DAS PLANETENSYSTEM 3

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3 Das Planetensystem
DAS PLANETENSYSTEM
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Das Planetensystem
3.1
Die Begriffe Planetensystem und Sonnensystem werden
oft im gleichen Sinn
verwandt. Streng betrachtet ist dies nicht
richtig. Das Planetensystem ist ein Teil des
Sonnensystems und
besteht aus allen
Himmelsobjekten,
welche die Sonne umgeben.
Im Planetensystem
gibt es 19 Monde
mit kugelförmiger
Gestalt.
Die Planetenringe bestehen hauptsächlich
aus kleinen Partikeln.
Insgesamt kennt man
mehr als 90 Monde im
Sonnensystem.
Pluto befindet sich im
Kuiper-Gürtel. Er ist
vielleicht nur das
größte Objekt in diesem Gürtel. Benannt
ist dieser Gürtel nach
dem holländischamerikanischen Astronomen G.P. KUIPER
(1905–1973). Die
oortsche Wolke ist
nach dem Holländer
J.H. OORT (1900–1992)
benannt.
Das Planetensystem im Überblick
3.1.1 Der Bau des Planetensystems und die Größenverhältnisse
Im Zentrum des Planetensystems befindet sich unser Stern, die
Sonne.
Die 9 Planeten (zS. 97) bewegen sich auf
– kreisähnlichen Bahnen (mit Ausnahme von Merkur und Pluto)
– im gleichen Drehsinn,
– nahezu in einer Ebene
um die Sonne.
Das Planetensystem besitzt also eine flache Grundstruktur. Die Massen
der Planeten weichen zwar stark voneinander ab, sind aber stets groß
genug, um allen Planeten mithilfe der Schwerkraft eine Kugelform zu
verleihen. Auch die meisten Monde umkreisen die Planeten im gleichen
Umlaufsinn wie die Planeten die Sonne.
An die inneren Planeten Merkur und Venus schließen sich Erde, Mars
und der Planetoidengürtel an. Planetoiden finden sich aber auch außerhalb dieses Gürtels. Sie drehen sich im gleichen Sinn wie die Planeten um die Sonne. Die inneren Planeten besitzen keinen Mond.
Die Erde wird vom Erdmond umkreist. Mars besitz zwei kosmische
Begleiter.
In noch größerer Sonnenentfernung als der Planetoidengürtel umkreisen die Gasplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun unser
Zentralgestirn. Alle Gasplaneten besitzen ein eigenes Ring- und
Mondsystem. Am weitesten von der Sonne entfernt ist die Eiswelt
des Planeten Pluto. Plutos Bahn weicht so stark von der Kreisgestalt
ab, dass er zu gewissen Zeiten sogar näher als Neptun an der Sonne
steht. Dies war erst von 1979 bis 1999 Fall, so dass Pluto nun für viele
Jahre tatsächlich der sonnenfernste Planet sein wird. Er besitzt einen
Mond.
Jenseits der Bahnen der äußeren Planeten existieren zwei Ansammlungen von Kometenkernen; der flache Kuiper-Gürtel und die oortsche Wolke. Die kugelförmige oortsche Kometenwolke reicht vermutlich bis zu 100 000 AE in den Raum hinaus. Aus beiden
Kometenreservoirs gelangen immer wieder Objekte in das innere
Sonnensystem. Gelegentlich werden diese Himmelskörper durch
massereiche Planeten abgelenkt und auf lang gestreckte periodische
Bahnen mit unterschiedlichen Neigungen zur Hauptebene des Sonnensystems gezwungen. Zwischen den Planeten verteilt finden sich
der interplanetare Staub und Meteoroide in unterschiedlicher
Größe.
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Das Planetensystem im Überblick
Neben den Himmelskörpern ist der Raum des Planetensystems mit der
Teilchenstrahlung der Sonne – dem so genannten Sonnenwind – und
elektrischen sowie magnetischen Feldern erfüllt.
Bezieht man die oortsche Kometenwolke in die Größenangabe des Sonnensystems ein, dann erstreckt es sich etwa 100 000-mal weiter als der
Radius der Erdbahn in den Raum. Deshalb ist es unmöglich, ein maßstabgetreues Bild des gesamten Sonnensystems auf ein Blatt Papier zu zeichnen.
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Die Planetensymbole
sind in der Übersicht
auf S. 97 nochmals
dargestellt.
Merkur
Sonne
Venus
Erde
Planetoiden
innere Planeten und Planetoidengürtel
Mars
2 AE
Planetoiden
Riesenplaneten
Jupiter
Saturn
Uranus
Neptun
30 AE
Pluto, KUIPER -Gürtel und oortsche Wolke
Pluto
sphärische
oortsche
Kometenwolke
KUIPER -Gürtel
100 000 AE
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Das Planetensystem
Objekte des Planetensystems
Man kann die Körper des Planetensystems auf verschiedene Weisen klassifizieren. Nicht immer stehen bei diesen Klassifizierungen physikalische
Merkmale im Vordergrund. Beispielsweise beziehen sich die auch umgangssprachlich geläufigen Bezeichnungen Planet und Mond lediglich
auf das vom jeweiligen Himmelskörper umkreiste Objekt und lassen völlig außer Acht, dass einige Monde des Planetensystems physikalische Eigenschaften von Planeten besitzen (zS. 128).
Planeten sind massereiche und
fast kugelförmige Himmelskörper, die sich um einen Stern bewegen und dessen Licht reflektieren.
Der sonnennächste Planet ist
Merkur. Merkur teilt eine
Reihe von Eigenschaften mit
dem Erdmond. Er besitzt z.B.
keine Atmosphäre.
Gelegentlich verwendet man im gleichen
Wortsinn wie Mond
auch die Bezeichnungen Satellit oder Trabant.
Eine anderes Wort für
Planetoid (griech. der
Planetenähnliche) ist
Asteroid.
Man kennt sogar einen kleinen Begleiter
des Planetoiden
243Ida. Auch Planetoiden können offenbar „Monde“ besitzen.
Als Mond bezeichnet man einen
Himmelskörper, der sich um einen
Planeten bewegt und das Licht
der Sonne reflektiert.
Einer der größten Monde in
unserem Planetensystem ist
der Saturnmond Titan. Titan
besitzt eine Atmosphäre, die
hauptsächlich aus Stickstoff
besteht. Titan ist größer als
der Planet Merkur.
Planetoiden sind relativ kleine
planetenartige Himmelskörper,
die sich um die Sonne bewegen
und deren Licht reflektieren. Nur
wenige unter ihnen besitzen eine
kugelförmige Gestalt.
Die Raumsonde Galileo
konnte den Planetoiden
243Ida fotografieren. Ida ist
etwa 58 Kilometer lang. Auf
der Oberfläche finden sich
zahlreiche Einschlagskrater.
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Das Planetensystem im Überblick
Als Kometen werden kleine Himmelskörper bezeichnet, die
hauptsächlich aus Eis und darin
eingelagerten Staub- und Gesteinsteilchen bestehen. In Sonnennähe lösen sich Gase und
Staub von ihrer Oberfläche und
bilden den Kometenschweif.
Im Jahre 1997 war die beeindruckende Leuchterscheinung des Kometen HaleBopp am Himmelszelt zu beobachten.
Meteoroide sind Kleinstkörper im
Planetensystem, die in die Erdatmosphäre eindringen können
und dann die als Meteor bezeichnete Leuchterscheinung in der
Atmosphäre hervorrufen.
Die größeren Meteoroide
verdampfen beim Eintritt in
die Erdatmosphäre nicht
vollständig, sondern fallen
bis zum Erdboden. Der
größte bekannte Meteorit
liegt in Namibia und besitzt
eine Masse von mehr als 60 t.
Als interplanetare Materie bezeichnet man die zwischen den
Planeten verteilten gas- und
staubförmigen Stoffe. Ihre mittlere Dichte ist extrem gering.
Am Abend- und Morgenhimmel kann man in südlichen
Breiten eine Leuchterscheinung wahrnehmen, die
durch die Streuung des Sonnenlichtes am interplanetaren Staub hervorgerufen
wird. Man nennt diese
Leuchterscheinung Zodiakallicht.
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Unter der Bezeichnung Kometen versteht man umgangssprachlich meist die
prachtvolle Leuchterscheinung, die
diese Himmelskörper
in Sonnennähe zeigen. Fernab der
Sonne erkennt man
ihr wahres Aussehen.
Es sind höchstens wenige 100 Kilometer
große „schmutzige
Schneebälle“.
Die meisten Meteore
dürften durch Kometenbruchstücke hervorgerufen werden.
Meteoroide sind die
Kleinkörper, die sich
auf der Umlaufbahn
um die Sonnen befinden. Meteorite nennt
man die zur Erdoberfläche gelangten Reste der Meteoroide.
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Das Planetensystem
Massen- und Größenverhältnisse im Sonnensystem
Die Sonne vereint auf sich etwa 750-mal mehr Masse als die übrigen
Bestandteile des Sonnensystems.
Der Erdradius ist etwa
doppelt so groß wie
der Marsradius.
Himmelskörper
Der größte Planet des Sonnensystems ist Jupiter, dessen Durchmesser
den Erddurchmesser 11fach übertrifft. Trotz dieser enormen Ausdehnung vereinigt Jupiter nur rund 1/1 000 der Sonnenmasse in sich. Der auf
Jupiter folgende nächstkleinere Planet ist Saturn, dessen Abmessungen
immerhin noch 9-mal größer als die der Erde sind. Weniger drastisch fällt
der Vergleich zwischen Erde und Merkur, dem nach Pluto kleinsten Planeten im Sonnensystem aus. Der Erddurchmesser übersteigt den Merkurs
um das 2,5fache. 18 Himmelskörper mit Merkurmasse wären erforderlich, um die Erdmasse näherungsweise aufzuwiegen.
Anzahl der Objekte
Gesamtmasse in
Erdmassen
Durchmesser in km
Sonne (Stern)
1
333 000
1 392 000
Planeten
9
447
2 300 bis 142 800
Monde
> 90
0,12
10 bis 5 280
Planetoiden
≈ 105
≈ 0,1
≈ 1 bis 1 020
Kometen
≈ 1011
≈ 0,1
Kern 1 bis 100
Meteoroide
?
≈ 10–6
10–6 bis 1
Teilchen der
Planetenringe
?
≈ 10–5
10–9 bis 0,1
Interplanetarer
Staub
?
≈ 10–8
10–9 bis 10–6
Was ihre Größe anbelangt, ist der Übergang zwischen Planetoiden, Monden und Planeten fließend.
Himmelskörper
Planeten
Monde
Planetoide
Meteoroide
0,001
0,1
10
1 000
Durchmesser in Kilometern
100 000
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Das Planetensystem im Überblick
Planeten
mit Symbolen
Äquatorradius
in km
Masse
in 1024 kg
mittlere Dichte
in g · cm–3
Merkur
2 438
0,34
5,4
Venus
6 052
4,87
5,24
Erde
6 378
5,97
5,52
Mars
3 394
0,64
3,93
Jupiter
71825
1 900
1,33
Saturn
60 335
569
0,69
Uranus
25 600
87
1,24
Neptun
24 800
103
1,65
Pluto
1 150
0,013
97
Die neun großen Planeten unseres Sonnensystems im Größenvergleich.
Sonne
Merkur
Venus
Erde
Mars
Jupiter
2,0
Sichtbarkeit der Planeten
Mit bloßem Auge kann man die Planeten Merkur, Venus, Mars, Jupiter
und Saturn beobachten. Diese Planeten sind daher auch seit dem Altertum bekannt. Um Uranus, Neptun und Pluto zu sehen, muss man sich eines Teleskops bedienen.
Saturn
Abgesehen von diesen durch die scheinbare Helligkeit der Planeten hervorgerufenen Beobachtungsbedingungen – hängt die Sichtbarkeit eines
Planeten entscheidend davon ab, ob er die Sonne innerhalb oder außerhalb der Erdbahn umläuft.
Neptun
Pluto
Uranus
Die inneren Planeten Merkur und Venus können sich, von der Erde aus
betrachtet, nicht sehr weit von der Sonne entfernen. Man kann sie daher
nur in den Abend- und Morgenstunden beobachten, niemals jedoch die
ganze Nacht hindurch.
Befindet sich die Erde zwischen der Sonne und einem der äußeren Planeten Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun oder Pluto, dann kann man
diesen Himmelskörper während der ganzen Nacht sehen.
Sonne
Die von der Erde aus betrachteten Stellungen von Sonne und Planeten (auch Erdmond) nennt man Konstellationen.
Um die wichtigsten Konstellationen voneinander zu unterscheiden, hat
man ihnen eigene Bezeichnungen gegeben. Dabei bezieht man sich auf
den von der Erde aus in der Ebene der Ekliptik gemessenen Winkel a zwischen Planet und Sonne. Einen eigenständigen Namen besitzen die Planetenkonstellationen mit den Winkeln a = 0°, 60°, 90°, 120°, 180°. In der
Astrologie (zS. 11) spielen die Konstellationen eine besondere Rolle.
Planet
a
Erde
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Das Planetensystem
Die wichtigsten Konstellationen von Planeten
Darüber hinaus unterscheidet man noch
Trigonalschein
(a = 120º) und Sextilschein (a = 60º).
Konstellation
Beschreibung der Planetenstellung
Beobachtbarkeit
Opposition
Die Erde steht zwischen
Sonne und Planet
(a = 180º).
Der Planet ist die ganze
Nacht hindurch zu beobachten.
Quadratur
Der Winkel Sonne, Erde,
Planet beträgt 90º.
Der Planet ist entweder
in der ersten oder in der
zweiten Nachthälfte zu
sehen.
Konjunktion
Sonne und Planet stehen
hintereinander (α = 0º).
Der Planet ist nicht zu
beobachten.
Die Planetenstellungen weichen für innere und äußere Planeten ab. Beispielsweise ist die Feststellung einer Konjunktion für einen inneren Planeten noch nicht hinreichend, um seinen Ort auf der Umlaufbahn festzulegen. In diesem Fall muss man zwischen oberer und unterer Konjunktion unterscheiden.
äußerer Planet
innerer Planet
Marsbahn
Erdbahn
Konjunktion
Venusbahn
Erdbahn
obere
Konjunktion
Sonne
Sonne
untere
Konjunktion
Erde
Die nächste Opposition des Mars ist am
28.8.2003 (Entfernung zur Erde
56 Mio. km).
Opposition
östliche
Quadratur
westliche
Quadratur
größte
östliche
Elongation
Erde
größte
westliche
Elongation
Beobachtet man einen äußeren Planeten während seiner Opposition,
dann ist der Abstand Erde–Planet minimal. Der Planet besitzt in dieser
Zeit eine große scheinbare Helligkeit. Das im Fernrohr sichtbare „Planetenscheibchen“ erreicht einen maximalen scheinbaren Radius. Daher
sind unter günstigen Umständen viele Details der Oberfläche oder der
Planetenatmosphäre zu erkennen.
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Das Planetensystem im Überblick
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3.1.2 Wichtige Daten der Planeten
Bahndaten und physikalische Eigenschaften der Planeten im Überblick
Planet
mittlerer Abstand Umlaufr von der Sonne
zeit TU um
die Sonne
in 106
in AE
(siderisch)
km
in a
mittlere
Bahngeschwindigkeit v
in km·s–1
numerische
Exzentrizität e
BahnEntfernung von
neider Erde in AE
gung
in Grad größte kleinste
Merkur
Venus
57,9
108,2
0,387
0,723
0,24
0,62
47,90
35,04
0,205 6
0,006 8
7,0
3,4
1,47
1,73
0,53
0,27
Erde
Mars
149,6
227,9
1,000
1,524
1,00
1,88
29,79
24,14
0,016 7
0,093 4
0,0
1,8
–
2,67
–
0,38
Jupiter
Saturn
778,3
1 427
5,203
9,539
11,86
29,46
13,07
9,65
0,048 5
0,055 6
1,3
2,5
6,45
11,07
3,95
8,01
Uranus
Neptun
2 870
4 496
19,287
30,057
84,02
164,79
6,81
5,44
0,047 2
0,008 6
0,8
1,8
21,07
31,33
17,29
28,80
Pluto
5 900
39,4
247,7
4,73
0,245
17,1
50,3
28,7
Planet
Äquatorradius r
in km
Masse
in
1024 kg
größte
scheinbare
Helligkeit m
in mag
Anzahl
der bekannten
Monde
Merkur
Venus
2 438
6 052
Erde
Mars
mittlere
Dichte r
in g·cm–3
Rotationsdauer T
(siderisch)
in d
Fallbeschleunigung g
in m·s–2
an der
Oberfläche
0,34
4,87
5,4
5,24
58,625
243,02
(rückläufig)
3,7
8,87
4,3
10,3
–0,2
–4,1
–
–
6 378
3 394
5,97
0,64
5,52
3,93
0,997
1,026
9,81
3,71
11,2
5,0
–
–2,0
1
2
Jupiter
Saturn
71 825
60 335
1 900
569
1,33
0,69
0,41
0,445
24,88
10,44
59,5
35,6
–2,5
+0,7
28
30
Uranus
25 600
87
1,24
8,85
21,2
+5,7
21
Neptun
24 800
103
1,65
11,13
23,4
+7,7
8
Pluto *
1 150
0,013
0,6
1,1
+14,8
1
2,0
* Die Angaben zu Pluto sind unsicher.
0,72
(rückläufig)
0,67
6,4
Fluchtgeschwindigkeit
vF in
km·s–1
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100
Das Planetensystem
Die Planeten im Sonnensystem (ohne Erde)
Merkur
Die Raumsonde Mariner 10 konnte das Caloris-Becken nur zur
Hälfte fotografieren.
Erscheinungsbild: Merkur besitzt
ein ähnliches Aussehen wie der
Erdmond. Seine Oberfläche ist mit
Kratern und Einschlagsbecken verschiedener Größe übersät. Das
größte Einschlagsbecken heißt Caloris-Becken. Es ist von einem unregelmäßigen Bergring umgeben.
Einige Krater besitzen Zentralberge. Merkur verfügt über Hochländer und Ebenen. Eine Besonderheit der Merkuroberfläche stellen
längliche Steilhänge dar, die wahrscheinlich bei der Abkühlung und
der damit verbundenen Schrumpfung der einstmals heißen Planetenmasse entstanden sind. Insgesamt ist
Merkur ein Himmelskörper, an dessen Oberfläche extrem unwirtliche
und lebensfeindliche Bedingungen herrschen.
Innerer Aufbau: Merkurs innere Struktur ist dem Bau der Erde vergleichbar. Die hohe mittlere Dichte des Planeten deutet auf einen größeren Eisenkern hin, der von einer Hülle aus Silikatgestein umgeben ist. Vermutlich ist ein Teil des Eisenkerns verflüssigt, da nur in flüssigem Material der
Dynamoeffekt (zS. 130) vonstatten gehen kann, durch dessen Wirkung
man die Entstehung des Magnetfeldes von Merkur erklärt.
Atmosphäre: Merkurs sonnenzugewandte heiße Oberfläche bewirkt in
Verbindung mit seiner geringen Masse, dass sich nur relativ schwere
Gase in geringer Dichte an seiner Oberfläche ansammeln können. Eigentlich könnte man die kaum nennenswerte Merkuratmosphäre auch
als Vakuum bezeichnen. Leichtere gasförmige Stoffe auf Merkur (wie
Wasserstoff) stammen offenbar aus dem Sonnenwind (zS. 154).
Rotationsachse
Bug-Stoßfront
Sonnenwind
Stoßfront und Magnetschweif sind Folgen des Sonnenwindes, also der von der
Sonne ausgehenden
Teilchenstrahlung.
Besonderheiten: Die Stärke des
Magnetfeldes erreicht etwa 1%
des Erdmagnetfeldes. Merkur ist
daher von einer Magnetosphäre
mit Stoßfront und Magnetschweif
ähnlich der Erde umgeben. Wegen
der geringen magnetischen Feldstärke erstreckt sich die Stoßfront
des Merkurfeldes nicht so weit wie
bei der Erde (zS. 122) in den Raum
hinaus, Teilchen des Sonnenwindes
treffen auf die Oberfläche. Die Rotations- und die Magnetfeldachse
fallen näherungsweise zusammen.
Magnetfeld
Merkur
80158_091_136.fm Seite 101 Montag, 16. Juli 2001 9:58 09
Das Planetensystem im Überblick
Bedingt durch die Sonnennähe und die fehlende Atmosphäre erreichen
die Temperaturen auf der Tagseite Werte von bis zu 440 ºC. Auf der
Nachtseite kühlt das Gestein auf unter –170 ºC ab. Damit ist die Oberfläche von Merkur den höchsten Temperaturschwankungen im Planetensystem ausgesetzt.
Infolge der Gezeitenreibung (zS. 135) im Gravitationsfeld der Sonne
hat sich die Eigendrehung von Merkur stark verlangsamt. Während Merkur sich einmal um die Sonne bewegt (88 Erdtage), dreht er sich bezüglich der Sterne lediglich 11/3-mal um seine Rotationsachse.
Merkurs Bahn um die Sonne weist gleich mehrere Besonderheiten auf:
Mit 7º Neigung gegenüber der Ekliptik weicht sie nach Pluto am stärksten von der Erdbahnebene ab. Außerdem besitzt sie die größte Exzentrizität aller Planetenbahnen. Aufgrund der Sonnennähe kann man an der
Merkurbahn einen Effekt der allgemeinen Relativitätstheorie nachweisen, die so genannte Periheldrehung. Darunter versteht man die Wanderung des sonnennächsten Punktes der Merkurbahn mit 532´´ pro Jahrhundert um unser Zentralgestirn. Allerdings sind von diesem Zahlenwert
lediglich 43´´ relativistisch bedingt, der restliche Bewegungseffekt kann
mit Hilfe der newtonschen Gravitationstheorie erklärt werden. Wegen
der Periheldrehung ist die Merkurbahn nicht geschlossen.
Merkur im Überblick
dünne Kruste
ca. 600 km
starker Mantel
tiefste Temperatur der
sonnenabgewandten
Seite ca. –170 °C
Eisenkern mit einem Durchmesser
von ca. 3 600 km,
enthält 80% der Merkurmasse
Mantel aus Silikatgestein
Kruste aus Silikatgestein
Höchsttemperatur der
sonnenzugewandten Seite ca. 440 °C
101