1 Vortrag: Unser Sonnensystem – Hurtigruten
Werbung
1 Vortrag: Unser Sonnensystem – Hurtigruten Polarlicht + Sterne, GRP 103 Unser Sonnensystem Das Sonnensystem besteht aus einem zentralen, selbstleuchtenden Stern, der Sonne. Sie 1 wird umkreist von insgesamt neun 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 unserer Galaxie, der Milchstrasse gibt. Sie beinhaltet 99,99 % der Gesamtmasse unseres Sonnensystems. Die Energieerzeugung der Sonne entsteht durch Kernfusion, der Verschmelzung von Wasserstoff zu Helium. Durch diese Kernverschmelzung entsteht ein Massenverlust der pro Sekunde vier Millionen Tonnen beträgt! Strahlung gibt sie vorwiegend im sichtbaren 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 erhalten). 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. Temperatur 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 Temperatur bei „nur“ noch etwa 6000 Grad Celsius. Dort sind auch die Sonnenflecken zu beobachten. Die darüberliegende Chromosphäre erzeugt Protuberanzen, große Materialauswürfe, 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 2 Beobachtbare Phänomene Sonnenflecken: Dunkle, zentrale Region, die Umbra und die hellere, umgebende Region, die Penumbra. Sonnenflecken sind Bereiche, in denen die Konvektionsströme, welche heißes Material aus dem Sonneninnern bringen, durch Magnetismus gestört. Treten magnetische 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 Sonnenfleckengruppe 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 Jahrhunderte 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) 3 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 (Sonnensonde SOHO) und rechts: Die Sonnenkorona während der totalen Sonnenfinsternis 1999 (Rumänien, Foto: Paech) Sonnenfinsternisse: Können partiell, ringförmig oder total sein, richtet sich nach der Überdeckung 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 Abendhimmel. 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 Umlauf um die Sonne Äquatordurchmesser Eigenrotation (Merkurtag) Caloris Becken auf dem Merkur (Mariner 10 – NASA) 46 – 70 Millionen km, 88 Tage 4880 km 59 (Erden)Tage 4 Venus Venus ist der zweite innere Planet, ihre Umlaufzeit um die Sonne beträgt 225 Tage. Die Oberfläche 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 Radartechnik von der Raumsonde „Magellan“ unter der Wolkendecke 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 Umlauf um die Sonne Äquatordurchmesser Eigenrotation (Venustag) 108 Millionen km 225 Tage 12 100 km 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 Sonnensystems der höheres Leben ermöglicht. Die Erde aus der Sicht eines modernen Wettersatelliten mit Blick auf den afrikanischen Kontinent (Meteosat – ESA) Daten zur Erde Abstand zur Sonne Umlauf um die Sonne Äquatordurchmesser Eigenrotation (Erdtag) 149-152 Millionen km 365,25 Tage 12 750 km 23 Std, 56 min nicht 24 Std !! Der Mond Die Rotationsdauer des Mondes ist gleich seiner Umlaufdauer um die Erde, also 29 1/2 Tage, 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 Oberfläche beobachten. Der Mond hat das 0,008fache der Erdmasse, er entfernt sich pro Jahr um 12,5 cm von der Erde. 5 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 beleuchteten und der unbeleuchteten Mondoberfläche. Das sogenannte aschgraue Mondlicht entsteht durch die Rückstrahlung des Sonnenlichtes 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 wurden 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 Kraterwälle 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 entstanden durch den Rückstoß des Mondbodens bei Meteoriteneinschlägen. Daten zum Mond Abstand zur Erde Umlauf um die Erde Äquatordurchmesser Rotation (Mondtag) 350 000 – 406 000 km 29Tage 3500 km 27.5 Tage 6 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 Atmosphäre (CO2), die Fluchtgeschwindigkeit beträgt 5 km/sec, gerade genug, um ein paar wenige Wolken zu erhalten. Wolken und Staubstürme sind im großen Teleskop zu beobachten. Mars hat eine recht exzentrische Umlaufbahn, was zu starken Klimaränderungen führt. Pole und Permafrostboden: Mars besitzt vereiste Polkappen aus Wassereis und gefrorenem Kohlendioxyd. Im Lauf eines Marsjahres wachsen oder vermindern sich diese Eiskappen. Im Marssommer entweicht das Kohlendioxid in die Atmosphäre, die Eiskappe verringert sich. Im Permafrostboden, welchen man auf einen Kilometer Dicke schätzt, sollen sich enorme 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 durchmesser. 600km, NASA) Rechts: Der Marsvulkan Olympus Mons (Basis- Die Marsoberfläche (Foto: Viking II / Nasa) 7 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 KohlendioxidAtmosphäre bei Temperaturen von – 50 bis + 10 Grad Celsius allerdings noch nicht gefunden. 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 Climate 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 Planeten, 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 einigen hundert Jahren. Das Interesse der ständig anwachsenden Bevölkerungszahl auf der Erde an unserem nächsten 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 Umlauf um die Sonne Äquatordurchmesser Eigenrotation (Marstag) 206 – 250 Millionen km 688 Tage 6 800 km 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 Durchmesser 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 Raumsonden mittlerweile fotografiert und untersucht. Es sind sehr unregelmäßig geformte Felsbrocken mit vielen Kratern. Es gibt eine Organisation namens Spacewatch, welche sich um die Erfassung der vielen einzelnen kleineren Planeten und dunklen Körper in unserem Sonnensystem beschäftigt, um eventuelle Kollisionen mit der Erde vorhersagen zu können. Der Planetoid Idas mit seinem Mond Daktyl (Foto: Raumsonde Galileo – Nasa) 8 Jupiter Jupiter ist der größte Planet unseres Sonnensystems, er beinhaltet ca. 1/1.000 der Sonnenmasse. 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 Sonne – 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 Hauptbänder (NÄB, SÄB) befinden sich oberhalb und unterhalb des Äquators. NÄB zeigt faszinierende Einzelheiten und ist dominierend. Das SÄB ist dagegen viel veränderlicher, es kann ganz undeutlich und verschwommen werden. Daten zum Jupiter Mittlerer Abstand zur Sonne Umlauf um die Sonne Äquatordurchmesser Eigenrotation (Jupitertag) 780 Mio km 11.9 Jahre 143 000 km knapp 10 Stunden, differenziell 9 Die vier galileischen Monde des Jupiter Das Bild zeigt einen Größenvergleich der vier Galileischen Monde zum Jupiter (Fotomontage: NASA) Bereits im Fernglas sind Io, Europa, Ganymed und Callisto zu beobachten. Ihre Umlaufbahnen um Jupiter verläuft in der Äquatorebene des Planeten, so dass Bedeckung und Schattenwurf 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 Jupitermonde. Viele unbeantwortete Fragen, viele unverstandene Erscheinungen vor allem hinsichtlich der Oberflächen der vier großen Monde, gab es nach dem Vorbeiflug der VoyagerSonden in den achtziger Jahren zu untersuchen. Daher wurde die GALILEO-Sonde der Nasa entwickelt, sie umkreist seit 1995 den Jupiter und untersucht die Monde. Erst 1999 zeichnet sich ein Bild ab, das es ermöglicht, alle sonderbaren Erscheinungen und Landschaftsformen auf den Jupitermonden zu erklären. Der Schlüssel zu den Rätseln sind die Wechselwirkungen 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 Effekte. 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 bedeckten Oberfläche sieht man weißes Eis hervortreten, wo Meteoriten einschlagen. Der Staub wurde im Laufe von Jahrmillionen in der Jupiterumgebung verteilt. Hauptsächlich durch Zusammenstöße 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 "wahrscheinlichen Ozean" zu sprechen ist vielleicht übertrieben. Die Ursache einer solchen eventuell nicht völlig gefrorenen Schicht zwischen Gestein und Eismantel wird weiter unten beschrieben. 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 10 hunderte km dicken Eismantel, der um die Gesteinskugel liegt, in die Länge zieht, wie Knetmasse verformt. So entsteht Reibungswärme, dadurch könnte die Eisschicht an der Grenze zwischen Gestein und Eis geschmolzen sein. Ob es sich um eine Art "Schneematsch" handelt oder ob die Wärmezufuhr gar ausreicht, um einen Ozean aus flüssigem Wasser entstehen zu lassen, ist die Frage, welche im Jahr 2000 durch mehrere Vorbeiflüge der GalileoSonde 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 Kraterzählungen. 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 Bilder erhielt, wie sie ein Flugzeug über den gefrorenen Treibeisfeldern an den Erdpolen machen könnte. Man sah eindeutig Eisschollen, Eisberge sowie gebrochene verschobene und dann wieder zusammen gefrorene Eisflächen. Risse und Wellen im Eispanzer des Jupitermondes Europa (Foto: Raumsonde Galileo – 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 verursacht werden. Wellenberge von 50 – 100m Höhe wölben und brechen die darüberliegende Kruste in immer wiederkehrenden Intervallen, was zu den gefundenen Bruchmustern passen würde. Magnetfeld: Erst im Januar 2000 wurden die letzten Magnetfeldmessungen gemacht. Zusammen 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 zwischen 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 Antarktis der Erde beweist, daß auch unter den Bedingungen, die auf Europa herrschen, primitives Leben existieren könnte. 11 Io, der innerste Mond Io, der „Pizzamond“ (Aufnahme Foto: Galileo – NASA) Io ist der wohl farbenprächtigste Körper im Sonnensystem. Und der vulkanisch aktivste. Io wird von Jupiter, Europa und Ganymed´s Anziehung dermaßen „durchgeknetet“, 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 Phänomen: eine Art "Polarlichter", die in verschiedenen 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 Vulkanausbrüchen 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) 12 Oberfläche: Saturn ist ein Gasriese wie Jupiter, aber doppelt so weit von der Sonne entfernt. Deshalb sind in den Wolkenformationen die Strukturen weißlich, verwaschen, nicht so gut strukturiert wie die Wolkenformationen auf Jupiter. Für Amateure mit größeren Teleskopen untergliedert sich die Saturnatmosphäre in helle Zonen, dunkle Bänder parallel zur Äquatorrichtung. 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 "dreifachen Planeten" erkannt. Die Ringe schweben "frei" in der Äquatorebene des Saturns. Äquator und Ringe sind um 27° gegen die Bahnebene geneigt. Das führt während der 29jährigen Umlaufbahn zur unterschiedlichen Perspektive auf die Ringe. Mal sind sie stark geöffnet, 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 besteht 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 jedem 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 Umlauf um die Sonne Äquatordurchmesser Eigenrotation 1.400 Milliarden km 29.5 Jahre 120 000 km 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 ausgeprägtes Ringsystem, welches von der Erde aus aber nicht beobachtbar ist. Uranus ist im Gegensatz zu Jupiter und Saturn in den oberen Gasschichten völlig strukturlos. Daten zum Uranus Mittlerer Abstand zur Sonne Umlauf um die Sonne Äquatordurchmesser Eigenrotation 2.85 Milliarden km 84 Jahre 51 000 km 15.6 Stunden Uranus und seine 5 grossen Monde. Fotomontage Voyager II (NASA) 13 Neptun Neptun ist ein Zwillingsbruder des Uranus, jedoch blau gefärbt von Methangasen. Er wird von 13 Monden umkreist. Der interessanteste ist Triton, da er eine Art „Eisvuklanismus“ bei Temperaturen um –200 Grad aufweist. So ähnlich wie Triton dürfte auch der etwa gleich große Pluto aussehen. Auch Neptung wird von einem schwach ausgeprägtem Ringsystem umgeben. Daten zum Neptun Mittlerer Abstand zur Sonne Umlauf um die Sonne Äquatordurchmesser Eigenrotation 4.5 Milliarden km 164.8 Jahre 50 000 km 18.4 Stunden Neptun, Aufnahme von Voyager II - Foto: NASA Pluto 2 Pluto ist der letzte Planet unseres Sonnensystems mit einer Umlaufzeit von 248 Jahre. Oberflächendetails 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 Umlauf um die Sonne Äquatordurchmesser Eigenrotation 4.3 (min) bis 7.4 Milliarden km 247.7 Jahre 2300 km 6.4 Tage Pluto hat eine sehr starke elliptische Bahn um die Sonne, die ihn während des Sonnenumlaufes 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 14 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 sogenannte Oortsche Wolke in ca 1/2 bis 2 Lichtjahren Entfernung. Man kann sie sich als eine kugelförmige Schale vorstellen, die weit außerhalb 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 Körper des Sonnensystems entfallen nur 1/750 der Gesamtmasse. • Die Sonne besitzt nur 2% des Drehimpulses des Systems, 98% des Drehimpulses entfallen 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: ¾ 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). 15 ¾ Abgabe von Materie durch die Rotation in eine scheibenförmige Anordnung um die Ursonne. Magnetfelder übertragen den Drehimpuls auf die Scheibe (solche Protosterne kann man heute beobachten). ¾ 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 Kondensationsprodukte in Abhängigkeit der Sonnenentfernung. Die Abbildung zeigt die Reihenfolge und die maßstäblichen Größenverhältnisse zwischen der Sonne und den Planeten (nicht die maßstäblichen Abstände) ¾ Kollisionen und Verschmelzungen benachbarter Partikel (Akkredition) bilden langsam größere Körper. Sie bilden eigene Gravitationsfelder. ¾ Die Gravitation der größten Brocken zieht immer mehr Materie an. Aufschlag von kleineren Brocken auf den größeren und Verschmelzung mit diesen. ¾ 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 solaren Urnebel, sondern ist ein Produkt aus Entgasung der Erdrinde und durch Vulkanausbrüche. 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. 16 PLANETOIDEN Planetesimale, deren Wachstum durch die Gravitation des Jupiters verhindert wurde. KOMETEN Planetesimale in den äußeren Bereichen des Sonnensystems, aus denen sich keine größeren 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 näherungsweise 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 Kilometer), so ergibt sich folgende Tabelle: PLANET Merkur Venus Erde Mars Planetoiden Jupiter Saturn Uranus Neptun Pluto berechnete Entfernung in AE 0.4 0.7 1.0 1.6 2.8 5.2 10.0 19.6 38.8 77.2 gemessene Entfernung in AE 0.39 0.72 1.00 1.92 2.90 5.20 9.54 19.2 30.1 39.5 Zur Zeit der Publikation war die die Reihe bei 2.8 offen, dort befand sich kein Planet. Gezielte 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 Entstehung des Sonnensystems hat, ist ungeklärt. Allerdings fügen sich auch viele der großen Monde von Jupiter, Saturn und Uranus in diese Reihe. 17 Mini- und Maximal Temperaturen und Atmosphären der Objekte des Sonnensystems Objekt Temperatur, max [ Grad Celsius ] + 15 x 106 Atmosphäre SONNE Temperatur, min. [ Grad Celsius ] + 5.500 Merkur Venus Erde Mond - 180 + 460 - 90 - 173 + 425 + 460 + 58 + 127 --- (Natrium) Kohlendioxid Sauerstoff, Stickstoff --- Mars Jupiter -145 - 180 + 20 + 20 000* Saturn - 200 + 12 000* Kohlendioxid Wasserstoff, Helium (Methan, Ammoniak) Wasserstoff, Helium Uranus - 210 + 6 000* Wasserstoff, Helium Neptun - 210 Wasserstoff, Helium Pluto -228 + 6 000* -210 Wasserstoff, Helium ? ? ? (Methan) * dies sind aus Strahlungsmessungen geschätzte Temperaturen im Kernbereich der Gasplaneten. 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 Venus Erde Mars Jupiter Saturn Uranus Neptun Pluto 1 2.5 3 1.5 30 26 10 10 1 Stecknadelkopf Pfefferkorn Pfefferkorn gr. Stecknadelkopf Tischtennisball Tischtennisball Murmel Murmel Stecknadelkopf 12 23 32 49 167 300 600 900 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. 18 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 Leitenden 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 Sonnensystem mehrere Plutogroße Objekte entdeckt, von denen einer sogar größer im Durchmesser als der Pluto ist. Inzwischen wurden einige mehr entdeckt. Diese Region des Sonnensystems 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
