nachtseite (150°K). Die Oberfläche besitzt erdmondähnliche Formationen.

- gehört zu den inneren (erdähnlichen) Planeten
- Abstand von der Sonne:

mittlerer Abstand: 57,9x10⁶ km
kleinster Abstand: 46   x10⁶ km
größter Abstand : 70 x10⁶ km

- Bahnneigung gegen die Ekliptik: 7,00°
- Aquatordurchmesser: 4878 km
- mittlerer Dichte: 5,43 ^g/_cm
- Fallbeschleunigung: 278 ^cm/_s
- Aquatorneigung gegen die Bahnebene: rund 2°
- Albedo: 0,096
- Merkur besitzt keinen Mond

Venus

Abb.11: Venus

Venus gehört zu den inneren (erdähnlichen) Planeten. Bezüglich Masse, Dichte und Radius ist die Venus der Erde sehr ähnlich. In den anderen physikalischen Parametern treten jedoch kaum Gemeinsamkeiten auf. Eine Besonderheit gegenüber allen anderen Planeten ist die langsame Venusrotation von 243 Erdtagen, die entgegengesetzt (retrograd) zur Bahnbewegung um die Sonne gerichtet ist. Die Länge eines Sonnentages auf der Venus entspricht 117 Erdtagen. Die Atmosphäre der Venus ist völlig anders aufgebaut, als die der Erde. Sie besteht in 24 km Höhe (Druck 17,7 bar) aus 96,4% CO₂; 3,4% N₂; 0,135% H₂O-Dampf; alle anderen Bestandteile liegen im ppm-Bereich (1 auf 1 Million): 200 ppm SO₂; 70 ppm O₂; 200 ppm He; 20 ppm Ar; 5 ppm Ne. Die Venus wird von einer Wolkenhülle umgeben, deren oberste und mit max. 14 km Dicke stärkste Schicht sich zwischen 56 und 79 km Höhe erstreckt. Die durchschnittliche Temperatur dieser Schicht betrtägt etwa -20°C; in ihr wurde ein großer Anteil von Schwefelsäurepartikeln nachgewiesen. Das Kohlendioxid, der atmosphärische Wasserdampf sowie die nachgewiesenen festen und flüssigen Schwefelpartikel bewirken die Aufheizung der Venusoberfläche (Treibhauseffekt), so daß Temperaturen bis zu 450°C erreicht werden. Der Druck am Boden beträgt um 90 bar (=9x10⁶ Pa). Die Oberfläche der Venus macht nach Radarmessungen von Bord amerikanischer Venussonden aus einen weitestgehend flachen bis hügelligen Eindruck. Auf der Nordhalbkugel wurde jedoch ein Hochplateau von 3200km Länge und 1600km Breite entdeckt, das fast 5km höher als die Umgebung ist und an dessen Rändern sich drei große Berggruppen mit bis zu 12.000m über das Grundniveau der Venus erheben. Ferner wurde ein 250km breites und mindestens 1500km langes Kluftsystem aufgefunden, in dem sich eine etwa 6,5 km tiefe und etwa 400 km lange Spalte befindet.

- Abstand von Sonne:

mittlerer Abstand: 108,2x10⁶ km
kleinster Abstand: 107,5x10⁶ km
größter Abstand : 108,9x10⁶ km

- Bahnneigung gegen die Ekliptik: 3,39°

- Aquatordurchmesser: 12.104 km

- mittlere Dichte: 5,24 ^g/_cm

- Fallbeschleunigung: 860 ^cm/_s

- Aquatorneigung gegen die Bahnebene: rund 3°

- Albedo: 0,6

- Venus besitzt keine Monde

Erde

Abb.12: Die Erde - der blaue Planet

- Abstand von der Sonne:

mittlerer Abstand: 149,6x10⁶ km
kleinster Abstand: 147   x10⁶ km
größter Abstand : 152 x10⁶ km

- Bahnneigung gegen die Ekliptik: 0°
- Aquatordurchmesser: 12.756 km
- mittlerer Dichte: 5,515 ^g/_cm
- Fallbeschleunigung: 978 ^cm/_s
- Aquatorneigung gegen die Bahnebene: rund 23°27'
- Albedo: 0,37

- die Erde besitzt 1 Mond

Mars

Abb. 13: Mars

Der Mars gehört zu den inneren (erdähnlichen) Planeten. Außer der Erde ist der Mars der einzige Planet, bei dem es möglich ist, durch seine Atmosphäre auf die feste Oberfläche zu blicken. Seine Entfernung zur Erde schwankt je nach Stellung der beiden Planeten auf ihren Bahnen zwischen rund 400 Mio km und 56 Mio km. Der Marstag ist nur wenig länger als ein Erdentag (24h37min). Die Neigung der Aquatorebene (23°59') führt wie bei der Erde zu einem Wechsel des Einfallswinkels der Sonnenstrahlen und damit zu Jahreszeiten. Messungen der amerikanischen Raumflugkörper ergaben, daß die Marsatmosphäre bis in 230 km Höhe reicht (Temperatur 200°K = -73°C). Die Marsatmosphäre besteht in Bodennähe aus Kohlendioxid (95%), Stickstoff (weniger als 0,4%), Wasserdampf (zwischen 0,01 und 0,1%, stark variabel), Kohlenmonoxid (weniger als 0,16%) und Spuren der Edelgase Krypton und Xenon. Der Atmosphärendruck an der Oberfläche des Planeten beträgt rund 8mbar. Temperaturmessungen amerikanischer Raumsonden ergaben durchschnittliche Tagestemperaturen zwischen +13°C und -53°C und Nachttemperaturen zwischen -53°C und -100°C. Die tiefste gemessene Temperatur betrug 134°K (-139°C), unmittelbar am Südpol, der zum Zeitpunkt der Messung in der lokalen Winterperiode war. Die gefundene tiefste Temperatur bedeutet, daß in der Winterperiode über dem Polgebiet atmosphärisches Kohlendioxid ausfriert und als Eis deponiert wird. Die Sommertemperatur ergab gleichzeitig 205°K (-68°C); demnach dürfte die permanente Polkappe im Sommer aus normalem Wassereis bestehen. Als charakteristische Oberflächenformen kommen neben Vulkanen und durch Meteoriteneinschlag entstandene Krater auch Sanddünenfelder, Risse, Spalten u.a. Bruchsysteme sowie 1000km lange und bis zu 250km breite flußähnliche Vertiefungen vor.

- Abstand von der Sonne:

mittlerer Abstand: 227,9x10⁶ km
kleinster Abstand: 206,7x10⁶ km
größter Abstand : 249,2x10⁶ km

- Bahnneigung gegen die Ekliptik: 1,85°
- Aquatordurchmesser: 6794 km
- mittlere Dichte: 3,93 ^g/_cm - Fallbeschleunigung: 372 ^cm/_s - Aquatorneigung gegen die Bahnebene: 23°59'
- Albedo 0,154
- Mars besitzt 2 Monde (Phobos und Deimos)

Jupiter

Abb. 14: Jupiter

Der Planet Jupiter ist der größte und massereichste Planet des Sonnensystems; er gehört zu den hellsten Objekten des Himmels. Je nach der Stellung von Jupiter und Erde ändert sich der Abstand des Planeten von der Erde zwischen588 Mio und 967 Mio km. Schon bei Betrachtung des Jupiters mit kleinen Fernrohren fällt seine starke Abplattung auf, die er infolge seiner schnellen Rotation besitzt. Jupiter rotiert in weniger als 10 h um seine Achse, die fast senkrecht auf seiner Bahnebene steht. Ferner kann man auf der Oberfläche parallel zum Planetenäquator mehrere dunkle und helle wolkenartige Streifen und den seit 1878 ständig beobachteten "Großen Roten Fleck" sehen. Jupiter übertrifft die Erde im Durchmesser um das Elffache und besitzt eine Masse von 318 Erdmassen. In der Atmosphäre konnten bisher Wasserstoff, Deuterium, Helium, Methan und Ammoniak nachgewiesen werden. Die Temperatur an der Wolkenobergrenze liegt bei -145°C (128°K). Außer einem Ring, der maximal 30 km "dick" und 8000 km breit ist und sich in einer Entfernung von etwa 128.300 km vom Planeten erstreckt, besitzt Jupiter 16 Monde, deren vier größte (von Galilei entdeckt) bereits in einem guten Feldstecher zu sehen sind.

- Abstand von der Sonne:

mittlerer Abstand: 779x10⁶ km
kleinster Abstand: 740x10⁶ km
größter Abstand : 815x10⁶ km

- Bahnneigung gegen die Ekliptik: 1,31°
- Aquatordurchmesser: 142.984 km
- mittlerer Dichte: 1,33 ^g/_cm
- Fallbeschleunigung: 2288 ^cm/_s
- Aquatorneigung gegen die Bahnebene: rund 3°04'
- Albedo: 0,52

- größte scheinbare Helligkeit: -2^m,5
- Jupiter besitzt 16 Monde

Saturn

Abb. 15: Saturn

Saturn ist der griechischen Sage nach ein alter Bauerngott. Er ist der zweitgrößte Planet in unserem Sonnensystem und gehört zu den Jupiterähnlichen. Er unterscheidet sich in seiner Größe nur wenig von Jupiter. Auch seine Atmosphäre ist der des Jupiter ähnlich und besteht v.a. aus Wasserstoff und Helium mit Beimischungen von Ammoniak und Methan; ferner beobachtet man streifige Wolkenstruktur. Ein vollständiger Umlauf um die Sonne dauert bei einem Abstand von 9,54 A.E. 29,46 Jahre. Durch seine schnelle Rotationsgeschwindigkeit (1 Umdrehung um die eigene Achse dauert 10^h40^min24^s) kommt es zu einer starken Abplattung des Globusses. In seiner Atmosphäre toben Stürme zehnmal so schnell wie bei uns auf der Erde. Die Auffälligkeit des Saturns ist sein ausgeprägtes Ringsystem. Die Auswertung der von den amerikanischen Raumsonden "Voyager 1" und "Voyager 2" beim Vorbeiflug am Saturn (November 1980 bzw. August 1981) gelieferten Daten ergab, daß Saturn ein kompliziertes, aus mehreren Einzelringen bestehendes Ringsystem besitzt. Die Einzelringe wiederum bestehen aus Eisbrocken und eisbedeckten Gesteinsbrocken. Desweiteren besitzt Saturn mindestens 21 Monde, deren größter, Titan, eine Atmosphäre besitzt, die v.a. aus Wasserstoff und Methan besteht. Die durchschnittliche Temperatur auf der Titanoberfläche liegt bei etwa -160°C (113°K).

- Abstand von der Sonne:

mittlerer Abstand: 1432x10⁶ km
kleinster Abstand: 1343x10⁶ km
größter Abstand : 1509x10⁶ km

- Bahnneigung gegen die Ekliptik: 2,49°
- Aquatordurchmesser: 120.536 km
- mittlerer Dichte: 0,70 ^g/_cm
- Fallbeschleunigung: 905 ^cm/_s
- Aquatorneigung gegen die Bahnebene: rund 26°44'
- Albedo: 0,76

- größte scheinbare Helligkeit: +0^m,7
- Saturn besitzt 21 Monde und ein ausgedehntes Ringsystem

Dichte des Saturns: 0,69 ^g/_cm (kleiner als Dichte von H₂O) - Oberflächentemperatur: -150°C