Astronomie - Spielkisten

„Mein Papa liest vor … und meine Mama auch!“
Zum Vorlesen und
Austauschen für Kinder
ab 8 Jahren!
Astronomie
Text von Kristen Lippincott
Unser Sonnensystem
KENNST DU EIGENTLICH UNSER SONNENSYSTEM?
Das Sonnensystem ist eine Anordnung von Planeten, Monden und kleineren
Trümmern, die um die Sonne kreisen, und wird von deren Schwerkraft
zusammengehalten. Vermutlich entstand es aus einer gigantischen Gas- und
Staubwolke, die sich vor etwa 5 Milliarden Jahren unter dem Einfluss der Schwerkraft
verdichtete. Die Planeten unseres Sonnensystems teilt man in zwei Gruppen ein.
Die vier sonnennächsten nennt man erdähnlich oder terrestrisch (von lat. terra für
„Erde“). Sie sind relativ klein, von hoher Dichte und haben eine feste Oberfläche.
Die vier äußeren Planeten bezeichnet man als jupiterähnlich oder iovianisch (von lat.
iovis für „Jupiter"), weil sie wie Jupiter vorwiegend aus Gasen und Flüssigkeiten
bestehen. Zwischen Mars und Jupiter im Asteroidengürtel und hinter Neptun im
Kuipergürtel kreisen kleine Himmelskörper und Zwergplaneten.
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„Mein Papa liest vor … und meine Mama auch!“
GRÖSSENVERHÄLTNISSE
Die Sonne ist mit 1,392 Mio. km Durchmesser fast zehnmal größer als Jupiter, der
größte Planet, in dessen Volumen sich alle anderen Planeten unterbringen ließen.
Auf der Abbildung oben sind Planeten und Sonne im richtigen Größenverhältnis
dargestellt. Die Planeten, deren Umlaufbahnen näher bei der Sonne liegen als die
der Erde, bezeichnet man als innere Planeten. Die anderen nennt man die äußeren.
Die vier relativ kleinen, sonnennahen Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars haben
geringere Massen als die vier nächstäußeren, sind jedoch erheblich dichter. Jupiter,
Saturn, Uranus und Neptun umkreisen die Sonne in größerem Abstand und sind
auch voneinander weit entfernt.
UMLAUFBAHNEN
Einige Planeten, darunter die Erde, umrunden die Sonne auf fast kreisförmigen
Ellipsen. Andere folgen langgestreckten elliptischen Bahnen. Hier sind die Umlaufbahnen in zwei Gruppen jeweils etwa maßstäblich dargestellt. Die Entfernung der
Planeten von der Sonne gibt man meist in Astronomischen Einheiten (AE) an.
1 AE entspricht mit 149,6 Mio. km dem mittleren Abstand zwischen Sonne und Erde.
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„Mein Papa liest vor … und meine Mama auch!“
Die Sonne
Seit je gilt die Sonne als Lebensspenderin und Treibkraft allen Geschehens auf der
Erde. Sie ist das Zentrum unseres Sonnensystems und damit „unser Stern“. Die
Sonne besitzt keine dauerhaften Strukturen, weil sie gasförmig ist – sie besteht
hauptsächlich aus Wasserstoff. Die Temperatur auf der sichtbaren Oberfläche – der
Fotosphäre – beträgt etwa 5500 °C. Oberhalb der Fotosphäre befinden sich heißere
Gasschichten – die Chromosphäre und die Korona. Das dünne Gas der Korona ist
ungefähr 1 Million Grad heiß. Mithilfe der Spektroskopie stellte man fest, dass die
Sonne hauptsächlich aus Wasserstoff besteht. In ihrem extrem heißen Kern herrscht
ein so enormer Druck, dass die Kerne der Wasserstoffatome zu Heliumkernen
verschmelzen. Bei diesem Vorgang, den man als Kernfusion bezeichnet, wird Masse
in Energie umgesetzt und es werden unvorstellbar große Energiemengen frei. Pro
Minute setzt die Sonne 240 Millionen Tonnen ihrer Masse in Energie um!
Mathematisch drückt man diesen Sachverhalt mit Einsteins berühmter Formel E=mc2
aus, wobei m für Masse, E für Energie und c für die Lichtgeschwindigkeit steht.
VORSICHT!
Trotz der großen Entfernung der Sonne von der Erde ist ihr Licht so intensiv, dass es
die Augen dauerhaft schädigt, wenn man direkt in die Sonne schaut, womöglich noch
durch ein Fernrohr. Galilei war sich dieser Gefahr wohl nicht bewusst, denn er
erblindete aufgrund häufiger Sonnenbeobachtung. Die Aufnahme oben entstand im
Kitt-Peak Observatorium in Arizona (USA). Hier reflektieren zwei Spiegel an der
Kuppel das Bild der Sonne auf einen dritten in der Beobachtungsfläche, sodass die
Helligkeit erträglich wird.
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„Mein Papa liest vor … und meine Mama auch!“
JAHRESZEITEN
Der Wechsel der Jahreszeiten beruht darauf, dass die Erdachse um 23,5°
gegenüber der Bahnebene geneigt ist. Ist die Südhalbkugel der Sonne zugewandt,
herrscht hier Sommer und auf der Nordhalbkugel Winter. Die unterschiedliche Höhe,
die die Sonne in den verschiedenen Jahreszeiten am Mittag erreicht, und die
wechselnde Tageslänge haben dieselbe Ursache. Nah am Äquator sind diese
Änderungen deutlich geringer.
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„Mein Papa liest vor … und meine Mama auch!“
STRAHLENKRANZ
Als äußerste Schicht der
Sonnenatmosphäre reicht die
Korona Millionen von Kilometern in
den Weltraum. Sehen können wir
sie nicht, weil sie von der Helligkeit
des Himmels überstrahlt wird. Bei
einer totalen Sonnenfinsternis
jedoch wird sie als Kranz um den
dunklen Mond sichtbar (wie hier
1970 in Mexiko).
KORONASTRAHLEN
Gewaltige Bögen aus sehr heißen Gasen
wölben sich entlang von Magnetfeldlinien
über der Korona ins All. Sie sind etwa 30mal größer als die Erde. Diese Bilder im
extremen Ultraviolett nahm der Satellit
TRACE der NASA auf, der seit 1998 die
Sonne erforscht.
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„Mein Papa liest vor … und meine Mama auch!“
PROTUBERANZEN
Die Raumsonde SOHO (Solar-und Heliosphärenobservatorium) lieferte viele
Information über die Sonne. Diese Aufnahme von SOHO zeigt ultraviolettes Licht in
der Chromosphäre. Diese dicke Gasschicht liegt über der gelben Sonnenscheibe, die
man von der Erde aus sieht. Eine gewaltige Protuberanz erstreckt sich in die Korona.
Solche Ausbrüche dauern meistens nur wenige Stunden. Sie können zurückfallen
oder abbrechen und dabei Gase herausschleudern. Manchmal strömen riesige
Gasmengen von der Korona ins All. Wenn dieser koronale Massenauswurf die Erde
erreicht, kann er Magnetstürme erzeugen, sodass Polarlichter entstehen.
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SONNENFINSTERNIS
AUF DEN STANDORT KOMMT ES AN
Bei einer Sonnenfinsternis schiebt sich der Mond zwischen Sonne und Erde, sodass
diese für einige Zeit teilweise im Schatten liegt. Im gleichen Gebiet tritt eine totale
Sonnenfinsternis nur etwa alle 360 Jahre auf, weil der Mond einen sehr kleinen
Kernschatten wirft. Global betrachtet können jährlich allerdings mehrere
Sonnenfinsternisse auftreten.
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Der Mond
Der Mond ist als einziger natürlicher Satellit der Erde im Durchschnitt 384000
Kilometer von uns entfernt. Er leuchtet 2000-mal heller als die Venus und ist damit
nach der Sonne der hellste Himmelskörper. Auch ohne Teleskop erkennt man große
dunkle Flächen auf seiner Oberfläche. Frühere Beobachter hielten sie für Meere und
gaben ihnen Namen wie Meer der Ruhe (Mare Tranquilitatis). Heute wissen wir, dass
der Mond weder flüssiges Wasser noch eine Atmosphäre besitzt. Die Maria (Plural
von Mare) sind weite Tiefebenen, in die vulkanische Lava nach Meteoriteneinschlägen floss und erstarrte. Die Vulkane auf dem Mond erloschen vor ungefähr
2 Milliarden Jahren.
DER ERDE ZUGEWANDT
Der Mond wendet uns stets dieselbe Seite zu.
Von der Erde aus gesehen pendelt er auf seiner
elliptischen Umlaufbahn leicht hin und her (man
nennt dies Libration), sodass wir insgesamt ca.
59 % seiner Oberfläche sehen. Die rechts
gezeigte Karte (1647), die auch die Libration
berücksichtigt, erstellte der deutsche Astronom
Johannes Hevelius (1611-1687).
PHASEN DES MONDS
Die Mondphasen kommen dadurch zustande, dass Sonne, Erde und Mond ihren
Winkel zueinander ändern. Befinden sich Sonne und Mond auf entgegengesetzten
Seiten der Erde, wird die gesamte von der Erde aus sichtbare Seite des Monds von
der Sonne beschienen (Vollmond). Im umgekehrten Fall wird die für uns nicht
sichtbare Mondrückseite beschienen (Neumond).
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KRATERLANDSCHAFT
Da der Mond keine Atmosphäre hat, gibt es an seiner Oberfläche keine Verwitterung.
Die Mondkrater sehen deshalb heute noch genauso aus wie vor 3,5-4,5 Mrd. Jahren,
als sie durch Meteoriteneinschläge entstanden. Das Gipsmodell (unten) zeigt den
Kopernikus-Krater (Durchmesser: 90 km; Tiefe: 3352 m). In ihm erheben sich bis zu
10000m hohe Berge.
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GEZEITENTAFELN
Der Unterschied der Anziehungskräfte des Monds und der Sonne auf die ihnen zubzw. abgewandte Seite der Erde bewirkt die Gezeiten der Meere. Wenn bei Neuoder Vollmond Sonne, Erde und Mond etwa auf einer Geraden liegen, ist der
Gezeitenhub am größten (Springflut). Stehen Sonne, Erde und Mond im rechten
Winkel zueinander, ist der Hub geringer (Nippflut). Mit dem metallenen
„Nachschlagewerk“ von 1569 konnten Seefahrer die Gezeiten in einigen
europäischen Hafenstädten ermitteln.
SCHATTENSPIELE
Bei einer Mondfinsternis befindet sich die Erde zwischen Sonne und
Vollmond, sodass der Erdschatten auf diesen fällt. Eine Mondfinsternis
ist auf der gesamten Erdhalbkugel sichtbar.
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„Mein Papa liest vor … und meine Mama auch!“
AUF DER RICHTIGEN SPUR?
Ende der 1950er-Jahre gab es erstmals Bilder von
der Mondrückseite. Das rechts abgedruckte wurde
1969 von Apollo 11 aufgenommen. Ein Hauptziel
der Mondexpeditionen bestand darin, aus Proben
von Mondgestein Aufschluss über die Entstehung
des Monds zu erhalten. Untersuchungen ergaben,
dass Mondgestein eine ähnliche Zusammensetzung hat wie das der Erde. Es besteht hauptsächlich aus Silikaten, ist jedoch weniger eisenhaltig. Diese Entdeckung stützt die bekannteste
Theorie über die Entstehung des Monds: Ein
kleiner Planet so groß wie der Mars kollidierte
vermutlich vor ungefähr 4,5 Mrd. Jahren mit der
Erde. Trümmer von beiden Planeten wurden
herausgeschleudert und bildeten den Mond.
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Die Erde
Die Erde ist der einzige Planet in unserem Sonnensystem, auf dem die uns
bekannten Lebensformen existieren können. Ihr Wasserreichtum, die Sauerstoff und
stickstoffhaltige Atmosphäre sowie ein komplexes Wettergeschehen waren und sind
die Grundlage für die Entwicklung einer artenreichen Pflanzen- und Tierwelt. Seit
Jahrmillionen wandeln sich Kontinente und Meere, werden Gebirge aufgefaltet und
wieder abgetragen und verschieben sich Kontinentalplatten langsam in der
Erdkruste. Die Atmosphäre wirkt wie eine Decke. Sie gleicht Temperaturschwankungen aus und hält die Erde warm. Ohne diesen „Treibhauseffekt“ ist es auf
der Erde im Durchschnitt um 33°C kälter. In den letzten Jahrzehnten wurde ein
stetiger Temperaturanstieg gemessen. Gletscher und polare Eiskappen schrumpften.
Wahrscheinlich beruht diese schnelle Veränderung auf menschlicher Aktivität, bei der
zu viel Kohlendioxid und andere Treibhausgase in die Atmosphäre freigesetzt
werden.
IM LAUF DER ZEIT
Die Erdkruste besteht aus Platten, die sich langsam bewegen, weil unter ihnen
flüssiges Gestein in verschiedene Richtungen strömt. Wo die Platten
zusammenstoßen, werden hohe Gebirge aufgefaltet, die durch Verwitterung
allmählich wieder abgetragen werden (wie hier in den Anden).
Spür- und sichtbare Zeichen dieser geologischen Aktivität sind Erdbeben und
Vulkanausbrüche.
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BLAUER PLANET
Schon im 5. Jh. v.Chr. waren die griechischen Naturphilosophen überzeugt, dass die
Erde eine Kugel ist, und 200 Jahre später hatten sie dies geometrisch bewiesen.
Doch erst Ende der 1950er-Jahre entstanden Satellitenaufnahmen, die die Erde in
ihrer tatsächlichen Gestalt zeigen. Durch ihren Wasserreichtum unterscheidet sich
die Erde grundlegend von den anderen Planeten: Mehr als zwei Drittel der
Erdoberfläche sind von Ozeanen bedeckt. Erosion, Gezeiten, Wetter und die ganze
Vielfalt des Lebens – all dies wurde erst durch Wasser möglich.
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„Mein Papa liest vor … und meine Mama auch!“
LEBEN SPENDENE ATMOSPHÄRE
Die Atmosphäre ist rund 1000 km hoch, aber
nur in den unteren 10 km (der Troposphäre)
dicht genug, um Leben zu ermöglichen. Die
oberen Schichten schützen uns vor
schädlicher Strahlung von der Sonne und aus
dem Weltraum.
ATMOSPHÄRISCHE VERÄNDERUNGEN
Seitdem die Erde existiert, hat sich die
Zusammensetzung der Atmosphäre stark
verändert. Bis vor 3 Mrd. Jahren nahm ihr
Kohlendioxidanteil stark ab, während ihr
Stickstoffgehalt in ähnlichem Maß stieg. Der
Anstieg des Sauerstoffanteils geht auf die
Fotosynthesetätigkeit der Pflanzen zurück.
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LEBEN UND STERBEN
Zu den ersten Lebensformen gehörten auch Pflanzen. Sie nehmen Kohlendioxid auf
und geben bei der Fotosynthese Sauerstoff an die Atmosphäre ab. Dadurch
entstanden geeignete Bedingungen
für tierisches Leben, dessen frühe
Formen teilweise als Fossilien
erhalten sind. Änderten sich die
Lebensbedingungen, starben ganze
Tiergruppen aus wie vor 65 Mio.
Jahren die Dinosaurier.
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