Astronomieseiten von Dr. Rainer Haas
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Das Sonnensystem - Eine Übersicht
Rainer Haas
Das Sonnensystem bildete sich vor ca. 4,6 Milliarden Jahren, als eine rotierende Wolke aus Gas (haupts. Wasserstoff und Helium) und Staub unter ihrer Eigengravitation kollabierte. Dabei flachte die Wolke zunächst zu einer Scheibe ab.
Solche Staub- und Gasscheiben wurden um die jungen Sterne Wega und beta Pictoris sowie um junge Sterne in den Taurus- und Orion-Sternentstehungsgebieten beobachtet.
Planeten und Asteroiden umlaufen die Sonne in einer Ebene, der sog. Ekliptik. Die Rotationsachse der Sonne steht senkrecht auf der Ekliptik, die Umlaufrichtung der Planeten und Asteroiden ist identisch mit der Rotationsrichtung der Sonne. Auch der verbliebene Staub (Zodiakallicht) befindet sich in der Ebene der Ekliptik, ein deutliches Indiz darauf, daß der Vorläufer dieser Körper eine rotierende Gas- und Staubscheibe war.
Als Zentralkörper entstand die Sonne. Als Druck und Temperatur hoch genug waren, setzte in ihrem Inneren die Fusion von Wasserstoff zu Helium ein. Dies ist die zentrale Energiequelle für das gesamte Sonnensystem. Der Wasserstoffvorrat der Sonne ist ausreichend, um eine nahezu konstante Energieerzeugung über einen Zeitraum von ca. 10 Milliarden Jahren aufrecht zu erhalten.
Aus kleineren Massekonzentrationen entstanden die Planeten, Asteroiden und Kometen. Reste der ursprünglichen Staubwolke sind in klaren mondlosen Nächten in nicht lichtkontaminierten Gegenden als Zodiakallicht zu beobachten.
Die Grenzen des Sonnensystems reichen bis an die gravitativen Wirkungssphären der nächsten Sterne in einigen Lichtjahren Entfernung.
Während die Sonne mehr als 99,9% der Gesamtmasse aller Körper des Sonnensystems in sich vereinigt, ist der größte Teil des Gesamtdrehimpulses in der präsolaren Gas- und Staubwolke verblieben und wurde auf die daraus gebildeten kleineren Körper (Planeten, Asteroiden, Kometen) übertragen.
Die nach der Sonne größten Körper des Sonnensystems sind die Planeten.
Die inneren Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars sind felsige, dichte Körper. Sie umkreisen die Sonne in einem Abstand von 58 Mill. km (Merkur) bis 228 Mill. km (Mars) in 88 Tagen bis 687 Tagen. Die inneren Planeten besitzen Durchmesser von 4.880 km (Merkur) bis 12.756 km (Erde).
Erde und Mars besitzen Monde. Die Monde des Mars (Phobos und Deimos) sind vermutlich eingefangene Asteroiden, der Erdmond ist evtl. durch Einschlag eines planetengroßen Körpers in der Frühzeit des Sonnensystems aus Material der Urerde und des einschlagenden Körpers entstanden. Die Erde ist der einzige der inneren Planeten, der heute noch eine innere Wärmequelle besitzt. Diese wird durch die Zerfallsenergie langlebiger radioaktiver Elemente in Gang gehalten.
Die äußeren Planeten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun sind wesentlich massereicher als die inneren Planeten und bestehen aus leichteren Elementen mit einem hohen Anteil an Wasserstoff und Helium. Sie umkreisen die Sonne in einem Abstand von 778 Mill. km (Jupiter) bis 4.504 Mill. km (Neptun) in 11,9 Jahren bis 164,8 Jahren. Die äußeren Planeten besitzen Durchmesser von 48.600 km (Uranus) bis 142.800 km (Jupiter).
Jupiter, Saturn und Neptun besitzen eine innere Wärmequelle, sie strahlen mehr Energie in den Weltraum ab als sie von der Sonne erhalten.
- ss.gif: Größenmaßstäbliche Darstellung der Sonne und der Planeten
Alle äußeren Planeten besitzen Monde und Ringsysteme. Die Systeme von Jupiter, Uranus und Neptun bestehen aus einigen schwachen Ringen, das eindrucksvollste Ringsystem besitzt der Planet Saturn: es besteht aus tausenden von Einzelringen. Die Ringsysteme dieser Planeten befinden sich innerhalb der sog. "Roche'schen Grenze". In diesen Zonen werden größere Körper aufgrund von Gravitationskräften zerrissen.
Die 8 äußeren Jupitermonde, der Saturnmond Phoebe, der Neptunmond Nereide und evtl. die beiden neuentdeckten Uranusmonde 1997 U1 und 1997 U2 sind eingefangene Kleinkörper aus dem Asteroidengürtel (Jupitermonde) bzw. aus dem Kuiper-Gürtel (Phoebe, Nereide, 1997 U1 und 1997 U2). Die restlichen Monde sind gleichzeitig mit den jeweiligen Planeten entstanden. Die Monde der äußeren Planeten besitzen wie diese eine geringe Dichte und einen hohen Wasseranteil.
Drei Körper des Sonnensystems sind heute noch vulkanisch aktiv: die Erde (Vulkanismus auf der Basis von flüssigem Gestein), der Jupitermond Io (Vulkanismus auf der Basis von flüssigem Schwefel und Schwefeldioxid) sowie der Neptunmond Triton (Vulkanismus auf der Basis von flüssigem Stickstoff).
Alle Planeten besitzen ein Magnetfeld. Alle Planeten außer Merkur und Pluto sowie der Saturnmond Titan besitzen Atmosphären mit einem Oberflächendruck von mehr als 2 mbar. Der Hauptbestandteil der Atmosphären von Venus und Mars ist Kohlendioxid. Der Hauptbestandteil der Erd- und Titanatmosphäre ist Stickstoff. Der hohe Sauerstoffanteil der Erdatmosphäre wird durch die Photosynthese von Pflanzen aufrecht erhalten. Die Hauptbestandteile der Atmosphären der äußeren Planeten sind Wasserstoff und Helium neben Spuren von organischen Molekülen, hauptsächlich Methan.
Der Planet Jupiter besitzt mit 318 Erdmassen mehr als zweimal soviel Masse wie alle weiteren Planeten, Asteroiden und Kometen zusammen.
Zwischen Mars und Jupiter befindet sich der sog. Asteroidengürtel. Die Gesamtzahl der beobachtbaren Asteroiden bis zur 19m wird auf 40.000 Objekte geschätzt, von mehr als 6.000 Asteroiden sind die Bahnen bekannt. Sie besitzen i.a., wie die inneren Planeten, eine hohe Dichte. Die Gesamtmasse aller Asteroiden wird auf eine halbe Erdmasse geschätzt.
Der größte Asteroid ist "1 Ceres" mit einem Durchmesser von 974 km. Asteroiden werden in verschiedene Klassen eingeteilt: 75% aller Asteroiden gehören zur sog. "C-Klasse". Sie sind dunkle, hauptsächlich aus organischem Material bestehende Körper (sog. kohlige Chondrite). Asteroiden der M- und S-Klasse enthalten viel metallisches Eisen neben Silikaten.
Der Übergang zwischen Asteroiden und Kometen ist fließend, ebenso der Übergang zwischen Asteroiden und Meteoriten. Meteorite sind Körper mit weniger als ca. 1 km Durchmesser.
Von Bedeutung sind Asteroiden und Meteorite, die die Erdbahn kreuzen: so wurden in der Vergangenheit der Erde große Massensterben von Arten durch die Folgen des Einschlags von Asteroiden mit einigen km Durchmesser ausgelöst. Bisher sind ca. 1.300 erdbahnkreuzende Asteroiden mit Durchmessern größer 900 m bekannt.
Am 9.12.1997 schlug ein großer Meteorit mit einer Masse von etwa 4 Mill. t in Grönland ein bzw. explodierte in der Atmosphäre. Beim Einschlag wurde eine Energie von 10 bis 100 Megatonnen TNT freigesetzt. Nach einer Theorie von Kräling handelte es sich bei dem Meteorit um ein Bruchstück des erdbahnkreuzenden Asteroiden "2300 Phaeton", der vermutlich ein inaktiver Komet ist. Phaeton ist die Quelle des Meteoritenschwarms der "Geminiden".
Dies ist bereits das vierte Ereignis dieser Art in den letzten 120 Jahren: 1871 löste ein in der Erdatmosphäre explodierter Meteorit im Westen der USA Waldbrände aus, bei denen 1.200 Menschen starben. 1908 explodierte ein Kometenbruchstück in der Atmosphäre über Sibirien und vernichtete 1.000 km2 Wald. In den 30er Jahren löste ein großer Meteorit im brasilianischen Dschungel Waldbrände aus, durch die viele Eingeborene ihr Leben verloren.
Der Planet Pluto und sein Mond Charon sind evtl. die größten Mitglieder des hinter Neptun beginnenden sog. "Kuiper-Gürtels". Der Kuiper-Gürtel ist der Herkunftsort der kurzperiodischen Kometen, die Umlaufzeiten bis zu 200 Jahren und Aphelentfernungen bis 9 Milliarden km von der Sonne besitzen. Seit 1995 werden zunehmend größere Mitglieder des Kuiper-Gürtels entdeckt, zur Zeit sind mehr als 30 Objekte bekannt. Der Kuiper-Gürtel geht in die sog. Oort'sche Wolke über, aus der die langperiodischen Kometen stammen. Die Oort'sche Wolke erstreckt sich bis an die Grenze des Sonnensystems in Entfernungen von einigen Lichtjahren.
Die Kometen haben sich in den äußeren Bereichen des Sonnensystems gebildet. Kometenkerne sind "schmutzige Schneebälle" und bestehen zu ca. 80% aus Wassereis, der Rest sind Staub aus Silikaten und organischen Mölekülen sowie Gas. Sie besitzen Kerndurchmesser von ca. 1 km bis ca. 100 km. Bei Annäherung an die Sonne verdampfen Teile des Kometen und können eine Koma sowie Staub- und Ionenschweife bilden. Kometen besitzen hochexzentrische Umlaufbahnen. Die Gesamtzahl aller Kometen wird auf einige Billionen Objekte geschätzt, sie besitzen eine Gesamtmasse von max. einigen Erdmassen.
Seit den 60er Jahren dieses Jahrhunderts sind alle Planeten außer Pluto, einige Kometen und einige Asteroiden von Raumsonden erkundet worden. Dabei wurde eine Fülle neuer Erkenntnisse gewonnen, die unser Bild vom Sonnensystem verändert haben.
- Bild: ss.gif: Größenmaßstäbliche Darstellung der Sonne und der Planeten
Quellen:
Hamilton, C.J. (1997): Views of the Solar System. http://bang.lanl.gov/solarsys
Arnett, B. (1997): The Nine Planets. http://seds.arizona.edu/nineplanets
National Space Science Data Center (1997): Planetary Fact Sheets. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet
National Space Science Data Center (1997): NSSDC Master Catalog Spacecraft. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/database
Kräling, W. (1997): Der Meteorit von Grönland: Splitter eines "ausgebrannten" Kometenkerns? http://www.wetterleuchten.de
Rükl, A. (1996): Bildatlas des Weltraums. Bechtermünz Verlag, Augsburg
dtv-Atlas zur Astronomie (1990). DTB-Verlag, München, 10. Auflage
Beatty, J.K.; O'Leary, B.; Chaikin, A. (1985): Die Sonne und ihre Planeten. Physik-Verlag, Weinheim
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