Sonnensystem

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Größenvergleich der Planeten des Sonnensystems mit dem Sonnenrand zum Vergleich.
Planeten des Sonnensystems
Sonne
Innere Planeten 1. Merkur
2. Venus
Aten-Typ-Asteroiden
3. Erde Mond
Erdbahnkreuzer
Apollo-Typ-Asteroiden
4. Mars Phobos, Deimos
Mars-Trojaner
Amor-Typ-Asteroiden
Asteroidengürtel Ceres, Pallas, Juno, Vesta
Äußere Planeten 5. Jupiter Io, Europa, Ganymed, Kallisto
Jupiter-Trojaner
Zentauren Hidalgo
6. Saturn Tethys, Dione, Rhea, Titan, Iapetus
Zentauren Chiron
7. Uranus Miranda, Ariel, Umbriel, Titania, Oberon
Zentauren Pholus
8. Neptun Triton, Nereid
Neptun-Trojaner
Kuipergürtel Pluto, Haumea, Makemake, Eris, Orcus, Ixion, Varuna, Quaoar
Sedna
Oortsche Wolke

Das Sonnensystem (auch Solarsystem) ist ein Planetensystem mit einem zentralen Stern - der Sonne und allen natürlichen Objekten, die in ihrem Gravitationsfeld um sie kreisen. Es umfasst die Sonne, die sie umkreisenden Planeten und deren Monde, die Zwergplaneten und andere Kleinkörper wie Kometen, Asteroiden und Meteoroiden, sowie die Gesamtheit aller Gas- und Staubteilchen. 99,8% der gesamten Masse des Sonnensystems ist in der Sonne enthalten. Die restlichen 0,2% sind in den sie umkreisenden Himmelskörpern verteilt, wovon wiederum die meiste Masse Jupiter besitzt. Er beherbergt fast die zweieinhalbfache Masse der restlichen Planeten und Monde zusammengenommen.

Aufbau

Die meisten solaren Himmelskörper bewegen sich fast in einer Ebene, genannt Ekliptik. Die Ekliptik hat einen Winkel von 23,5 Grad zum Himmelsäquator und ist Mittelpunkt von Sonne und Erde. Kometen und Objekte des Kuipergürtels weisen hingegen oft eine große Neigung gegeneüber der Schiefe der Ekliptik. Alle Planeten und die meisten anderer Himmelskörper umkreisen die Sonne in einer Richtung (vom Sonnennordpol aus gesehen - gegen den Uhrzeigersinn). Es gibt aber auch Ausnahmen wie beispielsweise der Halleysche Komet.

Die Planeten des Sonnensystems werden nach inneren (Gesteinsplaneten) und äußeren (Gasriesen) Planeten unterschieden. Pluto galt seit seiner Entdeckung 1930 als neunter Planet des Sonnensystems. Dieser Status wurde ihm am 24. August 2006 von der IAU als Folge der Entdeckungen neuer Planetoide wie Eris aberkannt. Seitdem besteht das Sonnensystem offiziell aus 8 Planeten.

Der Sonnenwind - ein Strom aus geladenen Teilchen, der sich spherisch in alle Richtungen ausbreitet - bildet eine Blase im interstellaren Medium. Diese Blase wird Heliosphäre genannt. Sie erstreckt sich bis zu zu einer Entfernung von ca. 110 – 150 AE. Die hypothetische Oortsche Wolke, die als Quelle der langperiodischen Kometen dienen soll, kann sich bis zu tausendmal weiter als Heliosphäre in den Raum ausdehnen. Der gravitative Einfluss der Sonne erstreckt sich noch bis zu 1,5 Parsec (4,88 Lichtjahre) in den Weltall hinaus.

Das Sonnensystem ist Teil der Milchstraße.

Entstehung

Gemäß der in den Fachkreisen von den meisten Wissenschaftlern vertretenen Hypothese, entstand das Sonnensystem vor rund 4,6 Milliarden Jahren aus einem gravitativen Kollaps eines kleinen Teils einer größeren interstellaren Wolke. Diese Wolke umfasste wahrscheinlich einige Lichtjahre und war die Geburtstätte einiger benachbarten Sterne.

Die Staubwolke schrumpfte unter dem Einfluss der eigenen Masse und die Rotationsgeschwindigkeit wuchs gemäß der Erhaltung des Drehimpulses. Irgendwann mal verdichtete sich die Materie im Zentrum der rotierenden Wolke soweit, dass sich ein Protostern bildete. Die restliche Materie verklumpte sich und bildete infolge der Akkretion Planeten und deren Monde.

In einem Zeitraum von ca. 50 Millionen Jahren wurde der Druck im Inneren der Protosonne ausreichend hoch, um eine Wasserstofffusion zu zünden. Die Temperatur, die Geschwindigkeit der Kernfusion und der Druck wuchsen so lange, bis ein hydrostatisches Gleichgewicht zwischen dem nach außen wirkenden Wärmedruck und die nach innen gerichtete Schwerkraft erreicht wurde. Die weitere Kontraktion wurde aufgehalten, der Stern stabilisierte sich. Ab dem Zeitpunkt wurde die Sonne ein vollwärtiger Stern der Hauptreihe.

Kurz vor der Entstehung des Sonnensystems, muss in der Nähe eine Supernovaexplosion stattgefunden haben. Dafür spricht das in den auf die Erde gestürzten Meteorite gefundene Sauerstoffisotop O16. O16 entsteht ausschließlich in Supernova-Explosionen. Aus den Isotopenmessungen von Magnesium können wir schließen, dass sich der Supernovaausbruch unmittelbar vor der Entstehung des Sonnensystems ereignete.

Diese Supernovaexplosion gab dem protoplanetaren Nebel, der an der Stelle unseres Sonnensystems existierte, den Impuls zu kollabieren. Die Materie der Wolke - überwiegend Wasserstoff - verdichtete sich mehr und mehr im Zentrum des Nebels, bis die Masse der Protosonne den kritischen Punkt überschritt und der kalte Gasball seinen thermonuklearen Offen zündete. Die Sonne war geboren, und die Dunkelheit durchdrang gleißend-gelbes Licht, der die Energie für die noch nicht entstandene Erde und die langen Aminosäurenketten auf ihrer Oberfläche liefern sollten, die zu irgendeinem späteren Zeitpunkt eine sensationelle Entdeckung machen sollten: die Reproduktion.

Unser Sonnensystem ist folgendermaßen strukturiert: Die inneren Planeten (Merkur, Venus, Erde und Mars - sog. Gesteinsplaneten oder terrestrische Planeten) bestehen aus einem teilweise flüssigen Gesteinsmantel, der einen Metallkern umgibt und außen von einer harten Gesteinskruste umschlossen ist. Die äußeren Bezirke des Sonnensystems dominieren die riesigen Gasplaneten oder jovianische Planeten (Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun). Die Gasplaneten sind sehr massenreich und enthalten neben der Sonne den größten Teil der Materie des Sonnensystems, allen voran Jupiter. Ihre Zusammensetzung ähnelt denen der Sterne - sie bestehen überwiegend aus Wasserstoff und Helium. Lediglich in ihrem Inneren sitzt ein, auf die Gesamtgröße bezogen, relativ kleiner Gesteinskern. Die inneren und die äußeren Planeten trennt ein Asteroidengürtel. Die äußeren Bereiche des Sonnensystems bilden ein weiterer Asteroiden- und Kometengürtel - der sog. Kuipergürtel (Pluto ist Bestandteil des Gürtels) und ein sphärisches Gebilde aus Staub und Kometen - die Oortsche Wolke. Letztere reicht bis zu einer Entfernung von 1 bis 1,5 Lichtjahren in die Tiefen des Alls hinaus. Die Gravitation der Sonne beeinflusst die kosmischen Objekte noch auf einer Entfernung von bis zu 1,5 Parsec (über 300.000 AE oder 4,88 Lichtjahre).

Bis das erste extraterrestrische Planetensystem Ende 1995 von Michel Mayor und Didier Queloz entdeckt wurde, gingen Astronomen und Himmelsmechaniker davon aus, dass die Struktur unseres Sonnensystems auch für Planetensysteme um fremde Sterne typisch sei. Theoretische Überlegungen und Simulationen bestätigten diese Annahme. Zur großen Überraschung stellte sich heraus, dass extrasolare Planetensysteme sich von unserem Sonnensystem grundlegend unterscheiden. Die meisten Exoplaneten (es handelt sich bisher ausnahmslos um Gasriesen, da erdähnliche Planeten mit der heutigen Messtechnik noch nicht lokalisiert werden können) umkreisen ihren Stern auf stark elliptischen Bahnen. Einige von ihnen haben eine Umlaufperiode von wenigen Tagen. Kurz gesagt: Es sind Höllenwelten mit bis zu 1.000 °C heißer Oberfläche, und ihre Bahnen sind instabil. Sollte sich ein winziger Gesteinsplanet dazwischenbefunden haben, wäre er sehr schnell aus seinem Orbit hinauskatapultiert worden.

Alle Planeten des Sonnensystems hingegen haben mit Ausnahme von Pluto eine nahezu kreisförmige Umlaufbahn. Die Gasplaneten, insbesondere Jupiter, erfüllen eine wichtige Schutzfunktion, indem sie den Großteil der herumschwirrenden Kometen und Asteroiden von der Erde fernhalten und somit das Leben beschützen. Jupiter, der nach dem griechischen Gottvater Zeus, benannt und aus dem alle späteren Gottheiten abgeleitet wurden (Jahwe, Allah und der christliche Gott) ist in einem gewissen metareligiösen Sinne doch so etwas wie der Schutzpatron der Erde.

Das relative Maßstab des Sonnensystems lässt sich an besten folgendermaßen veranschaulichen: Wenn die Sonne die Größe einer Billardkugel von 7 cm hätte, würde sich der innerste der Planeten Merkur in einer Entfernung von 280 cm befinden, die Erde wäre 760 cm entfernt, der Riesenplanet Jupiter etwa 40 m, und der am weitesten entfernte Planet Pluto in einer Entfernung von 300 m. Die Größe der Erdkugel hätte in diesem Maßstab etwas mehr als 0,5 mm, die der Mondes etwas mehr als 0,1 mm. Der Mondorbit hätte einen Durchmesser von etwa 3 cm, und der nächste Stern, der 1,3 pc entfernte Proxima Centauri, würde in diesem Maßstab 2 Tausend km weit sein! Die Größe der Galaxis wären in diesem Maßstab 60 Mil. km - das entspricht in etwa der mittleren Entfernung des Merkur zur Sonne.[1]

Geschichte

Lange Zeit wurde von den meisten Gelehrten das geozentrische System favorisiert, in dem die Erde ein fixer Körper ist, während sich die Sonne, Planeten und Sterne um die Erde bewegen. Alltägliche Wahrnehmng begünstigte dieses Weltbild. Bis heute ist das geozentrische Weltbild in der Sprache verankert, wenn wir beispielsweise vom Aufgang und dem Untergang der Sonne sprechen.

Die ersten Überlegungen zum geozentrischen Weltbild stellte der griechische Astronom Hipparchos von Nicäa in seinen Arbeiten auf. Der griechische Universalgelehrte und Bibliothekar an der berühmten antiken Bibliothek in Alexandria Ptolemäus entwickelte die Theorie der um die Erde kreisenden Himmelskörpern weiter. Noch bis zum 16. Jahrhundert war das nach ihm benannte Ptolemäische Weltbild Standardlehre aller astronomischen Werke. Das moderne heliozentrische Weltbild wurde in Europa von Nikolaus Kopernikus in den Jahren 1506 bis 1530 entwickelt. Aus Furcht vor der Kirche ließ er jedoch sein Werk De Revolutionibus Orbium Coelestium erst nach seinem Tod 1543 veröffentlichen. Johannes Kepler und Galileo Galilei zogen das System in ihre Überlegungen hinein und versuchten, es empirisch und mathematisch zu beweisen. Die Dominikaner äußerten den Vorschlag, die Lehre gänzlich zu verbieten, was allerdings nicht geschah. Auch Martin Luther äußerte sich negativ zum heliozentrischen Weltbild:


„Es ward gedacht eines newen Astrologi, der wolte beweisen, das die Erde bewegt wuerde und umbgienge, Nicht der Himel oder das Firmament, Sonne und Monde, Gleich als wenn einer auff einem Wagen oder in einem Schiffe sitzt und bewegt wird, meinete, er sesse still und rugete, das Erdreich aber und die Beume gingen umb und bewegten sich.
Aber es gehet jtzt also, Wer da wil klug sein, der sol jm nichts lassen gefallen, was andere machen, Er mus jm etwas eigens machen, das mus das aller beste sein, wie ers machet. Der Narr wil die gantze kunst der Astronomiae umbhkeren. Aber wie die heilige Schrifft anzeiget, so hies Josua die Sonne stillstehen, und nicht das Erdreich.“ [2]


Erst 1757 hob der Papst Benedikt XIV. den Bann gegen Werke auf, die ein heliozentrisches Weltbild vertraten. Ausgelöst wurde diese Entscheidung durch die allgemeine Anerkennung, die die Werke Isaac Newtons in der wissenschaftlichen Welt gefunden hatten. Die Erkenntnis, dass das Sonnensystem nur einen winzigen Teil des gesamten Universums darstellt, setzte sich erst ab dem 18. Jahrhundert durch.

Schematische Darstellung des Sonnensystems

Viele Modelle des Sonnensystems zeigen Planetenbahnen mit gleichmäßigen Abständen. Dies entspricht jedoch nicht der Realität. Je weiter ein Planet von der Sonne entfernt ist, desto größer wird der Abstand zwischen den Umlaufbahnen. Es gab Versuche, diese Gesätzmäßigkeit mathematisch zu beschreiben (siehe Titius-Bode-Reihe), allerdings ist die Formel nur annähernd genau.

Die unten abgebildete schematische Darstellung zeigt ungefähre Abstände der Planeten von der Sonne. Jeder Strich entspricht ca. 0,3 AE.


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Sonnensystem Merkur

Einzelnachweise


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