Astro_Sonnensystem

Astronomie
NWT 9
GZG FN
Sonnensystem
Planeten
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Astronomie, Kl. 9
GZG FN W.Seyboldt
Überblick Sonnensystem
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Größenvergleich (Abstände nicht maßstabsgetreu)
Merkur, Venus, Erde Mars, (Asteroiden)
Jupiter, Saturn, Uranus Neptun (Kuipergürtel), Oortsche Wolke
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Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unseren Nachthimmel
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Mein Vater erklärt mir an jedem Sonntag unsere natürliche
kosmische Ordnung
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Astronomie, Kl. 9
GZG FN W.Seyboldt
Sonne Teil 1
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Beobachtet man die Sonnenoberfläche mit einem
geeigneten Fernrohr, kann man darauf eventuell
dunklere Flecken, sogenannte Sonnenflecken
ausfindig machen. Das sind Regionen, in denen die
Photosphäre kühler ist und daher weniger abstrahlt.
In der Nähe von Sonnenflecken können auch noch
kleinere hellere Gebilde auftreten, sogenannte Fackeln.
Die Sonnenflecken hängen mit dem Magnetfeld der Sonne zusammen und
dürften eine Art "Magnetfeldröhre" sein, deren eine Schleife durch die
Sonnenoberfläche bricht. Daher kommen Sonnenflecken auch häufig
paarweise vor (Austritts- und Eintrittspunkt der Röhre).
Sonnenflecken sind dunkle Stellen auf der Sonnenoberfläche. Dort ist die
Sonnenoberfläche kühler. Die Anzahl der Flecken ändert sich periodisch im
Lauf von 11 Jahren. Ursache sind Störungen des Magnetfeldes der Sonne.
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http://www.starobserver.org/ap110928.html (Bild) und
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http://www.starobserver.org/ap120704.html (Bild) oder
http://www.youtube.com/watch?v=eHlYwYaA5Jg (Video 14 s)
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Sonnenfackeln sind Gebiete erhöhter Temperatur und sind meist in der
Nähe von Sonnenflecken,
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Sonne Teil 2
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Die äußersten Schichten der Sonne bestehen
aus zum Teil extrem heißen, aber auch extrem
dünnen Plasma. Die zeitweise äußerst
unregelmäßig geformte Korona ist bei einer
Sonnenfinsternis zu sehen, wenn der Mond
die Sonnenscheibe von der Erde aus gesehen verdeckt. Die Abbildung
rechts stammt vom High Altitude Observatory und vom Rhodes College
und wurde am 11. Juli 1991 von Hawaii aus aufgenommen. Auch ohne
Sonnensturm fliegen aus diesen äußeren Regionen kontinuierlich
geladene Teilchen ins All; diese Teilchen, vornehmlich Protonen und
Elektronen, bilden den Sonnenwind.
Protuberanzen sind heftige Materieströme auf der Sonne. Auf der Erde
werden dann oft viele Polarlichter beobachtet.
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http://www.starobserver.org/ap130226.html Video 26.2.13
Sonnenwind ist ein Strom geladener Teilchen, der von der Sonne
abgestrahlt wird. Er verändert das Magnetfeld der Erde und verursacht
die Polarlichter.
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http://www.youtube.com/watch?v=2zOlkIyg3iE
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Sonne Teil 3
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Ob Sonnenwind, Sonnensturm oder andere Sorten
kosmischer Teilchenstrahlung: Wenn geladene Teilchen
unsere Erde erreichen, werden sie überwiegend entlang
des Erdmagnetfeldes abgelenkt. Unser Magnetfeld
fungiert so als kosmischer Schutzschild. In den
Polregionen treffen die Teilchen dann auf die Moleküle
der Erdatmosphäre und rufen eine ausnehmend hübsche
Leuchterscheinung hervor: das Polarlicht (spezifischer
auch: Nordlicht oder
Südlicht).
Hier ein
Nordlicht über Alaska
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Merkur
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Merkur ist der kleinste und, da der
Sonne am nächsten, auch der
schnellste der Planeten. Er hat
keine nennenswerte Atmosphäre,
ähnelt an seiner Oberfläche
unserem Mond, und weist beeindruckende Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht auf. Er besitzt keinen
Mond. Merkur hat von uns aus gesehen Phasen wie der
Erdmond (Halbmerkur, zunehmender Merkur...)
Entfernung zur Sonne: 0,35 AE
Masse: 0,055 * Erde
Durchmesser: 0,38 * Erde (4880 km)
Oberflächentemperatur: 440 Kelvin
Umlaufdauer: 87,969 Tage
Monde: 0
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Venus
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Venus ist nur wenig kleiner als die Erde.
Aus der Nähe besehen (Bild unten von
der NASA-Sonde Mariner 10) zeigt sie
undurchsichtige Wolken, eine dichte Atmosphäre hauptsächlich aus Kohlendioxid.
Aufgrund des Treibhauseffekts hat sie Oberflächentemperaturen von mehr als 460 Grad Celsius
(von der Sonne selbst abgesehen ist das der
Sonnensystem-Rekord).
Von der Erde aus ist Venus als helles Scheibchen
(mal als Abendstern, mal als Morgenstern) zu sehen. Sie zeigt
von uns aus gesehen Phasen wie der Erdmond (Halbvenus,
zunehmende Venus...). Venus besitzt keinen Mond.
Entfernung zur Sonne: 0,72 AE
Masse: 0,82 * Erde
Durchmesser: 0,95 * Erde (12 104 km)
Oberflächentemperatur: 737 Kelvin
Umlaufdauer: 243 Tage
Monde: 0
Die Venus ist auch als Morgenstern bzw. Abendstern bekannt
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Erde
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Die Erde hat gerade den richtigen Abstand von der
Sonne, dass flüssiges Wasser möglich ist,
und liegt damit in der sogenannten habitablen
(bewohnbaren) oder lebensfreundlichen Zone
unseres Heimatsterns.
Bislang ist sie der einzige belebte Himmelskörper im Weltall, den wir
kennen. Ihre Oberfläche ist zu rund 70 Prozent von Wasser bedeckt.
Rechts oben ist die berühmte "Blue Marble" zu sehen, die "Blaue
Murmel", die Astronauten von Apollo 17 im Jahr 1972 aufgenommen
haben. Eine legendäre Aufnahme, die weite Verbreitung gefunden
hat. Wahrscheinlich, weil sie den Menschen erstmals den Umstand
direkt vor Augen führte, dass wir alle Bürger ein und desselben
Planeten sind - in einem ansonsten ziemlich großen und leeren
Weltall.
Entfernung zur Sonne: 1 AE = 149 597 871 km
Masse: 5,9736 * 1024 kg
Durchmesser: 12 727 km
Oberflächentemperatur: 288 Kelvin
Umlaufdauer: 365,256 Tage
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Erdmond
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Die Erde hat einen Trabanten, den wir mit der
uns eigenen Bescheidenheit schlicht "den Mond"
nennen.
Er ist vermutlich entstanden, als die Erde kurz
nach der Entstehung des gesamten
Sonnensystems vor rund 4,5 Milliarden Jahren
mit einem anderen jungen Planeten
zusammenstieß - ein Teil der Kollisionstrümmer
bildete den Mond, der Rest wurde Teil der
danach deutlich größeren Erde. Auch das ist ein
sehr wichtiger Teil der astronomischen
Allgemeinbildung.
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Astronomie, Kl. 9
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Mars
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Mars ist ungefähr halb so groß wie die
Erde, besitzt eine viel dünnere
Atmosphäre und eine rötliche
Oberfläche (Rost!) sowie Polkappen
aus Kohlendioxideis. Er dürfte vor
Milliarden von Jahren flüssiges Wasser
besessen haben und enthält unter der
Oberfläche auch heute noch Wassereis.
Gibt es dort Leben? Wenn, dann nur
primitives, und selbst davon bislang
noch keine eindeutigen Spuren.
Zukünftige Mars-Missionen werden
weiter danach suchen. Mars hat zwei
kleine, unförmige Monde Phobos und
Deimos
Mit dem Vulkan Olympus Mons Höhe
mehr als 26 Kilometer; Abbruchkanten
am Rand so hoch wie der Mount
Everest, Grundfläche 80% der Fläche
von Deutschland) hat Mars den größten
Berg im Sonnensystem. Astronomie, Kl. 9
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Entfernung zur Sonne: 1,48 AE
Masse: 0,11 * Erde
Durchmesser: 0,53 * Erde (6794 km)
Oberflächentemperatur: 210 K
Umlaufdauer: 687 Tage
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Asteroiden
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Zwischen den Bahnen von Mars und Jupiter liegt der
Asteroidengürtel, in dem unzählige kleinere
Felsbrocken die Sonne umlaufen - für rund 400,000
davon sind die Bahndaten im Einzelnen bekannt.
Nach heutigem Wissensstand handelt es sich um
Brocken aus der Frühzeit des Sonnensystems, die
sich aufgrund des störenden Einflusses des Jupiters
nicht zu einem weiteren Planeten zusammenfügen
konnten. Insgesamt enthält der Asteroidengürtel eine
Masse von nur rund 1/2000 der Erdmasse
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Nachweisen kann man Asteroiden, weil sie sich vor dem Hintergrund der
Fixsterne bewegen. Das ist in dem Bild rechts sehr schön zu sehen
Eine Reihe von Asteroiden laufen auf Bahnen um die Sonne, die sie weit
ins innere Planetensystem führen. Einige der sogenannten erdnahen
Asteroiden, die auf ihrem Lauf die Erdbahn kreuzen, könnten in Zukunft mit
der Erde kollidieren.
Solch ein Einschlag kann katastrophale Folgen haben - die Kollision der
Erde mit einem Asteroiden oder Kometen vor 65 Millionen Jahren dürfte
das Aussterben der Dinosaurier verursacht oder zumindest dazu
beigetragen haben (die Details sind Gegenstand aktueller Forschung).
Dementsprechend genau bemüht man sich, die Bahnen solcher Objekte zu
überwachen.
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Jupiter
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Jupiter ist der größte Planet im Sonnensystem –
sowohl was seine Masse als auch was seinen
Durchmesser angeht. Er ist ein Gasplanet: Er
besteht überwiegend aus Wasserstoff und Helium.
Charakteristisch für die Oberflächenstruktur sind gigantische Wolkenbänder
unterschliedlicher (weißlich, bräunlich, rötlich) Färbung parallel zum Äquator.
Auffälligste weitere Erscheinung ist der "Große Rote Fleck", ein gigantischer
Wirbelsturm größer als die gesamte Erde, der mindestens solange vor sich hinwirbelt,
wie Menschen den Jupiter durch hinreichend große Fernrohre beobachtet haben.
Unter all dem Gas enthält der Jupiter vermutlich einen relativ kleinen Gesteinskern, der
immer noch deutlich größer als die Erde ist.
Jupiter besitzt mehr als 60 Monde; die meisten davon sind sehr klein, und es werden
immer wieder neue gefunden.
Die vier größten Jupitermonde entdeckte bereits Galileo Galilei bei einigen der ersten
astronomischen Teleskop-Beobachtungen überhaupt, darunter Io mit aktivem
Vulkanismus und Europa, deren Ozean unter kilometerdicker Eiskruste als möglicher
Ort für Leben im Sonnensystem gehandelt wird.
Entfernung zur Sonne: 5,87 AE
Masse: 318 * Erde
Durchmesser: 10,84 * Erde (142 984 km)
Oberflächentemperatur: 129 Kelvin
Umlaufdauer: 11,86 Jahre = 4332,6 Tage
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Saturn
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Saturn ist etwas kleiner als Jupiter,
ebenfalls ein Gasplanet mit (weniger
deutlich ausgeprägten) Wolkenbändern.
Sein auffälligstes Merkmal ist ein System aus mehr als 100.000
ineinandergeschachtelten Ringen, das in groben Zügen bereits mit
einem vergleichsweise kleinen Teleskop sichtbar ist und Saturn zu
einem der reizvollsten Beobachtungsobjekte am Himmel macht. Ob
die Ringe zusammen mit Saturn selbst oder aus einem durch
Saturns Schwerkraft zerrissenen Mond entstanden sind, ist noch
nicht geklärt.
Saturn hat ebenfalls mehr als 60 zumeist kleine Monde; einige
davon befinden sich im Ringsystem und erzeugen dort z.B.
interessante gezwirbelte Strukturen.
Entfernung zur Sonne: 9,35 AE
Masse: 95,16 * Erde
Durchmesser: 8,96 * Erde (120 536 km)
Oberflächentemperatur: 97 Kelvin
Umlaufdauer: 29,5 Jahre = 10759 Tage
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Uranus
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Der blassbläuliche Uranus ist ebenfalls ein Gasplanet.
Unter einer dicken Gasschicht, die einen fast strukturlosen
Anblick bietet, verbirgt sich offenbar ein noch dickerer Mantel
vorwiegend aus Wassereis; dementsprechend heißen Uranus und
der noch weiter entfernte Neptun auch "Eisriesen". Die Achsen, um
die die anderen Planeten des Sonnensystems rotieren, stehen
nahezu senkrecht auf der Umlaufebene der Planeten; diejenige des
Uranus liegt dagegen in dieser Ebene. In denjenigen
Bahnabschnitten, wo seine Achse direkt auf die Sonne zeigt, sieht es
daher so aus, als "rolle" Uranus um die Sonne. Uranus besitzt fast
30 Monde. Das Bild des Planeten oben wurde dabei mit einem Bild
der (ungleich leuchtschwächeren, im Infraroten aufgenommenen)
Ringe kombiniert. Über 20 Monde
Entfernung zur Sonne: 20 AE
Masse: 14,54 * Erde
Durchmesser: 3,97 * Erde (51 118 km)
Oberflächentemperatur: 76 Kelvin
Umlaufdauer: 84 Jahre = 30685 Tage
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Neptun
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Der äußerste Planet des Sonnensystems ist der tiefblaue Neptun. Im Bild,
das 1989 von der Raumsonde Voyager 2
aufgenommen wurde, hat er dem Jupiterfleck einen
"Großen Dunklen Fleck" entgegenzusetzen; dieser Fleck
existierte freilich nur einige Monate. Historisch ist der
Planet interessant, weil seine Existenz Mitte des 19.
Jahrhunderts zunächst aus Bahnstörungen des Uranus
abgeleitet und Neptun daraufhin tatsächlich an der
vorherberechneten Position gefunden wurde.
13 Neptunmonde sind derzeit bekannt.
Entfernung zur Sonne: 30 AE
Masse: 17,15 * Erde
Durchmesser: 3,85 * Erde (49 532 km)
Oberflächentemperatur: 72 Kelvin
Umlaufdauer: 165 Jahre = 60189 Tage
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Kuiper-Gürtel
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Pluto war bis 2006 der neunte Planet. Nach heutiger Klassifikation ist er ein
Zwergplanet. Im Unterschied zu einem Planeten gemäß der 2006
eingeführten Definition befinden sich zuviele andere Objekte in der
Umgebung seiner Umlaufbahn; ein Planet hätte hinreichend viel
Anziehungskraft, um seine Umlaufbahn von solchen Objekten zu bereinigen.
Pluto dürfte aus Gestein und Wassereis bestehen und hat fünf bekannte
Monde. Pluto wurde bislang noch nicht von Raumsondern besucht; 2015
soll die "New Horizons"-Mission das ändern.
Die anderen Objekte in der Umgebung der Pluto-Umlaufbahn gehören zum
sogenannten Kuiper-Gürtel, der insgesamt aus zehntausenden mehr als 100
Kilometer großen Objekten und unzähligen kleinen besteht. Auch diese
Objekte dürften bereits im frühen Sonnensystem entstanden zu sein, ohne
anschließend in einem Planeten gelandet zu sein. Der Kuiper-Gürtel hat
eine geschätzte Gesamtmasse zwischen 4 und 10% der Erdmasse;
aufgrund seiner großen Entfernung von der Erde ist er bislang nicht sehr
genau erforscht.
Außer Pluto gibt es dort mindestens noch drei weitere Zwergplaneten:
Haumea (entdeckt erst 2004), Makemake (2005) und Eris (2005). Eris ist
sogar noch etwas größer und massereicher als Pluto, und seine Entdeckung
war es, die letztlich zur Einführung der neuen Klasse der Zwergplaneten und
damit zur "Degradierung" von Pluto führte.
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Oortsche Wolke
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Eingebettet ist das Sonnensystem in eine kugelförmige Region riesiger Ausdehnung vielleicht bis hinaus zu einem Lichtjahr Entfernung von der Sonne - in der eisige Felsen,
schmutzige Riesenschneebälle und ähnliches umlaufen: die Oortsche Wolke. Diese
Region ist noch nicht durch direkte Beobachtungen nachgewiesen. Die Gesamtmasse der
Oortschen Wolke ist nur sehr ungenau bekannt (vgl. hier), ist aber mit einigen bis einigen
Dutzend Erdmassen im Vergleich zur riesigen Ausdehnung der Wolke auf alle Fälle sehr
gering.
Die Existenz der Oortschen Wolke wird aus den Eigenschaften der Kometen erschlossen
- "schmutzigen Schneebällen" aus Eis, Staub und einigen organischen Verbindungen, von
denen einige aus der Oortschen Wolke ins innere Sonnensystem reisen.
Sobald Kometen der Sonne hinreichend nahekommen, entsteht
unter dem Einfluss der Sonnenstrahlung und der Teilchen, welche
die Sonne fortwährend ins All schleudert ("Sonnenwind"), eine
Gas- und Staubstruktur um den Kometenkern herum, deren
auffälligstes Merkmal ein mehrteiliger Kometenschweif von einigen
Dutzend bis einigen Hundert Millionen Kilometern Länge ist. Diese
zusätzliche Struktur gibt den Kometen ihr charakteristisches
Erscheinungsbild am Himmel.
Das Bild ist der Komet Hale-Bopp, die beiden Schweife sind schön
zu sehen. Der Plasmaschweif, im Bild blau, besteht aus Gas, aus
dessen Atomen Elektronen herausgeschlagen sind (ionisiertes
Gas) und das vom Teilchenwind der Sonne mitgerissen wird, fast
geradewegs von der Sonne weg. Der Staubschweif, im Bild weiß,
besteht aus Staubteilchen, die durch das Sonnenlicht etwas vom
Kometen weg gedrückt wurden und ihm jetzt auf seiner Bahn
Astronomie, Kl. 9
nachfolgen.
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