8 Planeten im Sonnensystem

Max Camenzind

Senioren-Uni Bad Kissingen 27.2.2012

• Die 8 Planeten 4 + 4 sehr geordnet

• 2006: IAU Definition von Planeten

• Die 8 Planeten und ihre Erforschung

• Die Anfänge: Pioneer-Sonden und Voyager

• Die vier inneren Planeten: Merkur, Venus, Erde und Mars;

• Die vier äußeren Planeten: Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun;

• Kuiper-Gürtel und Zwergplaneten

Übersicht

IAU 2006: 8 Planeten & 5 Zwerge

Trans-Neptun

• Planeten sind Objekte, die sich auf einer

Bahn um die Sonne befinden,

• über eine ausreichende Masse verfügen,

um durch ihre Eigengravitation eine

annähernd runde Form (hydrostatisches

Gleichgewicht) zu bilden,

• die Umgebungen ihrer Bahnen bereinigt

haben und selbst keine Sterne sind (keine

Braune Zwerge).

• sonst Zwergplaneten oder Monde.

IAU Definition von Planeten

Raumsonden erkunden das

Sonnensystem

Raumsonden erkunden das

Sonnensystem seit 40 Jahren

Pioneer 10 / 11 erproben Fly-By an Jupiter

Voyager 1/2

gestartet 1977

Plakette

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Voyager Aufnahme

Vulkanausbruch auf Io

Voyager Aufnahme

Voyager 1977 – 2011 / Video

Voyager am Rande des Sonnensystems Geschwindigkeit: 17 km/s = 3,6 AE/Jahr

Heliosphäre

Heliopause

Termination

Shock Bugwelle

~ 100 AE

Der Merkur

Merkur - Erde

Merkur – MESSENGER 2004 – 2012 / NASA

Merkur

Caloris

Becken

3 x

Deutschland

Messenger

Aufnahme

Merkur -

SOHO Transit

8.11.2006

Nächster

Transit

9. Mai 2016

Merkur – Transit

Nur wenn die Erde in der Nähe der Bahnknoten der

Merkurbahn steht und Merkur sich dann gerade

zwischen Sonne und Erde befindet, kann man einen

Merkurtransit beobachten.

Merkur - Aufbau

Flüssiger

Kern

Mantel

Kruste

Planet Venus – Erde Vergleich

Venus

Phasen

Entdeckung der

Venus-Phasen

war

entscheidend

für die Richtigkeit

des heliozentrischen

Systems.

Venus Phasen Sonne im

Zentrum

Venus

Berge

Venus

Aufbau

Metallischer

Kern

Silikat

Mantel Venus

Kruste

~ 100 km

Tektonisch

inaktiv

seit 1 Mrd

Jahren

Venus – Transits Knoten

Venus-Transit 6.12.1882

7. Dezember 1631

(von Johannes Kepler

vorausberechnet)

4. Dezember 1639

3. Juni 1769

9. Dezember 1874

6. Dezember 1882

8. Juni 2004

6. Juni 2012

11. Dezember 2117

8. Dezember 2125

Erd

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Wasser bedeckt 70% Fläche Woher stammt das Wasser?

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2500 km

Erde

Aufbau

fest

flüssig

Erde ist eine “Kartoffel” ESA-Satellit GOCE

Präzession

Erdachse

Präzession eines Kreisels

Pol-

Wanderung

Einmal in

25.800 Jahren

Nutation

durch Mond

in 18,6 Jahren

mit Amplitude

von 9,2´´

Magnetosphäre der Erde

Magnetische

Polwanderung

Erdmagnetosphäre schirmt

den Sonnenwind ab

Erde – Aurora in Australien 2012

Sonnenstürme quetschen

die Erdmagnetosphäre

Der

Mars

Der Rote Planet:

In der Bildmitte liegt

das System der

Mariner-Täler.

Ganz links die

Tharsis-Vulkane

(Bildmosaik von

Viking 1 Orbiter, 1980).

Der

Mars

-

Eis-

kappen Der Rote Planet:

Mars in natürlichen

Farben, aufgenommen

am 26. Juni 2001

mit HST. Die Färbung

entsteht durch

Eisen(III)-

Oxid-Staub (Rost).

Erde - Mars

Mars-Rover

Spielzeuge der

Wissenschaftler ?

Spirit Mars Rover 2010

Mars-Rover Sojourner

Mars-Rover Opportunity

Mars-Panorama / Rover-Images

Mars-Rover / Kayser Krater

Mars-Reconnaissance Orbiter

Rover Spirit inspiz. Columbia Hills

Rover Opportunity Victoria Krater

Mars – Nordpol / Global Surveyor

Aktuell: Mars Rover Curiosity 26.11.2011

Mars-Rover Curiosity

Mars Rover Curiosity – Landeplatz

Mars Rover Curiosity – Touchdown

August 2012

Die Mars-Monde

Phobos (27 km) und Deimos

Jupiter / Cassini 7.12.2000

Jupiter gilt heute

als Standard-

Gasplanet mit

„Rocky Core“

Masse: 0,001 MS

Masse: 318 ME

Radius: 0,1 RS

Rotation: ~ 10 h

sehr schnell

Ausgeprägte

Wolkenbänder

„Jetstreams“

Extrem starke

Magnetosphäre

Jupiter – der größte Planet

Die Galileischen Monde

Jupiter

Galileo

Mission

Sonde wurde 1989

von NASA gestartet,

erreichte 1995

Jupiterbahn

und stürzte 2003 ab.

Galileo mit Io

Jupiter

-

Erde

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n:

9h

50m

in

Jupiter und Braune Zwerge

Jupiter –

Aufbau

Die äußeren Schichten des Jupiter

bestehen aus molekularem

Wasserstoff (H2). In größeren Tiefen

geht dieses gasförmige Element in

den flüssigen Zustand über.

Jupiter –

Aufbau

Die äußeren

Schichten des

Jupiter bestehen aus

molekularem

Wasserstoff (H2).

In größeren Tiefen

geht dieses

gasförmige Element

in den flüssigen

Zustand über.

Jupiter –

Turbulenz mit

Red Spot,

Red Spot jun.

und 3. Red Spot

Jupiter –

Red Spot

Jupiter vom Südpol Die Atmosphäre

zerfällt in einzelne

Streifen, die

unterschiedlich

rotieren.

Dadurch ent-

stehen Scherin-

stabilitäten

Wirbelbildung.

Streifen in

Äquatornähe

rotieren am

schnellsten.

Die Wirbel werden

durch Konvektion

angetrieben.

Jet-Strom

170 m/s

Computer-

Simulation:

Strömungen

in der

Atmosphäre

organisieren

sich durch

die schnelle

Rotation in

zylinder-

förmige

Säulen.

Konvektion

von innen

treibt die

Winde an.

Jupiter Ringsystem

Jupiter Magnetosphäre

Sonnen-

wind

Bug

Schock

Neutrale

Schicht

Jupiter – Io Torus

Io

Jupiter Polarlichter

Jupiter

Mond Io Mond Io:

Umlaufperiode:

1 d 18 h 27,6 m

Rotation gebunden

Helligkeit: 5 mag

Albedo: 0,6

Halbachse:

421.800 km

Farbe:

Schwefel

Entdeckung:

7. Januar 1610

Vulkanischer Schlot - Schwefelsee

75 km

Eisen

Nickel

Gestein

Io –

Aufbau

Jupiter

Mond

Europa Mond Europa:

Umlaufperiode:

3 d 13 h 14,6 m

Rotation gebunden

Helligkeit: 5,3 mag

Albedo: 0,68

Halbachse:

670.900 km

Oberfläche:

Eis mit Furchen

Entdeckung:

7. Januar 1610

Oberfläche Europa

Eisen

Nickel

Gestein

Wasser

Ozean

Eis

Europa –

Aufbau

Europa-Jupiter-Mission EJSM

„Laplace“ geplant 2020 NASA / ESA

Jupiter

Mond

Ganymed

Mond Ganymed:

Umlaufperiode:

7 d 3 h 42,6 m

Rotation gebunden

Helligkeit: 4,6 mag

Albedo: 0,44

Halbachse:

1.070.400 km

Oberfläche:

Krater (alt), Platten

Entdeckung:

7. Januar 1610

Eisen

Nickel

Gestein

Wasser

Ozean Eis

Ganymed

Aufbau

Jupiter

Mond

Callisto

Mond Callisto:

Umlaufperiode:

16 d 16 h 32,2 m

Rotation gebunden

Helligkeit: 5,7 mag

Albedo: 0,19

Halbachse:

1.833.000 km

Oberfläche:

Krater (alt), Eis

Entdeckung:

7. Januar 1610

Galilei Mond Kallisto Aufnahme Voyager 1 Krater Valhalla

Saturn – Herr der Ringe

Saturn – Aurora

Saturn – Erde

Cassini

Mission verlängert bis 2017

Giovanni

Domenico

Cassini

8. Juni 1625 in

Perinaldo nahe

Nizza, Italien;

† 14. September

1712 in Paris;

Astronom und

Mathematiker

Cassini Sonde

Saturn von der Erde aus

Saturn-Ringe sind um 27 Grad geneigt. verschiedene Winkel von der Erde aus. Die Ringebene hält absolute Position bei. Positionen alle 15 Jahre während des Umlaufs.

Saturn

Ring -

Inklina-

tion

Cassini-Huygens - Saturn

Saturn - Schattenspiele

Die Roche-Grenze (1850)

- die Entstehung der Ringe

Weit entfernt von der

Roche-Grenze bildet die

Masse praktisch eine Kugel.

Näher an der Roche-Grenze

deformiert sich der Satellit

durch die Gezeitenkräfte

zu einem Ellipsoid.

Innerhalb der Roche-Grenze

kann der Körper den Gezeiten-

kräften nicht mehr widerstehen

und löst sich auf.

Nach einiger Zeit entsteht

durch diese differentielle

Rotation ein Ring.

M

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Saturn Ringbildung durch Mond

Simulation: Robin M. Canup 2010

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Erde – Merkur - Titan

Cassini

startet

Huygens

Huygens landet

auf Titan

am 14.1.2005

Titan – Atmosphäre (Voy) - Seen

Aufbau

Titan Huygens

Saturn – Südpol Hurrikan Aufnahme: 752 nm / Cassini

Der Monstersturm weist

das Erscheinungsbild eines

irdischen Hurrikans auf.

Die dunkle innere Fläche

entspricht dem Auge,

das von einem dicken Ring

heller Wolken umgeben ist.

Das Auge weist einen

Durchmesser von etwa

8000 Kilometer auf (Erde) !

Windgeschwindigkeiten

in dem im Uhrzeigersinn

rotierenden Wirbel bis zu

550 Kilometer pro Stunde.

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2 (

1986)

Jahreszeiten auf Uranus

Uranus – Aufbau

Neptun – Le Verrier 1846

Neptun

1 mal rum

P = 16 h

Wolken-

aktivität

je nach

Jahreszeit

1 NJahr =

165 EJahre

i = 29 Grad

Neptun – Dunkler Spot / Voyager a la Red Spot auf Jupiter – ist verschwunden

Neptun –

Helligkeitsänderungen

Neptun – Mond Triton

Gezeiten-

kräfte

Ein Vergleich der Magnetosphären von Erde, Jupiter,

Saturn, Uranus und Neptun - liegen schief zur Rotations-

achse. Die Magnetosphären von Uranus und Neptune sind

gegenüber den Zentren versetzt und stark angestellt

gegenüber ihren Rotationsachsen. Jupiter, Saturn und

Neptun haben magnetische Nordpole, während die Erde

dort den magnetischen Südpol aufweist.

Zusammenfassung

• Planetenbahnen folgen in guter Näherung den

drei Kepler Gesetzen (Konsequenz aus

Newtonscher Gravitationstheorie von 1687).

• werden korrigiert durch Einsteinsche

Gravitation (1915: Periheldrehung Merkur,

Gravitationswellenabstrahlung).

• Sonnensystem hat 4 Gesteinsplaneten und 4

Gasplaneten, sowie mehrere Zwergplaneten.

• Alle Planeten wurden extensiv untersucht

durch Planetensonden. Mars ist von

besonderem Interesse für die Menschheit.

• Jupiter ist der größte und massenreichste Planet im Sonnensystem.

• Jupiter und Saturn haben wahrscheinlich “rocky Cores”, umgeben von einer dicken Schicht flüßigen und metallischen Wasserstoffs mit einer äußeren Schicht aus normalem flüssigem Wasserstoff. Beide weisen in etwa dieselbe chemische Zusammensetzung auf, die sehr ähnlich zu der Sonne ist.

• Die sichtbaren Strukturen von Jupiter existieren in den äußersten 100 km der Atmosphäre. Saturn hat ähnliche Strukturen, jedoch schwächer ausgeprägt. Jupiter und Saturn weisen insgesamt drei Wolkenschichten auf.

Jupiter und Saturn

Jupiter und Saturn

• Jupiter hat vier große Satelliten. Die beiden inneren Galileischen Monde, Io und Europa, sind etwa so groß wie unser Mond. Die beiden äußeren Monde, Ganymed und Callisto, sind vergleichbar zu Merkur.

• Io ist von einer Schwefel-Schicht bedeckt, die in vulkanischen Explosionen abgelagert worden ist. Europa ist von einer Schicht gefrorenen Wassers bedeckt, die von vielen Furchen durchzogen ist.

• Die stark verkraterte Oberfläche von Ganymed wird durch gefrorenes Wasser gebildet mit “large polygons of dark, ancient crust separated by regions of heavily grooved, lighter-colored, younger terrain”. Callisto hat eine stark verkraterte alte Schicht aus gefrorenem Wasser.

Uranus und Neptun

• Uranus und Neptun sind ziemlich ähnlich in Masse, Größe und chemischer Zusammensetzung. Jeder hat einen “rocky Core” umgeben von einem dicken Mantel aus Wasser; die magnetischen Dipolachsen sind stark angestellt und beide Planeten werden von einem System dünner dunkler Ringe umgeben.

• Uranus ist einzigartig: seine Rotationsachse liegt praktisch in der Bahnebene, was zu ausgeprägten Jahreszeiten führt.

• Uranus hat 5 Satelliten moderater Größe, der bizzareste Mond ist Miranda.

• Triton ist der größte Satellit von Neptun - eine eisige Welt mit einer dichten Stickstoff-Atmosphäre. Triton bewegt sich retrograd und wurde wahrscheinlich von Neptuns Gravitation eingefangen. Triton bewegt sich langsam auf Neptun zu in einer spiralförmigen Bewegung und wird wahrscheinlich zerbrechen und ein Ringsystem bilden.