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Vortrag: Unser Sonnensystem – Hurtigruten Polarlicht + Sterne, GRP 103 Unser Sonnensystem Das Sonnensystem besteht aus einem zentralen, selbstleuchtenden Stern, der Sonne. Sie wird umkreist von insgesamt neun1 wesentlich kleinere Planeten und unzähligen kleinen Fels- und Eisbrocken, wie z.B. die Kometen und Asteroiden. Nur die Sonne leuchtet selbst, alle Planeten und Kleinkörper reflektieren nur das Sonnenlicht, das sie empfangen.

Die Sonne (siehe dazu auch Script Unsere Sonne)

Die Sonne ist ein gewöhnlicher, recht kleiner Stern, wie es etwa 100 Milliarden allein in unse-rer Galaxie, der Milchstrasse gibt. Sie beinhaltet 99,99 % der Gesamtmasse unseres Son-nensystems. Die Energieerzeugung der Sonne entsteht durch Kernfusion, der Verschmel-zung von Wasserstoff zu Helium. Durch diese Kernverschmelzung entsteht ein Massenver-lust der pro Sekunde vier Millionen Tonnen beträgt! Strahlung gibt sie vorwiegend im sichtba-ren Licht ab, aber das gesamte elektromagnetische Spektrum ist vorhanden.

Die Sonne ist 150 Millionen km von der Erde entfernt und hat einen Durchmesser von 1,4 Mio. km (109 Erden müßte man aneinanderreihen, um den Durchmesser der Sonne zu er-halten). Ihre Rotationsdauer beträgt am Äquator 25 Tage, die Rotation ist differentiell, d.h. an den Polen langsamer als am Sonnenäquator (29 Tage). Das führt zu Verwicklungen in den Magnetfeldlinien die vom Sonneninneren bis in die äußersten Schichten der Sonne ragen. Wo sie die sichtbare „Oberfläche“ durchbrechen, beobachten wir Sonnenflecken

Schematischer Aufbau der Sonne

Im Sonnenkern findet die Fusion von Wasserstoff zu Helium, der „Motor der Sonne“ bei einer Temperatur von ca. 15 Millionen Grad statt. In den Konvektionszonen wird die entstehende Wärme und Strahlung zur Oberfläche transportiert, was tausende von Jahren dauert. Tem-peratur dort: ca. 500.000 Grad Celsius. Die Photosphäre gibt das Licht und die Wärme an den Weltraum ab. Sie ist für uns durch ein Teleskop mit Filtern sichtbar. Hier liegt die Tem-peratur bei „nur“ noch etwa 6000 Grad Celsius. Dort sind auch die Sonnenflecken zu beo-bachten. Die darüberliegende Chromosphäre erzeugt Protuberanzen, große Materialauswür-fe, die nur in Spezialteleskopen sichtbar sind. Die äußere Sonnenatmosphäre, die Korona, wird durch bislang unverstandene Prozesse wieder auf 1 bis 2 Millionen Grad aufgeheizt. Wir sehen sie nur bei einer totalen Sonnenfinsternis. 1 Lesen Sie dazu bitte den Abschnitt am Ende des Scriptes

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Beobachtbare Phänomene

Sonnenflecken: Dunkle, zentrale Region, die Umbra und die hellere, umgebende Region, die Penumbra. Sonnenflecken sind Bereiche, in denen die Konvektionsströme, welche hei-ßes Material aus dem Sonneninnern bringen, durch Magnetismus gestört. Treten magneti-sche Verwirbelungen durch die differentielle Rotation der Sonne auf, kommt es regelrecht zur Bündelung von magnetischen Linien und zu Flußröhren, wo die Strömung besonders stark stattfindet.

Grosse Sonnenfle-ckengruppe in der Photosphäre der Sonne (Foto: W. Paech)

Sonnenfleckenzyklus: Die Anzahl der Sonnenflecken variiert in einem Zyklus von grob und hat während dieses Zyklus ein Maximum und ein Minimum. Es gibt im Laufe der Jahrhunder-te kräftigere und schwächere Maxima, z.B. das Maunder-Minimum in den Jahren 1645-1715, wo die jährliche mittlere Durchschnittstemperatur deutlich abgefallen war.

Granulation: Unregelmäßige, körnige Struktur der Sonnenoberfläche. Eine Granule ist etwa 700 km groß, ihre Lebensdauer beträgt ca. 8 min. Die Granulen sind der Ausdruck für die unter der Sonnenoberfläche stattfindenden Konvektion.

Mit 0,9 km/sec. brodelt das Gas nach oben, kühlt sich wieder ab, gibt somit Strahlung und Wärme an das Weltall ab. Danach sinkt das Gas wieder nach unten, macht Platz für neuere, heiße Materie.

Granulation (links) in der Nähe eines Sonnenflecks (Foto: Univ. Göttingen – Vakuum Sonnenteleskop Teneriffa)

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Protuberanzen: Gaseruptionen am Sonnenrand. Sie können bis zu mehreren Millionen km über die Sonnenoberfläche bei Geschwindigkeiten von 100 km/sec. aufsteigen. Meist treten sie in Schleifen oder Bögen auf, es gibt allerdings auch Fälle, wo die Energie des Ausstoßes so hoch ist, daß die Materie in den Weltraum hinausgeschleudert wird und nicht mehr zur Sonnenoberfläche zurückkehrt.

Links: Protuberanzen am Sonnenrand die in Bögen den Magnetfeldlinien folgen (Sonnen-sonde SOHO) und rechts: Die Sonnenkorona während der totalen Sonnenfinsternis 1999 (Rumänien, Foto: Paech)

Sonnenfinsternisse: Können partiell, ringförmig oder total sein, richtet sich nach der Über-deckung durch den Mond. Nur bei totaler Sonnenfinsternis ist die Korona zu sehen, da die helle Photosphäre dann vom Mond überdeckt ist. Bei einem Sonnenfleckenmaximum ist die Korona fast kreisförmig, bei einem Minimum stark elliptisch.

Merkur

Merkur und Venus sind die sogenannten „inneren Planeten“, welche zwischen Sonne und Erde kreisen, sie können nie am Nachthimmel beobachtet werden, sondern lediglich zur Zeit ihrer größten Elongation (scheinbarer Winkelabstand zur Sonne) am Morgen- und Abend-himmel. Sie zeigen folglich Phasen wie unser Mond. Merkur ist der sonnennächste Planet, er umrundet die Sonne in 88 Tagen.

Die Elongation des Merkur beträgt nur 28°, da er eine sehr enge Bahn um die Sonne beschreibt. Er besitzt keine Atmosphäre, seine Oberfläche ähnelt der des Mondes, vernarbt, zerklüftet und mit Kratern übersät. Auf der Tagseite wird es 400 Grad heiß, die Nachtseite kühlt auf –100 Grad ab.

Daten zum Merkur

Abstand zur Sonne 46 – 70 Millionen km, Umlauf um die Sonne 88 Tage Äquatordurchmesser 4880 km Eigenrotation (Merkurtag) 59 (Erden)Tage

Caloris Becken auf dem Merkur (Mariner 10 – NASA)

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Venus

Venus ist der zweite innere Planet, ihre Umlaufzeit um die Sonne beträgt 225 Tage. Die O-berfläche ist mit Teleskopen nicht beobachtbar, da sie von strukturlosen Wolken bedeckt wird. Darunter ist es mehr als 500 Grad heiß, die Atmosphäre übt einen ungeheueren Druck auf den Venusboden aus, Leben ist dort unmöglich.

Viele alte Vulkane und Lavaflüsse wurden mittels Radar-technik von der Raumsonde „Magellan“ unter der Wolken-decke aufgespürt. Die Venus ist Morgen- oder Abendstern, sie hat eine größere Elongation als der Merkur, mit 48° ist sie besser beobachtbar, auch ihre Phasen kann man dann im Teleskop sehen. Daten zur Venus Abstand zur Sonne 108 Millionen km Umlauf um die Sonne 225 Tage Äquatordurchmesser 12 100 km Eigenrotation (Venustag) 243 Tage (Tageslänge

grösser als das Venusjahr !!)

Die obere Venusatmosphäre im ultravioletten Licht (Foto: NASA)

Erde und Mond

Die Erde ist der dritte Planet von der Sonne aus gezählt. Er ist der einzige Planet des Son-nensystems der höheres Leben ermöglicht.

Die Erde aus der Sicht eines modernen Wet-tersatelliten mit Blick auf den afrikanischen Kontinent (Meteosat – ESA)

Daten zur Erde Abstand zur Sonne 149-152 Millionen km Umlauf um die Sonne 365,25 Tage Äquatordurchmesser 12 750 km Eigenrotation (Erdtag) 23 Std, 56 min

nicht 24 Std !!

Der Mond

Die Rotationsdauer des Mondes ist gleich seiner Umlaufdauer um die Erde, also 29 1/2 Ta-ge, man spricht von einer gebundenen Rotation. Da der Mond eine elliptische Umlaufbahn beschreibt, also während seines Umlaufes unterschiedliche Geschwindigkeiten hat, sehen wir mehr als 50 % seiner Oberfläche. Diese sogenannte Libration läßt uns 59 % der Oberflä-che beobachten.

Der Mond hat das 0,008fache der Erdmasse, er entfernt sich pro Jahr um 12,5 cm von der Erde.

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Beobachtbare Phänomene

Die Mondphasen: Neumond, erstes Viertel, Vollmond und letztes Viertel erklärt sich durch die Stellung des Mondes zur Erde und zur Sonne. Terminator (lat. Abgrenzung) nennt man die Grenzlinie zwischen der beleuchte-ten und der unbeleuchteten Mondoberfläche. Das sogenannte aschgraue Mondlicht ent-steht durch die Rückstrahlung des Sonnen-lichtes in der Erdatmosphäre.

Der Mond hat keine Atmosphäre, deshalb gibt es auch keine Dämmerungszonen.

Maria: Dunkle, große Flecken, ausgedehnte Tiefebenen. Sie sehen wie Meere aus und wur-den deshalb von Galileo so bezeichnet. Die Gebiete heißen Oceanus, Sinus (Bucht), Lacus (See) oder Palus (Sumpf). Terrae: Hochländer mit zerklüfteten Landschaften und Bergen.

Krater: Hauptsächlich Meteoriteneinschläge und nur wenige erloschene Vulkane. Viele Kra-terwälle sind recht flach, ihre Wände sind nicht sehr hoch. Sie erscheinen nur deshalb so, weil der Schattenwurf durch das Sonnenlicht sehr schräg verläuft.

Mondmaria und Krater in einer Aufnahme des 2.2m Teleskops auf dem Calar Alto (MPI)

Strahlensysteme: Verstreuter Staub, welcher bei einem Einschlag eines Meteoriten aus dem entstehenden Krater herausgeschleudert wurde. Die Zentralberge der Krater entstan-den durch den Rückstoß des Mondbodens bei Meteoriteneinschlägen. Daten zum Mond Abstand zur Erde 350 000 – 406 000 km Umlauf um die Erde 29Tage Äquatordurchmesser 3500 km Rotation (Mondtag) 27.5 Tage

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Mars

Mars ist der erste äußere Planet mit einer Umlaufzeit von 688 Tagen um die Sonne. Seine rote Farbe verdankt er seinem eisenhaltigen Gestein (Rost!). Mars hat eine sehr dünne At-mosphäre (CO2), die Fluchtgeschwindigkeit beträgt 5 km/sec, gerade genug, um ein paar wenige Wolken zu erhalten. Wolken und Staubstürme sind im großen Teleskop zu beobach-ten. Mars hat eine recht exzentrische Umlaufbahn, was zu starken Klimaränderungen führt.

Pole und Permafrostboden: Mars besitzt vereiste Polkappen aus Wassereis und gefrore-nem Kohlendioxyd. Im Lauf eines Marsjahres wachsen oder vermindern sich diese Eiskap-pen. Im Marssommer entweicht das Kohlendioxid in die Atmosphäre, die Eiskappe verringert sich. Im Permafrostboden, welchen man auf einen Kilometer Dicke schätzt, sollen sich e-norme Wasserreservoire befinden. Würden sie schmelzen, wäre der Mars mit einem Ozean bedeckt, welcher bis zu 100 m tief wäre.

Dunkle Zonen mit braun-grünen Details: Es handelt sich um Hochländer, Tiefebenen, die von Schiaparelli eingeführten "canali", fälschlicherweise als Kanäle übersetzt, existieren nicht (sie waren eine optische Täuschung). Auf dem Mars gibt es ausgedehnte Tiefebenen, Krater und Vulkane. Der größte Vulkan im Sonnensystem, der Olympus Mons, hat eine Höhe von 26 km.

Links: Marskanäle nach P. Lowell und Rechts: Der Marsvulkan Olympus Mons (Basis-durchmesser. 600km, NASA)

Die Marsoberfläche (Foto: Viking II / Nasa)

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Die Suche nach Leben auf Mars: Seit 1963 wird der Mars systematisch mit Raumsonden erforscht. Die Landungen der Viking und Pathfinder-Sonden haben Bilder von der Oberfläche geliefert, die an irdische Wüsten erinnern. Leben wurde in dieser dünnen Kohlendioxid-Atmosphäre bei Temperaturen von – 50 bis + 10 Grad Celsius allerdings noch nicht gefun-den. Dennoch ist es möglich, dass an Orten, wo z.B. vor Jahrmillionen Wasser geflossen ist, noch Leben oder die Überreste davon entdeckt werden können.

Leider gab es im Jahr 1999 zwei Rückschläge für die Marsforschung. Der Verlust des Clima-te Orbiters und des Polar Landers waren „verheerend“ für die Marsforschung und für das Ansehen der NASA und der Raumfahrttechnik allgemein. Es hat sich erwiesen, dass die Technik keineswegs routiniert im Griff der Wissenschaftler ist. Ein Flug zu fremden Plane-ten, erst recht eine Landung auf deren Oberfläche, ist noch immer ein sehr teures, riskantes Unternehmen, vergleichbar mit den Fahrten der großen Entdecker über die Ozeane vor ei-nigen hundert Jahren.

Das Interesse der ständig anwachsenden Bevölkerungszahl auf der Erde an unserem nächs-ten Nachbar im All ist nur verständlich, bedenkt man die Möglichkeiten die der Mars bietet. Er könnte als Rohstoffquelle dienen und wird vielleicht einmal der erste Außenposten einer überbevölkerten Erde sein. Die unbemannten Forschungsmissionen der nächsten Jahrzente könnten ein erster Schritt sein um dieses noch utopische Ziel zu erreichen. Erst Recht gilt das für eine eventuelle bemannte Marsmission. Die erste Landung von Menschen auf dem Mars ist vorsichtig für das Jahr 2019 avisiert, genau 50 Jahre nach der Landung auf dem Mond. Daten zum Mars Abstand zur Sonne 206 – 250 Millionen km Umlauf um die Sonne 688 Tage Äquatordurchmesser 6 800 km Eigenrotation (Marstag) 24 h und 35 min

Der Asteroidengürtel, Kleinplaneten, Planetoiden, Asteroiden

Zwischen den Umlaufbahnen des Mars und Jupiter liegt der Asteroidengürtel, er besteht aus unzähligen kleineren Gesteinsbrocken (mehrere hundertausend, der größte hat einen Durch-messer von ca. 1.000 km) und Staub. Von allen bekannten Asteroiden kann man einzig die Vesta mit dem bloßen Auge erkennen. Sie ist dann allerdings ein winziges Pünktchen, nicht zu unterscheiden von den sie umgebenden Sternen.

Mehrere Asteroiden wurden von Raum-sonden mittlerweile fotografiert und un-tersucht. Es sind sehr unregelmäßig geformte Felsbrocken mit vielen Kra-tern. Es gibt eine Organisation namens Spacewatch, welche sich um die Erfas-sung der vielen einzelnen kleineren Planeten und dunklen Körper in unse-rem Sonnensystem beschäftigt, um eventuelle Kollisionen mit der Erde vor-hersagen zu können.

Der Planetoid Idas mit seinem Mond Daktyl (Foto: Raumsonde Galileo – Na-sa)

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Jupiter

Jupiter ist der größte Planet unseres Sonnensystems, er beinhaltet ca. 1/1.000 der Sonnen-masse. Für eine Umrundung der Sonne benötigt er 11.9 Jahre, seine Rotation beträgt knapp 10 Stunden im Äquatorbereich (Jupitertag).

Der Riesenplanet Jupiter mit Schattenwurf eines Mondes, Aufnahme der Raumsonde Galileo – NASA)

Da Jupiter mehr oder weniger nur eine Gaskugel ist, rotiert der Planet – ähnlich wie die Son-ne – differenziell. Die Rotationszeit an den Polen beträgt deshalb etwa 18 Stunden.

Die Oberfläche des Jupiter (sofern er eine hat), kann nicht beobachtet werden. Eine dicke Atmosphäre aus Wasserstoff und Helium bildet bizarre Wolkenformationen.

Beobachtbare Phänomene

Der Große Rote Fleck (GRF): Er befindet sich auf der Südhalbkugel des Jupiter und hat die Ausmaße von 30.000 x 14.000 km. Man glaubt im GRF einen permanent tobenden Hurrikan mit Windgeschwindigkeiten bis zu 1.000km/h zu sehen, welcher durch Konvektion aus dem Innern des Jupiter gespeist wird.

Wolkenbänder: Man unterteilt sie in mehrere (bis zu 18) Formationsbänder je nach Lage von der nördlichen Polarregion bis zur südlichen Polarregion. Die zwei wichtigsten Haupt-bänder (NÄB, SÄB) befinden sich oberhalb und unterhalb des Äquators. NÄB zeigt faszinie-rende Einzelheiten und ist dominierend. Das SÄB ist dagegen viel veränderlicher, es kann ganz undeutlich und verschwommen werden.

Daten zum Jupiter Mittlerer Abstand zur Sonne 780 Mio km Umlauf um die Sonne 11.9 Jahre Äquatordurchmesser 143 000 km Eigenrotation (Jupitertag) knapp 10 Stunden, differenziell

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Die vier galileischen Monde des Jupiter

Das Bild zeigt einen Größen-vergleich der vier Galilei-schen Monde zum Jupiter (Fotomontage: NASA)

Bereits im Fernglas sind Io, Europa, Ganymed und Callisto zu beobachten. Ihre Umlaufbah-nen um Jupiter verläuft in der Äquatorebene des Planeten, so dass Bedeckung und Schat-tenwurf zu beobachten ist. Jupiter hat mindestens 63 Monde.

Einige Forschungsergebnisse zu den Hauptmonden aus Sicht von Raumsonden

Seit einigen Jahren richtet sich das Hauptaugenmerk der Forscher auf die vier großen Jupi-termonde. Viele unbeantwortete Fragen, viele unverstandene Erscheinungen vor allem hin-sichtlich der Oberflächen der vier großen Monde, gab es nach dem Vorbeiflug der Voyager-Sonden in den achtziger Jahren zu untersuchen. Daher wurde die GALILEO-Sonde der Na-sa entwickelt, sie umkreist seit 1995 den Jupiter und untersucht die Monde. Erst 1999 zeich-net sich ein Bild ab, das es ermöglicht, alle sonderbaren Erscheinungen und Landschafts-formen auf den Jupitermonden zu erklären. Der Schlüssel zu den Rätseln sind die Wechsel-wirkungen der Gravitation und der Magnetfelder unter den Monden und zwischen ihnen und Jupiter. Je näher ein Mond dem Jupiter ist, desto stärker sind die dadurch ausgelösten Effek-te.

Callisto, der äußerste Galileiische Mond

Callisto ist eine Gesteinskugel mit einem Mantel aus Eis. Wahrscheinlich erkaltet bis in den Kern. Denn durch nichts wird sein Inneres noch erhitzt. Auf der dunklen, von Staub bedeck-ten Oberfläche sieht man weißes Eis hervortreten, wo Meteoriten einschlagen. Der Staub wurde im Laufe von Jahrmillionen in der Jupiterumgebung verteilt. Hauptsächlich durch Zu-sammenstöße zwischen kleinen Monden, durch Ios Vulkane und durch Kometen. Er hat sich auf den Mondoberflächen niedergeschlagen. Je länger die Oberfläche sich nicht verändert hat, desto dunkler ist sie also durch den Staub. Callisto hat die dunkelste Oberfläche unter den vier großen Jupitermonden. Eventuell ist unter der obersten, festen, staubbedeckten Eisschicht noch eine dünne Wasser- oder „Schneematschlage“ zu finden. Von einem "wahr-scheinlichen Ozean" zu sprechen ist vielleicht übertrieben. Die Ursache einer solchen even-tuell nicht völlig gefrorenen Schicht zwischen Gestein und Eismantel wird weiter unten be-schrieben.

Ganymed, dritter Mond

Ganymed ist - ebenso wie Callisto - eine Gesteinskugel mit einem Mantel aus Eis. Doch auf Ganymed wirken die Gravitationskräfte des Jupiter und der anderen Monde stärker. Dadurch entstehen "Gezeiten" wie auf der Erde (Ebbe und Flut), die den Mond und vor allem seinen

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hunderte km dicken Eismantel, der um die Gesteinskugel liegt, in die Länge zieht, wie Knet-masse verformt. So entsteht Reibungswärme, dadurch könnte die Eisschicht an der Grenze zwischen Gestein und Eis geschmolzen sein. Ob es sich um eine Art "Schneematsch" han-delt oder ob die Wärmezufuhr gar ausreicht, um einen Ozean aus flüssigem Wasser entste-hen zu lassen, ist die Frage, welche im Jahr 2000 durch mehrere Vorbeiflüge der Galileo-Sonde beantwortet werden soll.

Europa, zweitnächster Mond zu Jupiter

Europa ist der sicherste Kandidat für einen richtigen Ozean unter einer hundert Kilometer dicken Eisschicht. Vor allem aufgrund der nachfolgenden Indizien gilt ein Ozean unter der Eisdecke von Europa als nahezu 100% sicher:

Oberflächenstrukturen : Europa´s Eismantel ist nicht so stark von dunklem Staub bedeckt wie bei Ganymed und Callisto, die Oberfläche ist also jünger. Darauf deuten auch Kraterzäh-lungen. Europa erscheint merkwürdig frisch und hell, die Oberfläche scheint in langsamer, stetiger Veränderung begriffen.

Schon bei den ersten nahen Passagen von Galileo wurde auf hochaufgelöste Aufnahmen der merkwürdigen Rillen im Eispanzer gemacht. Die Überraschung war groß, als man Bil-der erhielt, wie sie ein Flugzeug über den gefrorenen Treibeisfeldern an den Erdpolen ma-chen könnte. Man sah eindeutig Eisschollen, Eisberge sowie gebrochene verschobene und dann wieder zusammen gefrorene Eisflächen.

Risse und Wellen im Eispanzer des Jupi-termondes Europa (Foto: Raumsonde Gali-leo – NASA)

Mögliche Erklärung: Durch die Nähe zu Jupiter und Io wirken deren Gezeitenkräfte sehr stark auf Europa. Mittlerweile glaubt man, daß die Risse in der Eiskruste durch Gezeiten im Ozean unter dem Eis verur-sacht werden. Wellenberge von 50 – 100m Höhe wölben und brechen die darüberlie-gende Kruste in immer wiederkehrenden Intervallen, was zu den gefundenen Bruch-mustern passen würde.

Magnetfeld: Erst im Januar 2000 wurden die letzten Magnetfeldmessungen gemacht. Zu-sammen mit früheren Messungen läßt sich ein Magnetfeld feststellen, das am Äquator seine Pole hat. Diese ändern sich immer wieder. Die gemessenen Stärken lassen sich nur durch einen Dynamoeffekt mit einem Ozean aus flüssigem, elektrisch leitendem Salzwasser zwi-schen dem Gesteinskern und einer 100km dicken Eisschicht erklären. Die Vermutung, daß sich in diesem Ozean auf Europa Leben gebildet haben könnte, wird derzeit weiter gestärkt.

Der Fund von Bakterien in einem ewig dunklen See viele Kilometer unter dem Eis der Ant-arktis der Erde beweist, daß auch unter den Bedingungen, die auf Europa herrschen, primi-tives Leben existieren könnte.

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Io, der innerste Mond

Io, der „Pizzamond“ (Aufnahme Foto: Ga-lileo – NASA)

Io ist der wohl farbenprächtigste Körper im Sonnensystem. Und der vulkanisch aktivste. Io wird von Jupiter, Europa und Ganymed´s Anziehung dermaßen „durch-geknetet“, dass sein Inneres bis auf eine dünne Kruste glutflüssig ist. Wo diese dünne Kruste aufbricht, tritt ungewöhnlich heiße Lava hervor. Etliche Vulkane schleudern ihr Material bis zu 400 km hoch. Veröffentlichungen der NASA von Januar 2000 zeigen ein weiteres Phäno-men: eine Art "Polarlichter", die in ver-schiedenen Farben den gesamten Mond umgeben. An den Polen scheinen sie rot, um den Äquator intensiv blau und grün.

Die Lichteffekte sind auf die Wechselwirkungen in den Magnetfeldern die sich zwischen Io und Jupiter aufbauen, zurückzuführen. Ebenso spielen die geladenen Teilchen aus den Vul-kanausbrüchen eine Rolle. Saturn

Der Saturn hat annähernd die Größe Jupiters, seine Umlaufzeit um die Sonne beträgt 29,5 Jahre. Seine Rotation beträgt 10 Stunden (Saturntag).

Der Ringplanet Saturn, Aufnahme des Hubble Space Teleskopes (NASA)

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Oberfläche: Saturn ist ein Gasriese wie Jupiter, aber doppelt so weit von der Sonne ent-fernt. Deshalb sind in den Wolkenformationen die Strukturen weißlich, verwaschen, nicht so gut strukturiert wie die Wolkenformationen auf Jupiter. Für Amateure mit größeren Telesko-pen untergliedert sich die Saturnatmosphäre in helle Zonen, dunkle Bänder parallel zur Ä-quatorrichtung. Am Äquator sieht man ein helles Band. Daran schließen sich nach oben wie nach unten dunkle Bänder. Die Pole sind dunkel bis grau. Da die Saturnatmosphäre keine oder nur selten Flecken zeigt, ist die Rotationsdauer schlecht messbar.

Saturnringe: Erst im 17. Jhd. von Christian Huygens wurde die tatsächliche Natur des "drei-fachen Planeten" erkannt. Die Ringe schweben "frei" in der Äquatorebene des Saturns. Ä-quator und Ringe sind um 27° gegen die Bahnebene geneigt. Das führt während der 29-jährigen Umlaufbahn zur unterschiedlichen Perspektive auf die Ringe. Mal sind sie stark ge-öffnet, mal schaut man direkt auf die Ringkante.

Cassini-Teilung: 1675 entdeckt Cassini die Teilung der Ringe. Insgesamt enthalten die Ringe Tausende von Einzelringen (wie die Rillen einer Schallplatte), selbst die Cassini-Lücke be-steht aus Ringsegmenten.

Saturnmonde: Von den derzeit 60 Monden des Saturn können die Monde Tethys, Dione, Rhea, Japetus und Titan im Amateurteleskop beobachtet werden. Daten dafür gibt es in je-dem astronomischen Jahrbuch, bzw. jeder entsprechenden Planetariumssoftware.

Titan ist der einzige Mond im Sonnensystem mit einer dichten, von Wolken verhangenen Atmosphäre, die den Blick auf die Oberfläche versperrt. Es werden Seen oder Meere von unbekannter chemischer (aber wahrscheinlich hochgiftiger) Zusammensetzung erwartet. Klarheit bringt die Cassini-Sonde, eine mehrere Tonnen schwere Raumsonde, so groß wie ein Bus, die 2004 an Saturn eintrifft. Daten zum Saturn Mittlerer Abstand zur Sonne 1.400 Milliarden km Umlauf um die Sonne 29.5 Jahre Äquatordurchmesser 120 000 km Eigenrotation knapp 10 Stunden, differenziell

Uranus

Uranus ist ebenfalls ein Gasriese aus Wasserstoff, Helium und Methan 27 Monde umkreisen Uranus. Auch Uranus hat – ähnlich dem Saturn – ein allerdings schwach ausgepräg-tes Ringsystem, welches von der Erde aus aber nicht beob-achtbar ist. Uranus ist im Gegensatz zu Jupiter und Saturn in den oberen Gasschichten völlig strukturlos.

Daten zum Uranus Mittlerer Abstand zur Sonne 2.85 Milliarden km Umlauf um die Sonne 84 Jahre Äquatordurchmesser 51 000 km Eigenrotation 15.6 Stunden

Uranus und seine 5 grossen Monde. Fotomontage Voyager II (NASA)

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Neptun

Neptun ist ein Zwillingsbruder des Uranus, jedoch blau gefärbt von Methangasen. Er wird von 13 Monden umkreist. Der interes-santeste ist Triton, da er eine Art „Eisvukla-nismus“ bei Temperaturen um –200 Grad aufweist. So ähnlich wie Triton dürfte auch der etwa gleich große Pluto aussehen. Auch Neptung wird von einem schwach ausge-prägtem Ringsystem umgeben. Daten zum Neptun Mittlerer Abstand zur Sonne 4.5 Milliarden km Umlauf um die Sonne 164.8 Jahre Äquatordurchmesser 50 000 km Eigenrotation 18.4 Stunden

Neptun, Aufnahme von Voyager II - Foto: NASA

Pluto

Pluto ist der letzte Planet2 unseres Sonnensystems mit einer Umlaufzeit von 248 Jahre. O-berflächendetails sind nicht zu beobachten, allerdings ist es reizvoll auf Fotografien die schwach scheibchenförmige Struktur unter den punktförmigen Sternen sichtbar zu machen. Fotografisch können über mehrere Tage die Bahnbewegungen verfolgt werden. Im Jahr 2006 wurde eine Raumflugmission – New Horizon - gestartet, die Reisezeit wird knapp 10 Jahre betragen!

Erst vor einigen Jahren wurde ein Mond des Pluto entdeckt. Die Astronomen nannten ihn Charon. Heute kennt man 3 Monde

Abstand zur Sonne 4.3 (min) bis 7.4 Milliarden kmUmlauf um die Sonne 247.7 Jahre Äquatordurchmesser 2300 km Eigenrotation 6.4 Tage

Pluto hat eine sehr starke elliptische Bahn um die Sonne, die ihn während des Sonnenum-laufes näher an die Sonne bringt als Neptun. So wird er zeitweise zum 8. Planeten.

Kometen

Ein Komet besteht aus Kern, Koma und Schweif, welcher immer von der Sonne wegzeigt. Der Kern ist ein Eisbrocken von 1 – 50 km Durchmesser, mit Staub und Felsen verdreckt, der von ganz weit draußen kommt. Sobald er sich der Sonne nähert, verdampft das Eis und reißt Staub mit sich. So entsteht die Koma. Sie wird vom Sonnenwind nach hinten getrieben,

2 Lesen Sie zum Pluto bitte den Abschnitt am Ende des Scriptes

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Der Schweif bildet sich. Er unterteilt sich in Staub- und Gasschweife. Der Staubschweif leuchtet durch Reflektion des Sonnenlichtes, die Gasschweife hingegen werden durch die Sonnenenergie zum Eigenleuchten (Resonanzleuchten) gebracht.

Als Herkunftsort aller Kometen gilt die soge-nannte Oortsche Wolke in ca 1/2 bis 2 Licht-jahren Entfernung. Man kann sie sich als eine kugelförmige Schale vorstellen, die weit au-ßerhalb um die Sonne kreist. Nach modernen Vorstellungen soll sie mehrere 100 Millionen „Rohkometen“ enthalten.

Der Komet Hyakutake (Foto: W.Paech)

Zur Entstehung unseres Sonnensystems

Zur Entstehung des Sonnensystems gab und gibt es verschiedene Theorien. Die im Moment modernste erklärt sich aus Gesetzmäßigkeiten, die wir heute im Sonnensystem beobachten:

• Die fast kreisförmigen Bahnen der Planeten liegen alle annähernd in einer Ebene.

• Die meisten Planeten und Monde haben gleichen Umlaufsinn, der mit der Rotation der Sonne übereinstimmt.

• Die Sonne vereinigt fast die gesamte Masse des Sonnensystems, auf alle anderen Kör-per des Sonnensystems entfallen nur 1/750 der Gesamtmasse.

• Die Sonne besitzt nur 2% des Drehimpulses des Systems, 98% des Drehimpulses entfal-len auf die Umlaufbahnen der Planeten um die Sonne.

• Planeten mit großen Massen und geringen Dichten bewegen sich im äußeren Bereich des Sonnensystems (Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun). Kleine Planeten mit großen Dichten befinden sich im inneren Bereich (Merkur, Venus, Erde und Mars).

Moderne Vorstellung zur Entstehung:

Eine interstellare Gas- und Staubwolke beginnt durch einen äußeren Einfluss (z.B. Schockwelle einer Supernova) zu kontrahieren. Bildung eines Protosternes im Kern der Wolke, der beginnt zu rotieren. Je stärker die Kontraktion unter dem Einfluss der Schwerkraft, desto schneller die Rotation (Pirouette einer Eisläuferin, die je nachdem ob Arme ausgestreckt oder angewinkelt langsam oder schnell rotiert).

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Abgabe von Materie durch die Rotation in eine scheibenförmige Anordnung um die Ur-sonne. Magnetfelder übertragen den Drehimpuls auf die Scheibe (solche Protosterne kann man heute beobachten).

Dichteschwankungen in der Scheibe und chemische Reaktionen lassen Protoplaneten kondensieren. Langsame Entstehung fester, sich immer weiter vergrößernder Partikel (Planetesimale). Unterschiedliche chemische Zusammensetzung und Dichte der Kon-densationsprodukte in Abhängigkeit der Sonnenentfernung.

Die Abbildung zeigt die Reihenfolge und die maßstäblichen Größenverhältnisse zwischen der Sonne und den Planeten (nicht die maßstäblichen Abstände)

Kollisionen und Verschmelzungen benachbarter Partikel (Akkredition) bilden langsam größere Körper. Sie bilden eigene Gravitationsfelder.

Die Gravitation der größten Brocken zieht immer mehr Materie an. Aufschlag von kleine-ren Brocken auf den größeren und Verschmelzung mit diesen.

Irgendwann ist die Dichte im Sonnenkern so hoch, dass dort die Kernprozesse einsetzen. Der entstehende Sonnenwind „bläst“ die Reste des solaren Urnebels nach außen.

PLANETEN

Sonnenferne Planeten konnten wegen ihrer großen Masse viel Wasserstoff und Helium des solaren Urnebels an sich binden. Sonnenahe Planeten konnten wegen ihrer geringen Masse diese Urmaterie nicht binden. Die heutige Atmosphäre der Erde stammt nicht aus dem sola-ren Urnebel, sondern ist ein Produkt aus Entgasung der Erdrinde und durch Vulkanausbrü-che. Kleine Planeten wie der Merkur können durch zu geringe Gravitation die entstehende Atmosphäre nicht binden.

MONDE

Viele kleine Monde sind wahrscheinlich eingefangene Planesimale. Die größeren (Jupiter) haben wahrscheinlich eine ähnliche Entstehung wie die inneren Planeten.

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PLANETOIDEN

Planetesimale, deren Wachstum durch die Gravitation des Jupiters verhindert wurde.

KOMETEN

Planetesimale in den äußeren Bereichen des Sonnensystems, aus denen sich keine größe-ren planetaren Körper bilden konnten. Man vermutet, dass sie aus ziemlich unveränderter Urmaterie des solaren Nebels bestehen.

Die Titius - Bode Reihe Die Titius – Bodesche Reihe ist eine einfache numerische Beziehung, mit der sich nähe-rungsweise die Abstände der Planeten von der Sonne berechnen lassen. Sie stammt von Daniel Titius (1729 – 1796) und wurde 1772 von Johan Elert Bode publiziert. Zur damaligen Zeit galt sie nur bis zum Saturn, Uranus wurde erst 1781, Neptun kurze Zeit später und Pluto erst 1931 entdeckt. Bode nahm eine Zahlenreihe von 0, 3, 6, 12, 24, 48 96, 192 ... und addierte zu jeder Zahl den Wert von 4. So ergibt sich: 4, 7, 10, 16, 28, 52, 100, 196 usw. Setzt man den dritten Planeten, die Erde – zu 10 und gibt die Entfernung zur Sonne in astronomischen Einheiten (Erde = 1 AE = 149 597 870 Kilome-ter), so ergibt sich folgende Tabelle: PLANET berechnete Entfernung

in AE gemessene Entfernung in AE

Merkur 0.4 0.39 Venus 0.7 0.72 Erde 1.0 1.00 Mars 1.6 1.92 Planetoiden 2.8 2.90 Jupiter 5.2 5.20 Saturn 10.0 9.54 Uranus 19.6 19.2 Neptun 38.8 30.1 Pluto 77.2 39.5 Zur Zeit der Publikation war die die Reihe bei 2.8 offen, dort befand sich kein Planet. Geziel-te Beobachtungen brachten 1801 den Erfolg, dort wurde der erste Planetoid – die Vesta – entdeckt. Auch der 1781 entdeckte Uranus fügt sich in diese Reihe. Neptun passt schon kaum noch und Pluto fällt völlig heraus, dies zeigt auch schon seine extrem exzentrische Umlaufbahn um die Sonne. Ob die Titius – Bode Reihe Zufall ist, oder einen physikalischen Hintergrund zur Zeit der Ent-stehung des Sonnensystems hat, ist ungeklärt. Allerdings fügen sich auch viele der großen Monde von Jupiter, Saturn und Uranus in diese Reihe.

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Mini- und Maximal Temperaturen und Atmosphären der Objekte des Sonnen-systems Objekt

Temperatur, min. [ Grad Celsius ]

Temperatur, max [ Grad Celsius ]

Atmosphäre

SONNE + 5.500 + 15 x 106 Wasserstoff, Helium Merkur - 180 + 425 --- (Natrium) Venus + 460 + 460 Kohlendioxid Erde - 90 + 58 Sauerstoff, Stickstoff Mond - 173 + 127 --- Mars -145 + 20 Kohlendioxid Jupiter - 180 + 20 000* Wasserstoff, Helium

(Methan, Ammoniak) Saturn - 200 + 12 000* Wasserstoff, Helium Uranus - 210 + 6 000* Wasserstoff, Helium Neptun - 210 + 6 000* Wasserstoff, Helium Pluto -228 -210 ? ? ? (Methan) * dies sind aus Strahlungsmessungen geschätzte Temperaturen im Kernbereich der Gaspla-neten. Der absoluter Nullpunkt des Weltalls liegt bei –273 Grad Celsius

Masstäbliches Modell des Sonnensystems Objekt Durchmesser

[mm] Vergleich Abstand zur Sonne

[in Meter] SONNE 300 Fußball --- Merkur 1 Stecknadelkopf 12 Venus 2.5 Pfefferkorn 23 Erde 3 Pfefferkorn 32 Mars 1.5 gr. Stecknadelkopf 49 Jupiter 30 Tischtennisball 167 Saturn 26 Tischtennisball 300 Uranus 10 Murmel 600 Neptun 10 Murmel 900 Pluto 1 Stecknadelkopf 1 300 Alpha Centauri 300 Fußball 1. 630 000 (1.630 km) Alpha Centauri ist der unserer Sonne nächstgelegene Fixstern in einer Entfernung von 4.2 Lichtjahren. In unserem Modell wäre der Stern ebenfalls Fußballgroß und stände in etwa 1.6 Millionen Kilometer! 1 Lichtjahr entspricht der Strecke in Kilometern, die das Licht bei 300 000 km/s in einem Jahr zurücklegt. 300 000 km x 60 x 60 x 24 x 365 = 9 480 000 000 000 km = 9.5 Billionen Kilometer oder 9.5 x 1012 Kilometer.

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Neues zum Pluto. Der 24. August 2006 war ein „schwarzer Tag“ für den Planeten Pluto. An diesem Tag entzog die Internationale Astronomische Union (IAU = internationales Gremium, welches u.a. für Namensgebung astronomischer Objekte zuständig ist) dem Pluto den Begriff Planet und ordnete Pluto den Oberbegriff Zwergplanet zu. Übrigens auch ein schwarzer Tag für die Lei-tenden der Raummission New Horizon, die fortan keine Planetenmission, sondern „nur noch“ eine Zwergplanetenmission leiten. Der Grund dafür war der folgende: In den Jahren vor 2006 wurden im äußeren Sonnensys-tem mehrere Plutogroße Objekte entdeckt, von denen einer sogar größer im Durchmesser als der Pluto ist. Inzwischen wurden einige mehr entdeckt. Diese Region des Sonnensys-tems nennt man übrigens nun den Kuiper Gürtel. Da mit zunehmender Instrumententechnik zu erwarten ist, dass in den kommenden Jahren weitere dieser Körper entdeckt werden und man vermeiden will, dass das Sonnensystem dann aus 20 oder 30 Planeten besteht, wurde die Namensbezeichnung Planet neu definiert. Wer möchte kann hier http://de.wikipedia.org/wiki/Zwergplanet mehr darüber lesen. © 2009 Wolfgang Paech Surftipps: http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnensystem und von dort aus weiter zu den einzelnen Planeten