Sonnensystem
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| Schematische Darstellung unseres Sonnensystems - weder Abstände noch Größen sind maßstabsgetreu |
Unter einem Sonnensystem versteht man ein System aus mindestens zwei massiven Körpern, wobei mindestens ein Körper eine Sonne ist.
Man kann grundsätzlich zwei Arten unterscheiden:
- Sternensysteme: Zwei oder mehr Sterne sind gravitativ aneinander gebunden, siehe Doppelstern.
- Planetensysteme: Die Ansammlung von Körpern, die sich durch die Gravitationskraft gebunden um einen Einzelstern bewegen. Die größten dieser Körper werden als Planeten bezeichnet.
Es sind jedoch auch Mischformen möglich, bestehend aus einem Mehrfachsternsystem, bei dem entweder ein einzelner Stern oder mehrere von Planeten umkreist werden können.
Im Speziellen meint man mit dem Sonnensystem das System von Planeten und anderen Objekten um den Stern Sonne, in dem sich unser Heimatplanet (die Erde) befindet.
Unser Sonnensystem
| Abstandverhältnisse der inneren Planeten zur Sonne | |||
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| Erde/Mond | Venus | Merkur | Sonne (maßstabsgetreu) |
| Bereiche der Umlaufbahnen (Mio. km). Die senkrechten Farbbalken markieren den Spielraum zwischen dem jeweils kleinsten und größten Bahnabstand zur Sonne. | |
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Im Zentrum unseres Sonnensystems befindet sich als Zentralstern die Sonne mit etwa 1,39 Millionen Kilometern Durchmesser, in der fast 99,9 % der Gesamtmasse des Systems konzentriert sind.
Um die Sonne herum bewegen sich die Planeten (siehe auch Tabelle der Planeten). Im Allgemeinen spricht man von den neun Planeten; dem im Mittel am weitesten entfernten Planeten Pluto wird jedoch seit der Entdeckung anderer Plutinos (ähnlich große Objekte mit vergleichbaren Bahneigenschaften) der Planetenstatus mehr und mehr aberkannt. 2003 wurde ein Objekt entdeckt, das größer als Pluto ist und sich am äußersten Rand unseres Sonnensystems befindet: 2003 UB313. Sowohl die Entdecker als auch die NASA stufen das Objekt aufgrund seiner Größe als Planeten ein; dieser Status wurde jedoch von der IAU nicht anerkannt.
Weitere Mitglieder des Sonnensystems sind Millionen von Asteroiden (auch Planetoiden oder Kleinplaneten genannt) und Kometen, die vorwiegend in drei Zonen des Sonnensystems anzutreffen sind, dem Asteroidengürtel, dem Kuipergürtel und der Oortschen Wolke.
Der Sonne am nächsten befinden sich die inneren, erdähnlichen Planeten Merkur (Abstand zur Sonne 57,9×106 km, bzw. 0,39 AE), Venus (108,2×106 km, 0,72 AE), Erde (149,6×106 km, 1 AE) und Mars (227,9×106 km, 1,52 AE). Ihr Durchmesser beträgt zwischen 4878 km und 12756 km, ihre Dichte zwischen 3,95 g/cm³ und 5,52 g/cm³.
Zwischen Mars und Jupiter befindet sich der so genannte Asteroidengürtel, eine Ansammlung von Kleinplaneten (Planetoiden bzw. Asteroiden). Die meisten dieser Asteroiden sind nur wenige Kilometer groß (siehe Liste der Asteroiden) und nur wenige haben einen Durchmesser von 100 km oder mehr, Ceres ist mit ca. 960 km der größte dieser Körper. Ihre Bahnen sind teilweise stark elliptisch, einige kreuzen sogar die Merkur- (Icarus) bzw. Uranusbahn (Chiron).
Zu den äußeren Planeten zählen die Gasriesen Jupiter (778,3×106 km, 5,2 AE), Saturn (1,429×109 km, 9,53 AE) sowie die Planeten Uranus (2,875×109 km, 19,2 AE) und Neptun (4,504×109 km, 30,1 AE) mit Dichten zwischen 0,7 g/cm³ und 1,66 g/cm³ sowie Pluto (5,900×109 km, 39,5 AE).
Seit den 1990ern hat man mehr als 500 Objekte gefunden, die sich jenseits der Neptunbahn bewegen. Diese Objekte bilden den Kuipergürtel, der sich in einem Abstand von 6-7,5 Mrd. km (30-50 AE) zur Sonne befindet und ein Reservoir für die Kometen mit mittleren Umlaufperioden ist. Die Objekte dieser Zone sind wahrscheinlich nahezu unveränderte Überbleibsel aus der Entstehungsphase des Sonnensystems, man nennt sie deshalb auch Planetesimale.
Jenseits des Kuipergürtels befindet sich bis zu einem Abstand von etwa 1,5 Lichtjahren (ca. 100.000 AE) die Oortsche Wolke. Man vermutet, dass aus dieser durch Gravitationsstörungen gelegentlich vorbeiziehender Sterne Körper herausgerissen werden und als langperiodische Kometen in die inneren Bereiche des Sonnensystems gelangen. Einige dieser Kometen verbleiben dann auf stark elliptischen Bahnen in der Nähe der Sonne, andere werden von den Planeten, insbesondere von Jupiter, gestört und abgelenkt, so dass sie aus dem Sonnensystem katapultiert oder auf Planeten oder in die Sonne stürzen.
Den Rand unseres Sonnensystems bildet die Heliopause, die Grenzschicht zwischen Sonnenwind und interstellarem Medium. Man vermutet sie in einer Entfernung von ungefähr 150 AE, das dem 150fachen des Abstands Erde-Sonne oder dem 4fachen von Pluto-Sonne entspricht, der genaue Abstand ist jedoch bis heute nicht bekannt.
Die inneren Planeten sowie Jupiter und Saturn waren schon in der Antike bekannt. Sie wurden von den Römern als Götter betrachtet und sind nach diesen benannt. Uranus, Neptun und Pluto wurden zwischen 1781 und 1930 entdeckt und ebenfalls nach römischen Göttern benannt.
Im Gravitationsfeld aller Planeten bis auf Merkur und Venus befinden sich kleinere Himmelskörper, die Monde, die auch Trabanten oder Satelliten genannt werden. Sie sind bis auf den Erdmond und den Plutomond Charon wesentlich kleiner als ihr Planet.
Planetenpaare und Mondpaare sind im Sonnensystem ein charakteristisches Strukturmerkmal. Auffallend ist, dass sich die Hauptmasse aller Planeten in einem Doppelpaar (Jupiter/Saturn und Uranus/Neptun) konzentriert. Diese Doppelpaarstruktur ist ebenfalls in den Mondsystemen von Jupiter, Saturn und Uranus festzustellen. Zur Entstehung der Planetenpaare und Mondpaare gibt es mehrere theoretische Ansätze (Litzroth 1999; Willerding 2000; Hoffmann 2005), die bisher noch nicht zu befriedigenden Lösungen geführt haben.
Da astronomische Dimensionen für die meisten Menschen schwer vorstellbar sind, ist ein maßstabsgerecht verkleinertes Modell unseres Sonnensystems hilfreich, um sich die Größenverhältnisse und Distanzen der Objekte unseres Sonnensystems zu veranschaulichen.
| Datei:Ss planetenvergleich.jpg |
| Größenvergleich der Planeten mit der Sonne (NASA) |
Das Sonnensystem im Milchstraßensystem
Die Sonne mit ihren Begleitern ist wie alle Sterne Teil eines Sternsystems. Sie ist mit etwa 100 Milliarden weiteren Sternen ein Mitglied des Milchstraßensystems, der Galaxis, einer Spiralgalaxie mit einem Durchmesser von etwa 100.000 Lichtjahren. Das Sonnensystem befindet sich zwischen zwei der spiralförmigen Sternkonzentrationen, zwischen dem Perseusarm und dem Sigittariusarm, in einer lokalen Abzweigung, dem Orionarm. Es ist etwa 26.000 Lichtjahre vom galaktischen Zentrum entfernt und umkreist es mit einer Geschwindigkeit von rund 220 km/s binnen zirka 230 Millionen Jahren, einem galaktischen Jahr.
Die Entstehung des Sonnensystems
Vor etwa 4,6 Milliarden Jahren bewegte sich an Stelle unseres Sonnensystems eine ausgedehnte Materiewolke um das Zentrum der Galaxis. Die Wolke bestand zu über 99 % aus den Gasen Wasserstoff und Helium sowie einem geringen Anteil aus nur mikrometergroßen Staubteilchen (präsolare Minerale), die sich aus schwereren Elementen und Verbindungen, wie Wasser, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, anderen Kohlenstoffverbindungen, Ammoniak und Siliziumverbindungen zusammensetzten. Der Wasserstoff und der überwiegende Teil des Heliums war bereits beim Urknall entstanden. Die schwereren Elemente und Verbindungen wurden im Innern von Sternen erzeugt und bei deren Explosion freigesetzt. Teile der Materiewolke zogen sich infolge der eigenen Schwerkraft zusammen und verdichteten sich. Den Anstoß hierzu könnte die Explosion einer relativ nahen Supernova gegeben haben, deren Druckwellen durch die Wolke wanderten. Diese Verdichtungen führten zu der Bildung von vermutlich mehreren hundert oder gar tausend Sternen in einem Sternhaufen, der sich wahrscheinlich nach einigen hundert Millionen Jahren in freie Einzel- oder Doppelsterne auflöste. Im Folgenden wird die Entwicklung desjenigen Fragments der Materiewolke betrachtet, aus dem sich unser Sonnensystem bildete.
Da bei der Kontraktion der Drehimpuls erhalten bleiben muss, hat sich eine schon minimal existierende Rotation der kollabierenden Wolke erhöht, ähnlich wie eine Eiskunstläuferin durch Anlegen der Arme eine schnelle Rotation erreicht. Die dabei entstehenden, nach außen wirkenden Fliehkräfte führten dazu, dass sich die Wolke in den Außenbereichen zu einer rotierenden Scheibe ausbildete.
Fast die gesamte Materie der Wolke stürzte jedoch in das Zentrum und bildete einen Protostern, der weiter kollabierte. Im Innern dieses Gaskörpers stiegen Druck und Temperatur so weit an, bis ein Kernfusionsprozess gezündet wurde, bei dem Wasserstoffkerne zu Heliumkernen verschmelzen. Die dabei freigesetzte Energie erzeugte einen Strahlungsdruck, welcher der Gravitation entgegenwirkte und die weitere Kontraktion aufhielt. Ein stabiler Stern - unsere Sonne - war entstanden.
In der verbleibenden Akkretionsscheibe führte nach dem bisherigen Modell die Verklumpung von Staubteilchen (Koagulation) zur Bildung von Planetesimalen, den Bausteinen der Planeten. Diese kilometergroßen Gebilde besaßen genug Masse, um sich durch ihre Gravitation mit anderen Planetesimalen zu größeren Objekten zu vereinigen. Nach neueren Modellen könnten auch gravitative Instabilitäten zu sich selbst verstärkenden Massekonzentrationen und damit zur Bildung von Planetesimalen führen. Dabei verlief das Wachstum nicht gleichmäßig. Die schwersten Objekte übten die größten Gravitationskräfte aus, zogen Materie aus einem weiten Umkreis an und konnten so noch schneller wachsen. Der "Protojupiter" störte schließlich mit seinem Gravitationsfeld andere Planetesimale und beeinflusste deren Wachstum. Offensichtlich verhinderte er auch die Bildung eines größeren Körpers zwischen der Mars- und Jupiterbahn, was zur Entstehung des Asteroidengürtels führte.
Einen maßgeblichen Einfluss auf die Prozesse der Planetenentstehung hatte der Abstand der Protoplaneten zur jungen Sonne. In Sonnennähe kondensierten schwerflüchtige Elemente und Verbindungen aus, während leichtflüchtige Gase durch den kräftigen Sonnenwind weggerissen wurden. Hier entstanden die inneren Planeten, Merkur, Venus, Erde und Mars mit festen silikatischen Oberflächen. In den kälteren Außenregionen konnten die entstehenden Planeten auch die leichtflüchtigen Gase, wie Wasserstoff, Helium und Methan festhalten. Hier bildeten sich die "Gasriesen" Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun.
Ein Teil der Materie, der nicht von den Planeten eingefangen wurde, verband sich zu kleineren Objekten, den Kometen und Planetoiden. Da diese Himmelskörper seit der Frühzeit des Sonnensystems nahezu unverändert blieben, kann deren Erforschung wichtige Hinweise zu dessen Entstehungsgeschichte liefern. Ebenfalls sehr wertvolle Erkenntnisse brachte die Untersuchung von Meteoriten. Dies sind Bruchstücke von Planetoiden, die ins Schwerefeld der Erde gerieten.
Auch wenn die Grundprinzipien der Planetenentstehung bereits als weitgehend verstanden gelten, gibt es doch noch zahlreiche offene und nicht unwesentliche Fragen. Eines der Probleme ist die paradox erscheinende Verteilung des Drehimpulses auf die Sonne und die Planeten, denn der Zentralkörper enthält fast 99,9% der Masse des gesamten Systems, besitzt aber nur etwa 0,5% des Drehimpulses; der Hauptanteil daran steckt im Bahndrehimpuls ihrer Begleiter. So ist auch die Neigung der Äquatorebene der Sonne gegenüber der mittleren Bahnebene der Planeten von etwa 7° ein Rätsel. Aufgrund ihrer überaus dominierenden Masse dürfte die Sonne (anders als z.B. die Erde) durch die Wechselwirkung mit ihnen kaum ins Taumeln geraten. Möglicherweise hatte sie in ihrer Frühzeit einen Zwergstern als Begleiter oder erhielt "Besuch" von einem Nachbarstern des ursprünglichen Sternhaufens, der durch seine Anziehung die protoplanetare Scheibe um etwa 7° kippte, während die Sonne aufgrund ihrer geringen räumlichen Ausdehnung weitgehend unbeeinflusst blieb (C. H. Heller 1993, P. Kroupa 1995).
Merksatz zur Reihenfolge der neun Planeten
Von der Sonne aus gesehen:
- "Mein Vater erklärt mir jeden Samstag unsere neun Planeten."
- (Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun, Pluto)
Oder auch:
- "Mein Vater erklärt mir an jedem Samstag unsere neun Planeten."
- (unter Berücksichtigung des Asteroidengürtels)
Und selten auch:
- "Mein Vater erklärt mir jeden Samstag unsere Planeten neu."
- (Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Pluto, Neptun; aufgrund der eliptischen Umlaufbahn des Pluto ist seine Distanz zur Sonne zu bestimmten Zeiten kleiner als die des Neptun)
Siehe auch
- Tabellarische Übersicht über die Planetendaten
- Meteor
- Meteoroid
- Meteorit
- Ekliptik
- Entstehung des Mondes
- Astronomisches Objekt
Literatur
- Gürtler, J. und Dorschner, J.: Das Sonnensystem. Wissenschaftliche Schriften zur Astronomie. J. A. Barth Verlag, Leipzig - Berlin - Heidelberg (1993), ISBN 3335002814
- Heller, C. H., 1993, Encounters with protostellar disks. I - Disk tilt and the nonzero solar obliquity, ApJ 408, 337
- Kroupa, P., 1995, The dynamical properties of stellar systems in the Galactic disc, MNRAS 277, 1507 PDF bei arXiv
- Duden Schülerlexikon Astronomie (ISBN 3411714913) / in diesem Buch wird alles über die Astronomie, das Sonnensystem und die Raumfahrt beschrieben
- Litzroth, Erich: Kosmische Strukturen - Der einheitliche Aufbau des Sonnensystems und das kosmische Ordnungsprinzip. Erfurt 1999
Weblinks
- verschiedene Übersichten über das Sonnensystem:
- www.astronomia.de/sonnensy.htm,
- www.blinde-kuh.de/weltall,
- www.wissen-news.de - Das Sonnensystem (dt.),
- www.wappswelt.de/tnp/nineplanets/overview.html,
- www.solarviews.com/germ/homepage.htm
- Wissenswertes über unser Sonnensystem
- Das Planetensystem Animation (mit maßstabsgetreuer Zeitraffer und zoombaren Größenvergleich)
- Celestia freie 3D echtzeit Weltraumsimulation (OpenGL)
- ssd.jpl.nasa.gov/ Solar System Dynamics des Jet Propulsion Laboratory, z.B. mit Informationen über die neuesten Entdeckungen von Monden im Sonnensystem
- solarsystem.nasa.gov/planets/charchart.cfm The Planets: Orbits and Physical Characteristics
- Eugen Willerding: Betrachtungen zum Aufbau und zur Entstehung des Planetensystems
- Jürgen Hoffmann: Doppelpaarbildung als Regelfall in der Kosmogonie des Sonnensystems
Videos
- Real Video (Aus der Fernsehsendung Alpha Centauri):
