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Astromare - Astronomie am Meer

Das Sonnensystem

von

Andreas Schwarz

 

 

Das Sonnensystem besteht aus der Sonne als Zentrum, den acht großen Planeten, den Zwergplaneten, den Kleinkörpern wie Kleinplaneten (Asteroiden oder Planetoiden), Kometen und Meteoroiden, welche die Sonne umkreisen, sowie den Monden und Trabanten, welche wiederum die Planeten, Zwergplaneten und Kleinplaneten umkreisen. Zum Sonnensystem gehören auch der Interplanetare Staub und interplanetare Gase.

Entstanden ist das Sonnensystem aus einer kalten Wolke aus Wasserstoff, Helium, anderen Elementen und Staub. Im Zentrum der Wolke bildete sich die Sonne heraus. Um dieses Zentrum herum bildete sich eine sogenannte Akkretionsscheibe heraus, welche nach außen zunehmend abgeflacht war. Durch diese wurde der Drehimpuls der Wolkenbestandteile vom Zentrum weg transportiert, so dass die Materie von der Wolke von dem sich bildenden Stern aufgenommen werden konnte. Die Sonne verfügt daher heute nur über 0,54 Prozent vom Gesamtdrehimpuls des Sonnensystems, über 99,46 Prozent verfügen alle anderen Objekte. Wenn die Sternmasse groß genug ist, erreichen Druck und Temperatur nach mehreren Entwicklungsstadien ausreichend große Werte, um die Kernfusion von Wasserstoff zu Helium zu zünden. Damit war die Sonne als Stern geboren.

Allerdings wurde für den Sternbildungsprozess bzw. Sonnenbildungsprozess nicht die ganze Masse der Akkretionsscheibe verwendet. Innerhalb der Akkretionsscheibe, welche als proto-planetare Scheibe bezeichnet wird, kondensierten sich die Planeten heraus. Durch Zusammenstöße von Materie entstanden größere Brocken, welche weitere Materie aus der Scheibe aufnahmen und sich zunächst zu Planetesimalen entwickelten. Durch den Prozess der Koagulation (Ankleben) und der Agglomeration (Anwachsen) mit weiteren Körpern und Materie entwickelten sich die Planetesimale zu Planeten. Aus den Resten der proto-planetaren Scheibe entstanden die überwiegende Anzahl der Kleinkörper des Sonnensystems. Von innen nach außen nahm die Temperatur der proto-planetaren Scheibe ab, was sich auch in ihrer Zusammensetzung widerspiegelte. Die schwereren Elemente waren innen, die leichteren Elemente waren im Außenbereich der Wolke. So entstanden im Inneren der Wolke die vier Gesteinsplaneten, in ihrem äußeren Bereich die Gasplaneten.

Die Sonne, ein Zwergstern, ist das dominierende Objekt im Sonnensystem. Sie vereint 99,87 Prozent der Masse des gesamten Sonnensystems. Nur 0,13 Prozent entfallen auf die acht großen Planeten, die Zwergplaneten und die Kleinkörper des Sonnensystems

Die acht großen Planeten heißen mit zunehmender Entfernung von der Sonne: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Bis auf Merkur und Venus verfügen alle Planeten über Monde bzw. Trabanten. Zwischen Erde und Mars befindet sich der sogenannte Kleinplanetengürtel (Asteroiden- bzw. Planetoidengürtel). Als Entfernungseinheit im Sonnensystem wird die Astronomische Einheit (AE), die mittlere Entfernung Erde – Sonne verwendet (1 AE = 149.597.870,7 km). Die acht großen Planeten bewegen sich in einem Entfernungsbereich zwischen 0,4 und 30 AE um die Sonne. Nach bisherigem Kenntnisstand bildet der Neptun den äußersten Planeten im Sonnensystem. Es könnte jedoch in größerer Entfernung noch weitere große Planeten geben. So gibt es zumindest Indizien für einen neunten Planeten in einem Entfernungsbereich zwischen 400 und 1.500 AE von der Sonne.

Zwergplaneten haben wie die großen Planeten aufgrund ihrer Masse eine kugelförmige Gestalt, da sie sich überwiegend im hydrostatischen Gleichgewicht befinden. Allerdings haben sie im Vergleich zu den Planeten noch nicht ihre Bahnen von Kleinkörpern freigeräumt. Dies gilt nach einer Entscheidung der Internationalen Astronomischen Union (IAU) von August 2006 als Unterscheidungsmerkmal zwischen Planeten und Zwergplaneten. Dieses Kriterium ist nicht unumstritten, da auch die großen Planeten ihre Bahn nicht völlig von Kleinkörpern freigeräumt haben. Allerdings kann die Masse eines Planeten, im Gegensatz zur Masse eines Zwergplaneten, gegenüber der Masse der sich auf ihren Bahnen befindlichen Kleinkörper vernachlässigt werden. Die meisten der entdeckten Zwergplaneten befinden sich jenseits der Neptunbahn im sogenannten Kuipergürtel, welcher weiter unten im Themenbereich Kometen erläutert wird. Ein Zwergplanet befindet sich im sogenannten Kleinplanetengürtel, welcher nachfolgend erläutert wird.

Neben Planeten und Zwergplaneten gibt es noch die Kleinkörper des Sonnensystems. Dazu zählen die Kleinplaneten (Asteroiden oder Planetoiden), Kometen, Meteoroiden und der Interplanetare Staub.

Die Kleinplaneten sind kleiner als die Zwergplaneten jedoch größer als die Meteoroiden. Eine scharfe Abgrenzung gibt es jedoch nicht. Etwa 75 Prozent aller Kleinplaneten befinden sich in einem Gürtel, welcher zwischen Mars und Jupiter lokalisiert ist. Der innere Rand dieses Gürtels ist etwa 2,2 AE, sein äußerer Rand etwa 3,3 AE von der Sonne entfernt. Zum Vergleich: Die mittleren Entfernungen von Mars und Jupiter betragen 1,52 und 5,20 AE. Die Umlaufzeiten der Kleinplaneten im Gürtel um die Sonne liegen zwischen 3,3 und 6 Jahren. Ein Objekt in diesem Gürtel ist jedoch ein Zwergplanet: Ceres. Er hat einen Äquatordurchmesser von 963 km und eine kugelförmige Gestalt. Es gibt Kleinplaneten, welche außerhalb des Gürtels ihre Bahnen ziehen und stark unterschiedliche Umlaufbahnen haben. Jedoch bewegen sich alle Kleinplaneten um die Sonne. Mit Stand zum Dezember 2016 sind über 725.000 Kleinplaneten bekannt.

Die Kometen bestehen aus einem Kern, der von einer Koma (Atmosphäre des Kometen) umgeben ist, sowie einem Ionen- und Staubschweif. Für den Kern des Kometen wurde bereits im Jahre 1950 von Fred Whipple der Begriff „Schmutziger Schneeball“ geprägt. Er besteht hauptsächlich aus Wassereis, Trockeneis (gefrorenes Kohlenstoffdioxid), Ammoniak, Methan sowie Beimengungen von Mineral- und Staubteilchen. Bei der Annäherung an die Sonne verflüchtigen sich Wasserdampf (H2O) und andere leicht flüchtige Stoffe, wie Kohlenstoffdioxid (CO2), aus dem Kern, bilden sowohl die Koma als auch den Kometenschweif. Aufgrund der Wechselwirkung zwischen den Teilchen des Kometenschweifes und des sogenannten Sonnenwindes (Teilchenstrahlung von der Sonne) ist der Schweif von der Sonne weggerichtet. Die Kerne von Kometen haben Durchmesser von etwa 1 bis 50 km, die Koma schon eine Ausdehnung im Bereich von 100.000 km. Der Kometenschweif kann Längen von mehreren Millionen bis mehreren Hundertmillionen km erreichen. Die Staubteilchen im Schweif bewegen sich in Kernnähe mit höherer Geschwindigkeit als in Kernferne. Dies führt zu einer wahrnehmbaren Krümmung des Schweifs. Es wird zwischen kurzperiodischen Kometen mit Umlaufzeiten von bis zu 200 Jahren und langperiodischen Kometen mit größeren Umlaufzeiten unterschieden. Kurzperiodische Kometen sind in der Ebene des Sonnensystems lokalisiert und haben ihren Ursprung im sogenannten Kuipergürtel, hinter der Neptunbahn in etwa 30 bis 50 AE Entfernung von der Sonne (1 AE = 1 Astronomische Einheit = Mittlere Entfernung Erde – Sonne = 149.597.870,7 km). Die langperiodischen Kometen haben keine Lokalisierung in bestimmten Ebenen und stammen aus der Oort`schen Wolke, welche kugelsymmetrisch in einem Bereich von 30.000 bis 100.000 AE die Sonne umgibt. Damit reicht diese Wolke bis in eine Entfernung von etwa 1,3 Lichtjahren Entfernung von der Sonne, wobei die höchste Objektdichte in der Wolke in einem solaren Entfernungsbereich von etwa. 50.000 AE liegt. Sowohl die Objekte des Kuipergürtels als auch der Oort`schen Wolken sind Überbleibsel aus der Entstehungszeit des Sonnensystems.

Die Meteoroiden sind kleiner als Kleinplaneten jedoch größer als interplanetarer Staub. Meteoriten (Meteoroiden, welche den Erdboden erreichen) bestehen hauptsächlich aus Gestein (etwa 94 Prozent) oder Eisen (etwa 5 Prozent). Doch kommen auch Eisen-Stein-Meteorite oder sogenannte Glas-Meteorite aus Siliziumdioxid (SiO2), sogenannte Tektite vor. Es wird zwischen planetaren Meteoroiden, Meteoroiden mit parabelnahen Bahnen und kometarischen Meteoroiden unterschieden. Erstere sind Fragmente aus dem Planetoidengürtel, die mit den parabelnahen Bahnen sind noch unbekannter Herkunft und letztere sind Staubteilchen von Kometen bzw. sich auflösenden Kometen, welche sich auf der Bahn des Kometen bzw. des sich auflösenden Kometen verteilen und dort lokalisiert sind. Wenn die Erde dann eine solche Bahn kreuzt, kommt es zu sogenannten Meteoren, Leuchterscheinungen, welche auch als Sternschnuppen bezeichnet werden. Größere Teilchen erzeugen Feuerkugeln, sogenannte Boliden. Im Gegensatz dazu werden noch kleinere Teilchen (d < 10 µm, m < 10-8 kg) als interplanetarer Staub bezeichnet.

In der nachfolgenden Abhandlung „Das Sonnensystem“ befindet sich eine ausführliche Darstellung über dieses System.

 

Sonnensystem
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