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Jupitermond

Jupitermond

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Jupiter, benannt nach dem römischen Gott Jupiter, ist der fünfte und größte Planet unseres Sonnensystems. In der Astronomie verwendet man das Zeichen Sonnensystem für Jupiter

Allgemeines

Jupiter ist der innerste der Gasriesen des Sonnensystems und läuft auf einer annähernd kreisförmigen Umlaufbahn mit einer Exzentrizität von 0,0489 um die Sonne. Sein sonnennächster Punkt, das Perihel, liegt bei 4,95 AE und sein sonnenfernster Punkt, das Aphel, bei 5,459 AE. Seine Umlaufbahn ist mit 1,305° leicht gegen die Ekliptik geneigt. Für einen Umlauf um die Sonne benötigt Jupiter 11 Jahre 215 Tage und 3 Stunden. Jupiter ist nachts von der Erde aus mit bloßen Auge zu erkennen. An seiner maximalen Helligkeit gemessen ist Jupiter nach Sonne, Mond und Venus das vierthellste Objekt am Himmel. (Bei günstiger Planetenkonstellation kann er sogar heller sein als die Venus). Daher war er bereits in der Antike bekannt. Eine der ersten Personen, die Jupiter mit einem Fernrohr beobachteten, war 1610 Galileo Galilei. Dabei entdeckte er die vier größten Jupitermonde Ganymed, Kallisto, Io und Europa. Diese vier Monde werden auch heute noch als Galilei'sche Monde bezeichnet. Galilei entdeckte dabei die erste Bewegung von Himmelskörpern, die nicht direkt um die Erde zentriert ist. Es war unter anderem diese Entdeckung, die zu seiner Unterstützung des heliozentrischen Weltbildes führte und ihn in Schwierigkeiten mit der Inquisition brachte. Jupiter zählt zu der äußeren Gruppe der massereichen Gasriesen, die nach ihm als die jupiterähnlichen (iovianischen) Planeten bezeichnet werden. Eine genauere Beschreibung seines Aufbaus findet sich im entsprechenden Abschnitt. Jupiter ist der massenreichste Planet in unserem Sonnensystem. Mehr noch: Er besitzt 2,5 mal soviel Masse wie alle 8 anderen Planeten zusammen. Seine Masse reicht sogar aus die Sonne ins schlingern zu bringen: Der gemeinsame Schwerpunkt von Jupiter und Sonne liegt etwa 1,068 Sonnenradien außerhalb des Sonnenzentrums (und damit oberhalb der Sonnenoberfläche). Jupiter ist aber nicht nur der schwerste, sondern mit einem Durchmesser von etwa 143.000 km auch der größte Planet unseres Sonnensystems. Er hat mit 1,326 g/cm³ wie alle Gasriesen eine geringe mittlere Dichte. Interessanterweise besitzt Jupiter fast die Maximalausdehnung eines "kalten" aus Wasserstoff bestehenden Körpers. Kalt meint in diesem Zusammenhang einen Himmelskörper, der nicht wie ein Stern Wasserstoff zu Helium verbrennt. Körper aus Wasserstoff mit mehr Masse als Jupiter besitzen auf Grund ihrer erhöhten Gravitation ein kleineres Volumen. Solche Objekte nennt man auch braune Zwerge oder im angelsächsischen Sprachraum "failed stars". Der Übergang zwischen braunen Zwergen und Planeten ist fließend. Für einen "echten Stern" hätte Jupiter aber etwa 70 mal schwerer sein müssen. Trotz seiner enormen Größe ist Jupiter in unserem Sonnensystem der sich am schnellsten drehende Planet. Er vollendet eine Rotationsperiode in weniger als 10 Stunden, was auf Grund der Fliehkräfte eine Abflachung des Jupiters an den Polen und die Entstehung eines "Bauches" am Äquator zur Folge hat. Die Abflachung kann leicht mit einem Amateurteleskop beobachtet werden.

Aufbau

Atmosphäre

Hauptbestandteile der Atmosphäre sind Wasserstoff, Helium und in geringerer Menge Ammoniak und Methan. Desweiteren wurden Spuren von Sauerstoff, Kohlenstoff, Schwefel, Neon und fast allen anderen Elementen gefunden. Die Atmosphäre beinhaltet außerdem Spuren von Ammoniak, Wasser, Schwefelwasserstoff, Oxide und Sulfine. Die äußersten Schichten der Atmosphäre beinhalten Kristalle aus gefrorenem Ammoniak. Insgesamt gleicht Jupiters Zusammensetzung sehr der Gasscheibe, aus der sich vor etwa 4,5 Milliarden Jahren die Sonne entwickelt hat. Ähnlichkeiten im Aufbau zu Saturn lassen sich erkennen, während die beiden anderen Gasriesen Uranus und Neptun aufgrund ihrer geringeren Schwerkraft wesentlich weniger Wasserstoff und Helium besitzen. Diese beiden Elemente sind zu leicht, um von ihnen festgehalten zu werden. Die Atmosphäre geht ohne Phasenübergang mit zunehmender Tiefe in einen flüssigen Zustand über, da sich der Druck über den kritischen Punkts der Atmosphärengase erhöht. Auffällig sind die hellen und dunklen Bänder und der Große Rote Fleck - ein riesiger Antizyklon, der in seiner Längsrichtung zwei Erddurchmesser groß ist. Er ist sehr stabil und wird bereits seit 300 Jahren mit nur leichten Veränderungen beobachtet. Zum Vergleich: Auf der Erde lösen sich Windwirbel in der Atmosphäre üblicherweise innerhalb einiger Wochen wieder auf. Der Große Rote Fleck ist aufgrund seiner Größe bereits in einem Amateurteleskop sichtbar. Antizyklon Jupiter unterliegt nach neuen Forschungsergebnissen einem 70-jährigen Klimazyklus. In diesem Zeitraum kommt es zur Ausbildung etlicher Wirbelstürme - Zyklone und Antizyklone, die nach gewisser Zeit wieder zerfallen. Zudem verursacht das Abflauen der großen Stürme Temperaturunterschiede zwischen Polen und Äquator von bis zu 10 °C, die bisher wegen der ständigen Gasvermischung durch die Stürme verhindert wurden. Bis zum Jahr 2011 sollten die meisten Wirbelstürme auf Jupiter vorübergehend verschwunden sein. Allerdings dürfte der Große Rote Fleck diese Entwicklung aufgrund seiner großen Energie überleben. Die letzte Klimaveränderung dieser Art auf Jupiter konnte bereits 1939 beobachtet werden. Gasplaneten wie Jupiter beziehen einen Teil ihrer Energie aus der adiabatischen Kontraktion des Gases. Durch die daraus resultierende Temperaturerhöhung steigt der Druck, bis der Planet sich im Gleichgewicht befindet. Dieser Prozess wird Kelvin-Helmholtz-Mechanismus genannt. Die so entstehende Wärme wird langsam in den Weltraum abgestrahlt. Deshalb schrumpft der Planet beständig. Jupiter bezieht aus dieser Kontraktion eine Energie von etwa 400 Milliarden Watt was in etwa der Energie entspricht, die er durch die absorbierte Sonneneinstrahlung erhält.

Innerer Planetenaufbau

Mit zunehmender Tiefe der Atmosphäre ist der Wasserstoff, aus dem Jupiter zur Hauptsache besteht, aufgrund des hohen Drucks flüssig, aber ohne Phasenübergang, so dass keine definierte Oberfläche existent ist, da der Druck in den Tiefen der Atmosphäre jenseits des kritischen Punkts ansteigt. Unter diesen Bedingungen ist die Unterscheidung zwischen Gas und Flüssigkeit nicht mehr möglich. Ab etwa 25 % des Jupiterradius geht der Wasserstoff bei einem Druck jenseits von 300 Millionen Erdatmosphären in eine metallische Form über. Es wird vermutet, dass Jupiter unterhalb dieser metallischen Wasserstoffschicht einen Gestein-Eis-Kern hat, der aus schweren Elementen besteht.

Ringe

kritischen Punkts Jupiter hat ein sehr schwach ausgeprägtes Ringsystem, das schon seit der Pioneer 11-Mission 1974 vermutet wurde und 1979 von Voyager 1 erstmals fotografiert werden konnte. Als die Sonde am 5. März 1979 in den Jupiterschatten eintauchte, waren sie im Gegenlicht zu erkennen. Lange Zeit blieb die Herkunft der Ringe unbekannt, und eine erdgebundene Beobachtung erwies sich als ausserordentlich schwierig, da die Ringe aus Staubkörnchen bestehen, die zum Großteil nicht größer sind als die Partikel des Rauches einer Zigarette. Hinzu kommt, dass die Staubteilchen nahezu schwarz und daher kaum sichtbar sind: Sie haben eine Albedo von lediglich 0,05, verschlucken also 95% des auftreffenden, dort ohnehin schon schwachen Sonnenlichts. Ein weiterer Grund für die geringen Ausmaße der Ringe ist die Tatsache, dass sich die Ringe langsam spiralförmig auf Jupiter zubewegen und in ferner Zukunft schließlich von ihm „aufgesaugt“ werden. Die spiralförmige Rotation hat unterschiedliche Ursachen. Zum einen bewirkt das starke Magnetfeld des Jupiter ein elektrisches Aufladen der Staubteilchen. Diese stoßen mit anderen geladenen Teilchen zusammen, die Jupiter zum Beispiel aus dem Sonnenwind einfängt, was schließlich zu einer Abbremsung der Teilchen führt. Ein zweiter Effekt, der ebenfalls eine Abbremsung der Staubpartikel bewirkt, ist die Absorption und anschliessende Reemission von Licht. Dabei verlieren die Staubpartikel Bahndrehimpuls. Diesen Effekt nennt man Poynting-Robertson-Effekt. Beide Effekte zusammen bewirken, dass der Staub innerhalb eines Zeitraumes von etwa 100.000 Jahren aus den Ringen verschwindet. Poynting-Robertson-Effekt Der Ursprung der Ringe konnte erst durch die Galileo-Mission geklärt werden. Der feine Staub stammt wahrscheinlich von den kleinen felsigen Monden des Jupiters. Die Monde werden ständig von kleinen Meteoriten bombardiert. Durch die geringe Schwerkraft der Monde wird ein Großteil des Auswurfs in die Jupiterumlaufbahn geschleudert und füllt damit die Ringe ständig wieder auf. Der Hauptring (Main Ring) zum Beispiel besteht aus dem Staub der Monde Adrastea und Metis. Zwei weitere schwächere Ringe (Gossamer-Ringe) schließen sich nach außen hin an. Das Material für diese Ringe stammt hauptsächlich von Thebe und Amalthea. Außerdem konnte noch ein extrem dünner Ring in einer äußeren Umlaufbahn entdeckt werden. Dieser Ring umkreist Jupiter in gegenläufiger Richtung. Der Ursprung dieses Ringes ist noch nicht geklärt. Es wird jedoch vermutet, dass er sich aus interplanetarem Staub zusammensetzt. Innerhalb des Hauptringes befindet sich ein Halo aus Staubkörnern, der sich in einem Gebiet von 92.000 bis 122.500 km, gemessen vom Zentrum Jupiters, erstreckt. Der Hauptring reicht von oberhalb der Halogrenze ab 130.000 km bis etwa an die Umlaufbahn von Adrastea heran. Oberhalb der Umlaufbahn von Metis nimmt die Stärke des Hauptrings merklich ab. Die Dicke des Hauptrings ist geringer als 30 km. Der von Amalthea gespeiste innere Gossamer-Ring reicht von der äußeren Grenze des Hauptrings bis zu Amaltheas Umlaufbahn bei etwa 181.000 km vom Jupiterzentrum. Der äußere Gossamer-Ring reicht von 181.000 km bis etwa 221.000 km und liegt damit zwischen den Umlaufbahnen von Amalthea und Thebe.

Magnetfeld

Thebe Jupiter hat ein sehr ausgeprägtes Magnetfeld. Die Stärke des Feldes beträgt auf Höhe der Wolken etwa 1,2×10^-3 Tesla. Es ist somit fast 10 mal so stark wie das Erdmagnetfeld und enthält etwa die 20.000fache Energie des Erdmagnetfeldes. Der magnetische Nordpol des Jupiters liegt in der Nähe seines geographischen Südpols. Die Achse des Nordpols ist um 11° in Relation zu seiner Rotationsachse geneigt. Die fiktive Achse zwischen dem magnetischen Nordpol und dem magnetischen Südpol geht nicht direkt durch das Zentrum des Planeten, sondern leicht daran vorbei, ähnlich wie es bei der Erde der Fall ist. Die genaue Entstehung des Magnetfeldes ist bei Jupiter noch ungeklärt, jedoch gilt als gesichert, dass der metallische Wasserstoff sowie die schnelle Rotationsperiode Jupiters eine entscheidende Rolle spielen. Auf der sonnenzugewandten Seite erstreckt sich das Magnetfeld etwa 6 Millionen km weit in das Weltall, während es auf der der Sonne abgewandten Seite gut 700 Millionen km ins Weltall hinausreicht. Der Grund für diese Asymmetrie ist der Sonnenwind, der eine Stoßfront bildet. Dadurch wird aus Sicht der Sonne das Magnetfeld vor dem Planeten gestaucht und dahinter gedehnt. Die ständige Wechselwirkung mit dem Sonnenwind führt dazu, dass die genauen Ausmaße des Magnetfeldes stark schwanken können, daher sind die hier genannten Werte als ungefähre Richtwerte zu verstehen. Besonders stark können etwaige Fluktuationen auf der sonnenzugewandten Seite sein. Bei schwachem Sonnenwind kann das Magnetfeld dort bis zu 16 Millionen km weit ins All reichen. Die Fluktuationen des Magnetfeldes wurden unter anderem von den beiden Voyager Sonden untersucht. Den vom Magnetfeld eingenommenen Raum nennt man Magnetosphäre. Die Magnetosphäre Jupiters ist derart groß, dass sie am irdischen Nachthimmel die dreifache Fläche der Sonne oder des Mondes einnähme, sofern sie leuchten würde. Damit ist sie von der Sonne abgesehen der mit Abstand größte Himmelskörper im ganzen Sonnensystem. Das starke Magnetfeld fängt beständig geladene Teilchen ein, so dass sich Ringe und Scheiben aus geladenen Teilchen um Jupiter bilden. Diese geladenen Teilchen können zum Beispiel aus dem Sonnenwind stammen. Ein vergleichbarer Effekt findet sich auf der Erde in Form des van-Allen-Gürtels. Eine weitere Quelle für geladene Teilchen sind die Monde des Jupiters. So findet man beispielsweise einen Ring aus geladenen Schwefelatomen um Io herum, während sich um Europa herum ein Torus aus Wassermolekülen gebildet hat. Durch Fluktuationen im Magnetfeld entsteht ständig Strahlung die von Jupiter ausgeht. Diese sogenannte Synchrotronstrahlung kann im Dezimeterwellenbereich gemessen werden und führt auch zur Wasserverdampfung auf Europas Oberfläche. Auch die vulkanische Aktivität auf Io könnte ein Produkt des Jupitermagnetfeldes sein. Man vermutet, dass das Magnetfeld an Io zerrt. Die dadurch entstehende Reibung führt zu einer Erwärmung des Mondes. Dieses Zusammenhang konnte bisher allerdings noch nicht abschließend bewiesen werden. Das Magnetfeld läßt sich grob in drei Teile einteilen: Der innere Bereich ist ringförmig und erstreckt sich etwa 20 Jupiterradien weit. Innerhalb dieses Teiles lassen sich unterschiedliche Regionen unterscheiden, die durch verschiedene Elektronen- und Protonenkonzentrationen definiert sind. Der mittlere Teil des Magnetfeldes erstreckt sich von 20 Jupterradien bis etwa 50 Jupiterradien. Dieser Teil ist durch schnelle Rotation um Jupiter und damit hohe Fliehkräfte scheibenförmig abgeplattet. Die äußere Region des Magnetfeldes ist vor allem durch die Wechselwirkung des Magnetfeldes mit dem Sonnenwind geprägt und ihre Form damit abhängig von dessen Stärke.

Rotationsverhalten

Jupiter rotiert nicht wie ein starrer Körper. Die Äquatorregionen benötigen für eine Rotation 9 h 50 m 30 s und die Polregionen 9 h 55 m 41 s. Die Äquatorregionen werden als System I und die Polregionen als System II bezeichnet. Seine Rotationsachse ist dabei nur sehr gering um 3,13° gegen seine Umlaufbahn um die Sonne geneigt. Jupiter hat somit im Gegensatz zu anderen Planeten keine ausgeprägten Jahreszeiten.

Funktion

Der Jupiter hat eine wichtige Funktion in unserem Sonnensystem. Da er schwerer als alle anderen Planeten zusammen ist, ist er eine wichtige Komponente des Massengleichgewichtes des Sonnensystems. Er stabilisiert durch sein Gewicht den Asteroidengürtel. Ohne den Jupiter würde alle 100.000 Jahre ein Asteroid aus dem Asteroidengürtel die Erde treffen und Leben dadurch unmöglich machen. Die Existenz eines jupiterähnlichen Planeten in einem Sonnensystem ist dadurch Voraussetzung für Leben auf einem dem Stern näheren Planeten.

Monde

Übersicht aller Jupitermonde: Liste der Jupitermonde Jupiter besitzt 63 bekannte Monde (Stand: Mai 2004). Sie können in mehrere Gruppen unterteilt werden: Die Galileischen Monde Io, Europa, Ganymed und Kallisto mit Durchmessern zwischen 3122 km und 5262 km (Erddurchmesser 12.740 km) wurden 1610 unabhängig voneinander durch Galileo Galilei und Simon Marius entdeckt, alle anderen Monde mit Ausnahme der 1892 entdeckten Amalthea erst im 20. oder 21. Jahrhundert. Die Galileischen Monde sind die größten Jupitermonde und haben planetennahe, nur wenig geneigte Bahnen. Dies trifft auch auf Metis, Adrastea, Amalthea und Thebe zu, die aber mit Größen von 20 km bis 131 km wesentlich kleiner sind. Man vermutet, dass diese inneren acht Monde gleichzeitig mit Jupiter entstanden sind. Io hat einen Durchmesser von 3160 km und umkreist Jupiter in einem Abstand von 421 600 km. Sie besteht aus einem Eisenkern und einem Mantel. Io besitzt eine Atmosphäre, die aus Vulkangasen besteht. Da in ihrem Inneren geologische Prozesse ablaufen, befinden sich auf ihrer Oberfläche zahlreiche Vulkane. Europa besitzt einen Eisenkern und einen Steinmantel, über dem wahrscheinlich ein 100km tiefer Ozean liegt, dessen oberste 10 bis 20 km zu einer Eiskruste gefroren sind. Ihr Duchmesser beträgt 3138 km, ihre Entfernung zum Jupiter 670.900 km. Ganymed befindet sich in einer Entfernung von 1.070.000 km. Sein Durchmesser liegt bei 5268 km. Er besteht aus einem Eisenkern, einem Felsmantel und einem Eismantel. Außerdem besitzt er ein eigenes Magnetfeld. Kallisto hat einen Durchmesser von 4806 km und hat einen Abstand von 1.883.000 km zu Jupiter. Sie besteht aus einem Eisen-Stein-Gemisch und einer Eiskruste. Forscher fanden auf ihr Anzeichen für Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen, die zu den Grundvoraussetzungen für Leben gehören. Auch im Innern von Kallisto gibt es wahrscheinlich Schichten aus flüssigem Wasser. Die restlichen Monde sind kleine bis kleinste Objekte mit Radien zwischen 1 km und 85 km, die vermutlich von Jupiter eingefangen wurden. Sie tragen teilweise noch Zahlencodes als vorläufige Namen, bis sie von der Internationalen Astronomischen Union IAU endgültig benannt sind.

Sichtbarkeit

Hauptartikel: Jupiterpositionen bis 2021 In der folgenden Tabelle sind die Sichtbarkeiten des Jupiter für die Jahre 2004 bis 2006 angegeben. Neben dem Datum der Opposition ist jeweils auch die scheinbare Helligkeit, der Abstand zur Erde und der Winkeldurchmesser des Jupiter bei der Opposition angegeben.

Kulturgeschichte

In der Astrologie steht Jupiter unter anderem für Expansion, Glück, Religion und Philosophie. Jupiter wird dem Element Feuer, dem Sternzeichen Schütze und dem 9. Haus zugeordnet.

Siehe auch

- Shoemaker-Levy 9
- Asteroidengürtel
- Trojaner (Astronomie)

Weblinks

- [http://www.raumfahrer.net/astronomie/sonnensystem/jupiter.shtml Raumfahrer.net: Planet Jupiter]
- [http://www.wappswelt.de/tnp/nineplanets/1999j1.html Bericht zur Entdeckung von Jupitermonden]
- [http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/joviansatfact.html NASA: Jovian Satellite Fact Sheet] (Englisch)
- [http://www.ifa.hawaii.edu/~sheppard/satellites/jupsatdata.html Liste der Jupitermonde] (Englisch)
- [http://www.solarviews.com/germ/jupiter.htm Beschreibung Jupiters]

Videos

Real Video (Aus der Fernsehsendung Alpha Centauri):
- [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=000102.rm Was nützt uns Jupiter?] Kategorie:Jupiter (Planet) als:Jupiter (Planet) ja:木星 ko:목성 ms:Musytari simple:Jupiter (planet) th:ดาวพฤหัสบดี

Jupiter (Mythologie)

Jupiter, lateinsich Iup(p)iter, war die oberste Gottheit der Römer. Die Römer übertrugen den in der griechischen Mythologie ursprünglich Zeus genannten Gott, wie alle anderen Hauptgötter, nahezu kongruent in ihre Sagenwelt. Der Name setzt sich zusammen aus "Dies" und "pater" (lat. Vater) - im altindischen Dyaus pitar - und bedeutet ursprünglich "Himmelsvater". Jupiter, Sohn des Saturn und der Ops, war für Blitz und Donner zuständig (siehe auch: Thor) und bestrafte Eidbrüchige mit dem Aussenden von Blitzen. Ein weiteres Attribut Jupiters ist der Adler, oft sitzt dieser zu seinen Füßen. Der Monatsname Mai leitet sich von Iupiter Maius ab, dem Wachstum bringenden Jupiter. Aus dem Tempel des Jupiter zogen zur Römerzeit die Feldherren aus und auch der Siegeszug endete hier. Der römische Priester des Jupiter wurde Flamen dialis genannt. Er gilt als Vater vieler Göttinnen und Götter. Außerdem war er der Gott des Humors (daher das deutsche "jovial"). Jupiter pflegte neben seiner Ehe mit Iuno, der Göttin des Herdfeuers, viele andere Beziehungen mit zumeist hübschen jungen Frauen, so zum Beispiel Europa, der er sich in Form eines Stieres näherte und die auf seinem Rücken über das Meer von Kleinasien weggeführt wurde. Die Metapher, die die Ausbreitung des Ackerbaus von der Levante nach Europa (ursprünglich Kreta) schildert, wird im griech. Mythos mit Zeus verbunden. Zum Ärger seiner Frau liebte er auch den jungen und schönen Ganymed, welchen er in Adlergestalt von der Erde weg raubte und als Mundschenk auf den Olymp versetzte. Wie viele andere antike Götter wurde Jupiter mit verschiedenen Kultbeinamen verehrt, die jeweils bestimmte Aspekte betonten oder mit einzelnen Örtlichkeiten verbunden waren. Oberster Gott als Teil der Capitolinischen Trias war Iuppiter Optimus Maximus („der beste und größte), auch Iuppiter Capitolinus, weil sein Tempel auf dem Kapitol stand. Weitere Ausprägungen waren Iuppiter Stator („der die Feinde zum Stehen bringt“) und Iuppiter Feretrius („der Schleuderer“). Im angeblich von Romulus gegründeten Tempel des letzteren, der zu den ältesten Tempeln Roms gehörte, wurde die spolia opima geweiht. Dort wurde auch der silex, ein heiliger, zum Messer geschliffener Feuerstein verwahrt, mit dem beim Abschluss eines Vertrages ein Ferkel geschlachtet wurde. Im römischen Germanien pflegte man den Kult des Jupiters mit den so genannten Jupitergigantensäulen. Der Jupiterkult wurde als Teil des Vielgötterglaubens, des Polytheismus, unter Kaiser Theodosius I. Ende des 4. Jahrhunderts n. Chr. als Staatsreligion vom Christentum abgelöst.

Siehe auch

Portal:Rom, Themenliste Rom, Deus, Halbgott, Anxur, Zeus

Weblinks

Kategorie:Römische Gottheit ja:ユピテル ko:유피테르

Planet

Ein Planet ist ein Himmelskörper, der nicht selbst leuchtet und sich in einer keplerschen Umlaufbahn um einen Stern bewegt. Der Name stammt vom griechischen „plánetes“ und bedeutet „die Umherschweifenden“ bzw. „der Wanderer“ (altgriechisch). Früher wurden Planeten auch als Wandelsterne bezeichnet. Die meisten Planeten des Sonnensystems werden von Monden umkreist. Die erste weiche Landung auf einem anderen Planeten gelang der Menschheit am 15. Dezember 1970 mit der sowjetischen Sonde Venera-7. Mit Venera-3 und Venera-4 gelangen zuvor erste harte und fast-weiche Planeten-Landungen am 1. März 1966 und am 18. Oktober 1967, wobei Venera-4 über die gesamte Betriebszeit von 96 Minuten aus der Venus-Atmosphäre erfolgreich Daten übertrug. Ende des 20. Jahrhunderts wurde der erste Planet außerhalb des Sonnensystems (Exoplaneten) entdeckt, der den Stern 51 Pegasi umkreist. Die Zahl der bekannten Exoplaneten stieg seither stark an.

Planeten unseres Sonnensystems

Hauptartikel: Sonnensystem
- Erdähnliche (felsige) Planeten (inneres Planetensystem):
- 1 Merkur
- 2 Venus
- 3 Erde
- 4 Mars
- Iovianische Planeten / Gasriesen (äußeres Planetensystem):
- 5 Jupiter
- 6 Saturn
- 7 Uranus
- 8 Neptun
- Transneptunische Objekte (TNOs):
- 9 Pluto Zusätzlich könnte das Objekt 2003UB₃₁₃ als zehnter Planet in diese Liste aufgenommen werden. Jedoch ist der Status des Objekts bislang noch nicht von der AIU endgültig geklärt. Die mittleren Abstände der Planeten zur Sonne lassen sich recht genau mit der Titius-Bodeschen Reihe angeben. Zwischen Mars und Jupiter klafft hier eine Lücke, die durch den Asteroidengürtel gefüllt wird; allerdings tritt der Abstand des Neptuns nicht in der Reihe auf.

Gruppierung

Der Asteroidengürtel trennt das innere vom äußeren Planetensystem. Der große Bereich der TNOs wird mitunter auch als eine dritte Zone angesehen. Damit zählen Merkur, Venus, Erde und Mars zu den inneren Planeten, und Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun und Pluto zu den äußeren Planeten, wobei der Status von Pluto als Planet allerdings umstritten ist. Diese Unterscheidung ist nicht zu verwechseln mit der Gruppierung in die unteren Planeten, welche die Sonne innerhalb der Erdbahn umlaufen – also Merkur und Venus – und in die oberen Planeten, die sich außerhalb der Erdbahn bewegen.

Merkregeln

Um sich die Planeten und ihre Reihenfolge zu merken gibt es auch einige Merksprüche.

Definition

Es gibt bis heute kein klar definiertes Unterscheidungsmerkmal zwischen Planeten und Asteroiden. So ist der Planeten-Status von Pluto aufgrund seiner geringen Größe und seiner stark elliptischen sowie gegen die Ekliptik geneigten Bahn umstritten. Viele Astronomen rechnen ihn dem Kuipergürtel zu, einem Reservoir von Kometen und Asteroiden, das im Inneren bis an die Neptun-Bahn heranreicht. Kürzlich entdeckte ähnlich große Himmelskörper im Kuipergürtel, insbesondere 2003UB₃₁₃, haben die Diskussion um Plutos Status neu entfacht.

Die zwei häufigsten Definitionsversuche

1. Eine plausible Erklärung zur Definition eines Planeten gibt das California Institute of Technology, das eng mit der NASA zusammen arbeitet: :Ein Objekt im Sonnensystem wird als Planet bezeichnet, wenn es eine größere Masse hat als alle anderen Objekte zusammen, die sich im selben Orbit befinden. Somit ist die Erde ein Planet, da sie schwerer ist als alle Asteroiden, die dieselbe Umlaufbahn wie die Erde haben. :Problem: Pluto ist zwar das größte Objekt in seiner Umgebung, jedoch nicht schwerer als die Summe seiner Nachbarobjekte, weshalb er laut dieser Definition nicht als Planet eingestuft werden kann. Zählt man Pluto zu Neptuns Umlaufbahn, dann wird dies noch deutlicher. Danach hätte unser Sonnensystem anstatt neun also nur acht Planeten. 2. Andere definieren Planeten als :Gesteinskugel, die sich auf Grund der eigenen Gravitation zu einer solchen geformt hat. :Problem hierbei: Diese Definition würde zwar die meisten Asteroiden und Kometen ausschließen, doch würden alle großen Monde, auch der Erdenmond, dazu zählen und unser Sonnensystem hätte hunderte von Planeten. Die für die Namensgebung von Himmelskörpern zuständige Internationale Astronomische Union (IAU), hat im Jahr 2004 ein Komitee eingesetzt, das verbindliche Kriterien für die Definition eines Planeten erarbeiten soll. Im Sommer 2006 sollen die Ergebnisse dieser Arbeiten veröffentlicht werden. Die wichtigsten bekannten Eigenschaften der Planeten des Sonnensystems sind unter Planet (Tabelle) tabellarisch erfasst.

Geschichte der Entdeckung

Planeten des Sonnensystems

Die Planeten Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn sind mit bloßem Auge am Nachthimmel erkennbar und erscheinen heller als die meisten Fixsterne. Sie waren bereits in der Antike bekannt und wurden von vielen Kulturen mit ihren Hauptgöttern identifiziert. Die noch heute verwendeten Namen stammen aus der römischen Mythologie. Obwohl es bereits in der Antike Vertreter des Heliozentrischen Weltbilds gab (zum Beispiel Aristarchos von Samos), wurde bis Mitte des 16. Jahrhunderts allgemein angenommen, dass sich die Planeten mitsamt der Sonne um die Erde bewegen (Geozentrisches Weltbild). 1543 veröffentlichte Nikolaus Kopernikus, angeregt durch Aristarchos, sein Werk „Von den Umdrehungen der Himmelssphären“, in dem er die Sonne in den Mittelpunkt stellte und die Erde als weiteren Planet erkannte. Unter günstigen Bedingungen ist Uranus auch mit bloßem Auge zu erkennen, und er wurde bereits 1690 fälschlicherweise als Stern katalogisiert. Er wurde erst 1781 von Sir Friedrich Wilhelm Herschel als Planet erkannt. Mit Hilfe der älteren Beobachtungen gelang es Johann Elert Bode die Umlaufbahn genau zu bestimmen. Anhand von Bahnstörungen des Uranus berechneten Urbain Jean Joseph Leverrier und John Couch Adams unabhängig die Bahn eines weiteren Planeten, dies führte am 23. September 1846 zur Entdeckung Neptuns durch Johann Gottfried Galle. Durch den neu entdeckten Planeten konnten jedoch nicht sämtliche Unregelmäßigkeiten in der Uranus-Bahn erklärt werden. Schließlich wurde 1930 von Clyde W. Tombaugh ein weiteres Objekt entdeckt und später Pluto genannt, der bislang als neunter Planet gilt. Die Existenz eines weiteren Planeten (Transpluto oder Planet X) im Sonnensystem galt lange als unwahrscheinlich. Seit Ende der 1990er Jahre werden zusehends Objekte jenseits der Neptun- beziehungsweise der Plutobahn entdeckt. Diese transneptunischen Objekte werden gelegentlich von der Presse ebenfalls als Planet bezeichnet. So zum Beispiel Quaoar (2002), Orcus (2004) Sedna (2004) oder 2003UB₃₁₃ (2005).

Exoplaneten

Hauptartikel: Exoplanet Die ersten Planeten überhaupt, die außerhalb unseres Sonnensystems entdeckt wurden, umkreisen den Pulsar mit dem Namen PSR 1257+12. Durch genaue Messungen der Wiederkehrzeit des Strahls, der uns vom Pulsar erreicht, konnten 1994 drei Planeten mit Massen von 0,02, 4,3 und 3,9 Erdmassen nachgewiesen werden. Auf diesen Planeten ist Leben, wie wir es von der Erde kennen, praktisch ausgeschlossen. Der erste Exoplanet in einem Orbit um einen sonnenähnlichen Stern wurde 1995 von Professor Michel Mayor vom Departement für Astronomie der Universität Genf und seinem Mitarbeiter Didier Queloz mit Hilfe der Radialgeschwindigkeitsmethode entdeckt. Der Planet rotiert im 4,2-Tagestakt um den ca. 40 Lichtjahre entfernten Stern Pegasus 51 und hat 0,46 Jupitermassen. Im Mai 2005 waren 156 extrasolare Planeten in 136 Systemen bekannt, darunter 13 Systeme mit zwei, zwei Systeme mit 3 und 1 System mit 4 Planeten (keine mit mehr). Im Umkreis von ca. 100 Parsec wurden bis jetzt um 7% der Sterne Planeten gefunden. Die meisten der bis jetzt entdeckten Systeme sind aber nicht mit unserem Sonnensystem vergleichbar, es handelt sich meist um Gasriesen, die ihren Zentralstern in einer sehr engen Umlaufbahn umkreisen. Solche Planeten werden von Astronomen hot Jupiters genannt. Nach einer Theorie sind sie, wie Jupiter, in relativ großem Abstand von ihrem Zentralstern in der Akkretionsscheibe entstanden, dann aber nach innen gewandert. Nach einer anderen Theorie sind sie jedoch wie Sterne aus einer Gaswolke kondensiert. Exoplaneten im Orbit um sonnenähnliche Sterne konnten bis 2005 nicht mit Teleskopen direkt beobachtet werden, da sie sehr lichtschwach sind. Sie werden von dem um ein Vielfaches helleren Stern, um den sie kreisen, überstrahlt. Das Auflösungsvermögen von erdgestützten Teleskopen reicht heute noch nicht dazu aus, um zwei so relativ nahe beieinander liegende Objekte mit so großem Helligkeitsunterschied wie einem Planet und seinem Stern getrennt darzustellen. Man nutzt daher verschiedene indirekte Methoden wie die Transitmethode, bei der durch die Bedeckungen des Sterns durch den Planeten periodische Helligkeitsabsenkungen des Sterns verursacht werden, falls die Umlaufbahn so liegt, dass der Planet von uns aus gesehen genau vor dem Stern vorbeizieht. Eine andere Methode ist die Radialgeschwindigkeitsmethode, bei der der Planet durch seinen Schwerkrafteinfluss am Stern zieht (beide kreisen um den gemeinsamen Schwerpunkt) und somit von der Erde aus diese periodische Bewegung eine abwechselnden Blauverschiebung und Rotverschiebung (Doppler-Effekt) des Spektrums des Sterns bewirkt. Am 10. September 2004 gab das European Southern Observatory bekannt, dass möglicherweise erstmals eine direkte Aufnahme eines Planeten beim 225 Lichtjahre entfernten Braunen Zwerg 2M1207 gelungen ist. Am 30. April 2005 berichtete das ESO, im Februar und März 2005 mit dem Very Large Telescope aufgenommene Fotos zeigten zusammen mit den älteren Aufnahmen, dass sich 2M1207 und sein Begleiter, durch die Schwerkraft aneinander gebunden, tatsächlich gemeinsam bewegten. Dies könne als Beleg dafür gewertet werden, dass tatsächlich der erste fotografische Nachweis eines Exoplaneten gelungen sei.

Charakteristische Formeln

- mittlere Materiendichte:

\bar=\frac

, wobei m = Planetenmasse, R = Radius; (

\bar \geq 3\frac

gesteinig,

\bar \leq 2\frac

gasartig)
- Kreisbahngeschwindigkeit v_k um den Planeten herum:

v_k=\sqrt

, wobei G = Gravitationskonstante, m, R wie oben
- Fluchtgeschwindigkeit v_e:

v_e=\sqrt \cdot v_k = \sqrt

, wobei G, m, R wie oben

Sonstiges

Im Gegensatz zur Astronomie betrachtet die Astrologie auch die Sonne als einen „Planeten“, die Erde dagegen nicht. Der englische Komponist Gustav Holst, selbst Hobby-Astronom, schrieb die symphonische Suite „Die Planeten“. Sie gehört zu den bekanntesten Programmmusiken. Die einzelnen Titel orientieren sich an astrologischen Planeten-Symbolen, beispielsweise „Mars, der Mittler des Krieges“ oder „Neptun, der Mystische“. Das Projekt Aerovita.net wagte sich noch einen Schritt weiter und verwendete unter anderem die Planeten wie auch die Sonne und deren jeweiligen Klang, um einen neuen Weg in der Musik einzuschlagen.

Siehe auch

- Tabelle der Eigenschaften der Planeten
- Titius-Bode-Reihe
- Astronomische Objekte
- Astronomie
- Kosmologie
- Universum
- Galaxie

Literatur

- Die Zeit: Ausgabe vom 01.08.2005: Transpluto will in den exklusiven Sonnensystem-Planetenklub: Jan Osterkamp: Artikel im Onlineangebot der Zeitung erhältlich: http://apollo.zeit.de/wo/article.php?id=784848

Weblinks

- [http://www.wappswelt.de/tnp/nineplanets/nineplanets.html Die Neun Planeten – Multimedia-Tour durch das Sonnensystem]
- [http://solarsystem.dlr.de/RPIF/ RPIF-Bildbibliothek]
- [http://www.planeten.ch/ Informationen zu allen Planeten des Sonnensystems, sowie ihren Monden und über alle extrasolaren Planeten]
- [http://www.wissenschaft24.info/planeten-forschung.php4 Aktueller und allgemeinverständlicher Newsletter zur Planetenforschung]
- [http://www.gps.caltech.edu/~mbrown/ Informationen über Sedna, 2004 DW, Quaoar und 2003 UB₃₁₃– California Institute of Technology]
- [http://exoplanets.org 'Planet Search Project' (University of California) – lokalisierte die meisten Exoplaneten]
- [http://www.wissenschaft.de/wissen/news/257763.html wissenschaft.de: „Es waren einmal neun Planeten…“] Artikel vom 22.09.2005 der sich auf Nature-Veröffentlichung bezieht

Videos

- Real Video Streams: (Aus der Fernsehsendung Alpha Centauri)
- [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&g2=1&f=031210.rm Wie entstehen Gasplaneten?]
- [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=010121.rm&g2=1 Gibt es einen 10. Planeten?]
- [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=000326.rm&e=14:25.00 Sind die Planetenbahnen stabil?]
- [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=990117.rm Gibt es extrasolare Planeten?] Kategorie:Planetologie als:Planet ja:惑星 ko:행성 ms:Planet simple:Planet th:ดาวเคราะห์ zh-min-nan:He̍k-chheⁿ

Sonnensystem

Das Sonnensystem, auch Solarsystem oder manchmal auch unser Planetensystem genannt, ist die Sonne mit ihren Planeten, Monden, Kleinplaneten, Kometen und Kleinkörpern wie den Meteoroiden, sowie die Gesamtheit aller Gas- und Staubteilchen, die durch die Anziehungskraft der Sonne zu einem System zusammengehalten werden. Dem Planetensystem der Sonne gehört auch unsere Erde an.

Aufbau

Im Zentrum des Sonnensystems befindet sich als Zentralstern die Sonne mit etwa 1,39 Millionen Kilometern Durchmesser, in der fast 99,9 % der Gesamtmasse des Systems konzentriert sind. Um die Sonne herum bewegen sich hauptsächlich die Planeten (siehe auch Tabelle der Planeten). Im Allgemeinen spricht man von den neun Planeten; dem im Mittel am weitesten entfernten Planeten Pluto wird jedoch seit der Entdeckung anderer Plutinos (ähnlich große Objekte mit vergleichbaren Bahneigenschaften) der Planetenstatus mehr und mehr aberkannt. 2003 wurde ein Objekt entdeckt, das größer als Pluto ist und sich am äußersten Rand unseres Sonnensystems befindet: 2003 UB₃₁₃. Sowohl die Entdecker als auch die NASA stufen das Objekt aufgrund seiner Größe als Planeten ein; die IAU hat jedoch in einer Erklärung mitgeteilt, dass dieses Objekt zumindest bis zu einer neuen klaren Definition für Planeten (welche im Sommer 2006 beschlossen werden soll) nicht als Planet anerkannt wird. Weitere Mitglieder des Sonnensystems sind Millionen von Asteroiden (auch Planetoiden oder Kleinplaneten genannt) und Kometen, die vorwiegend in drei Zonen des Sonnensystems anzutreffen sind, dem Asteroidengürtel, dem Kuipergürtel und der Oortschen Wolke. Der Sonne am nächsten befinden sich die inneren, erdähnlichen Planeten Merkur (Abstand zur Sonne 57,9×10⁶ km, bzw. 0,39 AE), Venus (108,2×10⁶ km, 0,72 AE), Erde (149,6×10⁶ km, 1 AE) und Mars (227,9×10⁶ km, 1,52 AE). Ihr Durchmesser beträgt zwischen 4878 km und 12756 km, ihre Dichte zwischen 3,95 g/cm³ und 5,52 g/cm³. Zwischen Mars und Jupiter befindet sich der so genannte Asteroidengürtel, eine Ansammlung von Kleinplaneten. Die meisten dieser Asteroiden sind nur wenige Kilometer groß (siehe Liste der Asteroiden) und nur wenige haben einen Durchmesser von 100 km oder mehr. Ceres ist mit ca. 960 km der größte dieser Körper. Ihre Bahnen sind teilweise stark elliptisch, einige kreuzen sogar die Merkur- (Icarus) beziehungsweise Uranusbahn (Chiron). Zu den äußeren Planeten zählen die Gasriesen Jupiter (778,3×10⁶ km, 5,2 AE), Saturn (1,429×10⁹ km, 9,53 AE) sowie die Planeten Uranus (2,875×10⁹ km, 19,2 AE) und Neptun (4,504×10⁹ km, 30,1 AE) mit Dichten zwischen 0,7 g/cm³ und 1,66 g/cm³ sowie Pluto (5,900×10⁹ km, 39,5 AE). Seit den 1990ern hat man mehr als 500 Objekte gefunden, die sich jenseits der Neptunbahn bewegen. Diese Objekte bilden den Kuipergürtel, der sich in einem Abstand von 6-7,5 Milliarden km (30-50 AE) zur Sonne befindet und ein Reservoir für die Kometen mit mittleren Umlaufperioden ist. Die Objekte dieser Zone sind wahrscheinlich nahezu unveränderte Überbleibsel aus der Entstehungsphase des Sonnensystems, man nennt sie deshalb auch Planetesimale. Jenseits des Kuipergürtels befindet sich bis zu einem Abstand von etwa 1,5 Lichtjahren (zirka 100.000 AE) die Oortsche Wolke. Man vermutet, dass aus dieser durch Gravitationsstörungen gelegentlich vorbeiziehender Sterne Körper herausgerissen werden und als langperiodische Kometen in die inneren Bereiche des Sonnensystems gelangen. Einige dieser Kometen verbleiben dann auf stark elliptischen Bahnen in der Nähe der Sonne, andere werden von den Planeten, insbesondere von Jupiter, gestört und abgelenkt, so dass sie aus dem Sonnensystem katapultiert werden oder auf Planeten oder in die Sonne stürzen. Den Rand unseres Sonnensystems bildet die Heliopause, die Grenzschicht zwischen Sonnenwind und interstellarem Medium. Man vermutet sie in einer Entfernung von ungefähr 150 AE, das dem 150fachen des Abstands Erde-Sonne oder dem 4fachen von Pluto-Sonne entspricht, der genaue Abstand ist jedoch bis heute nicht bekannt. Die inneren Planeten sowie Jupiter und Saturn waren schon in der Antike bekannt. Sie wurden von den Römern als Götter betrachtet und sind nach diesen benannt. Uranus, Neptun und Pluto wurden zwischen 1781 und 1930 entdeckt und ebenfalls nach römischen Göttern benannt. Innerhalb der von den einzelnen Planeten beherrschten Gravitationsfeldern – ihrer Hill-Späre – befinden sich, außer bei Merkur und Venus, kleinere Himmelskörper als umlaufende Begleiter. Nach dem altbekannten Mond der Erde werden sie analog ebenfalls als Monde, aber auch gleichbedeutend für Begleiter als Trabanten oder Satelliten bezeichnet. Sie sind bis auf den Erdmond und den Plutomond Charon wesentlich kleiner als ihr Planet. Eine definitiv untere Grenzgröße, ab der man nicht mehr von einem Mond spricht, wurde wie bei den Planeten bisher noch nicht offiziell festgelegt. Da astronomische Dimensionen für die meisten Menschen schwer vorstellbar sind, ist ein maßstabsgerecht verkleinertes Modell unseres Sonnensystems hilfreich, um sich die Größenverhältnisse und Distanzen der Objekte unseres Sonnensystems zu veranschaulichen.

Das Sonnensystem im Milchstraßensystem

Die Sonne mit ihren Begleitern ist wie alle Sterne Teil eines Sternsystems. Sie ist mit mindestens 100 Milliarden (manche Schätzungen gehen bis 400 Milliarden) weiteren Sternen ein Mitglied des Milchstraßensystems, der Galaxis, einer Spiralgalaxie mit einem Durchmesser von etwa 100.000 Lichtjahren. Das Sonnensystem befindet sich zwischen zwei der spiralförmigen Sternkonzentrationen, zwischen dem Perseusarm und dem Sagittariusarm, in einer lokalen Abzweigung, dem Orionarm. Es ist etwa 26.000 Lichtjahre vom galaktischen Zentrum entfernt und umkreist es mit einer Geschwindigkeit von rund 220 km/s binnen zirka 230 Millionen Jahren, einem galaktischen Jahr. Die Lage der mittleren Bahnebene der Planeten des Sonnensystems entspricht nicht der Äquatorebene der Galaxis, sondern ist sehr stark dagegen geneigt. Der Nordpol der Erdbahnebene liegt an der Himmelsphäre nur etwa 30 Grad vom galaktischen Äquator in dem am Nachthimmel schimmernden Band der Milchstraße entfernt, im Sternbild Drache. Der südliche Ekliptikpol liegt im Sternbild Schwertfisch. Der Nordpol der Galaxis befindet sich 30 Grad über der Ekliptik im Sternbild Haar der Berenike, und der galaktische Südpol im Sternbild Bildhauer. Das Zentrum der Galaxis liegt nahe der Erdbahnebene, perspektivisch im Sternbild Schütze. Von der hellen zentralen Verdickung, der Bulge, ist jedoch in dem für das menschliche Auge sichtbaren Lichtspektrum nicht viel zu sehen, da sie im Scheibenbereich auch von großen Mengen interstellaren Staubes umgeben ist. Der Drehsinn des Milchstraßensystems um sein Zentrum stimmt nicht mit dem Umlaufsinn der Planeten um die Sonne überein. Die Rotation der galaktischen Scheibe erfolgt von Norden gesehen im Uhrzeigersinn, so, als würden die Spiralarme von der Rotation des Zentralbereiches nachgeschleppt; ihr Drehsinn ist gemessen am Sonnensystem gewissermaßen „gegenläufig“. Der sonnennächste Stern ist Proxima Centauri. Sein Abstand zum Sonnensystem beträgt etwa 4,24 Lichtjahre bzw. 268.000 Astronomische Einheiten. Als Grund der Spiralstruktur in der Verteilung der Sterne vermuten viele Astronomen Dichtewellen noch unbekannter Ursache, an denen die Gas- und Staubmassen der galaktischen Scheibe während deren Rotation auflaufen und dadurch zu der Bildung neuer Sterne angeregt werden. Manche Astronomen machen für die anscheinend periodisch auftretenden Massensterben ein erheblich verstärktes Bombardement von Kometen verantwortlich, die bei den regelmäßigen Begegnungen des Sonnensystems mit diesen Dichtewellen in der Oortschen Wolke aus der Bahn gebracht wurden. Die galaktische Region, in der sich das Sonnensystem befindet, ist von interstellarem Staub weitgehend frei. Es ist die sogenannte lokale Blase (engl.: local bubble). Sie erstreckt sich ungefähr 200 Lichtjahre entlang der galaktischen Ebene und etwa 600 Lichtjahre senkrecht dazu. Diese große Blase besteht aus sehr heißem und extrem verdünntem Gas, hauptsächlich Wasserstoff., das uns diesen Staub fern hält. Durch die extrem geringe Dichte von ungefähr 5.000 Teilchen je Kubikmeter bzw. 5 Teilchen je Liter ist seine Temperatur von etwa 4 Millionen Grad Celsius kein Problem für uns. Außerdem wird im Einflussbereich der Sonne der größte Teil dieses Gases durch den ihm entgegenstürmenden Sonnenwind mit abgeschirmt. Entdeckt wurde die Blase durch eine intensive Röntgenstrahlung, die aufgrund der hohen Temperatur von ihr ausgeht. Vor der Röntgenstrahlung schützt uns die Erdatmosphäre, daher konnte die heiße Blase erst von satellitengetragenen Röntgenteleskopen entdeckt werden. Die Entstehung der Blase wird den Druckwellen von etwa 10 Supernovae zugeschrieben, die demnach vor rund 4 Millionen Jahren in einer dichten Staubwolke explodiert sind. Solche Explosionen waren vermutlich auch an der Entstehung des Sonnensystems beteiligt, indem sie die Urwolke des späteren Sonnensystems durch ihre Druckwellen entscheidend vorkomprimierten. Eine noch größere Blase wurde 500 Lichtjahren von uns entfernt in Richtung des Sternbildes Skorpion entdeckt und Loop I genannt. Sie hat einen Durchmesser von etwa 1.000 Lichtjahren. In ihrem Zentrum befindet sich die junge, sogenannte Scorpio-Centaurus-Assoziation. Es wird vermutet, dass das Milchstraßensystem von Hunderten solch heißer Blasen durchsetzt ist.

Die Entstehung des Sonnensystems

Vor etwa 4,6 Milliarden Jahren bewegte sich an Stelle unseres Sonnensystems eine ausgedehnte Materiewolke um das Zentrum der Galaxis. Die Wolke bestand zu über 99 % aus den Gasen Wasserstoff und Helium sowie einem geringen Anteil aus nur mikrometergroßen Staubteilchen, die sich aus schwereren Elementen und Verbindungen, wie Wasser, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, anderen Kohlenstoffverbindungen, Ammoniak und Siliziumverbindungen zusammensetzten. Der Wasserstoff und der überwiegende Teil des Heliums war bereits beim Urknall entstanden. Die schwereren Elemente und Verbindungen wurden im Innern von Sternen erzeugt und bei deren Explosion freigesetzt. Teile der Materiewolke zogen sich infolge der eigenen Schwerkraft zusammen und verdichteten sich. Den Anstoß hierzu könnte die Explosion einer relativ nahen Supernova gegeben haben, deren Druckwellen durch die Wolke wanderten. Diese Verdichtungen führten zu der Bildung von vermutlich mehreren hundert oder gar tausend Sternen in einem Sternhaufen, der sich wahrscheinlich nach einigen hundert Millionen Jahren in freie Einzel- oder Doppelsterne auflöste. Im Folgenden wird die Entwicklung desjenigen „Fragments“ der Materiewolke betrachtet, aus dem sich unser Sonnensystem bildete. Da bei der Kontraktion der Drehimpuls erhalten bleiben muss, hat sich eine schon minimal existierende Rotation der kollabierenden Wolke erhöht, ähnlich wie eine Eiskunstläuferin durch Anlegen der Arme eine schnelle Rotation erreicht. Die dabei entstehenden, nach außen wirkenden Fliehkräfte führten dazu, dass sich die Wolke in den Außenbereichen zu einer rotierenden Scheibe ausbildete. Fast die gesamte Materie der Wolke stürzte jedoch in das Zentrum und bildete einen Protostern, der weiter kollabierte. Im Innern dieses Gaskörpers stiegen Druck und Temperatur so weit an, bis ein Kernfusionsprozess gezündet wurde, bei dem Wasserstoffkerne zu Heliumkernen verschmelzen. Die dabei freigesetzte Energie erzeugte einen Strahlungsdruck, welcher der Gravitation entgegenwirkte und die weitere Kontraktion aufhielt. Ein stabiler Stern - unsere Sonne - war entstanden. Gravitation In der verbleibenden protoplanetare Scheibe führte nach dem bisherigen Modell die Verklumpung von Staubteilchen (Koagulation) zur Bildung von Planetesimalen, den Bausteinen der Planeten. Diese kilometergroßen Gebilde besaßen genug Masse, um sich durch ihre Gravitation mit anderen Planetesimalen zu größeren Objekten zu vereinigen. Nach neueren Modellen könnten auch gravitative Instabilitäten zu sich selbst verstärkenden Massekonzentrationen und damit zur Bildung von Planetesimalen führen. Dabei verlief das Wachstum nicht gleichmäßig. Die schwersten Objekte übten die größten Gravitationskräfte aus, zogen Materie aus einem weiten Umkreis an und konnten so noch schneller wachsen. Der „Protojupiter“ störte schließlich mit seinem Gravitationsfeld andere Planetesimale und beeinflusste deren Wachstum. Offensichtlich verhinderte er auch die Bildung eines größeren Körpers zwischen der Mars- und Jupiterbahn, was zur Entstehung des Asteroidengürtels führte. Einen maßgeblichen Einfluss auf die Prozesse der Planetenentstehung hatte der Abstand der Protoplaneten zur jungen Sonne. In Sonnennähe kondensierten schwerflüchtige Elemente und Verbindungen aus, während leichtflüchtige Gase durch den kräftigen Sonnenwind weggerissen wurden. Hier entstanden die inneren Planeten, Merkur, Venus, Erde und Mars mit festen silikatischen Oberflächen. In den kälteren Außenregionen konnten die entstehenden Planeten auch die leichtflüchtigen Gase, wie Wasserstoff, Helium und Methan festhalten. Hier bildeten sich die „Gasriesen“ Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Ein Teil der Materie, der nicht von den Planeten eingefangen wurde, verband sich zu kleineren Objekten, den Kometen und Asteroiden. Da diese Himmelskörper seit der Frühzeit des Sonnensystems nahezu unverändert blieben, kann deren Erforschung wichtige Hinweise zu dessen Entstehungsgeschichte liefern. Ebenfalls sehr wertvolle Erkenntnisse brachte die Untersuchung von Meteoriten. Dies sind Bruchstücke von Planetoiden, die ins Schwerefeld der Erde gerieten. Auch wenn die Grundprinzipien der Planetenentstehung bereits als weitgehend verstanden gelten, gibt es doch noch zahlreiche offene und nicht unwesentliche Fragen. Eines der Probleme ist die paradox erscheinende Verteilung des Drehimpulses auf die Sonne und die Planeten, denn der Zentralkörper enthält fast 99,9% der Masse des gesamten Systems, besitzt aber nur etwa 0,5% des Drehimpulses; der Hauptanteil daran steckt im Bahndrehimpuls ihrer Begleiter. So ist auch die Neigung der Äquatorebene der Sonne gegenüber der mittleren Bahnebene der Planeten von etwa 7° ein Rätsel. Aufgrund ihrer überaus dominierenden Masse dürfte die Sonne (anders als zum Beispiel die Erde) durch die Wechselwirkung mit ihnen kaum ins Taumeln geraten. Möglicherweise hatte sie in ihrer Frühzeit einen Zwergstern als Begleiter oder erhielt „Besuch“ von einem Nachbarstern des ursprünglichen Sternhaufens, der durch seine Anziehung die protoplanetare Scheibe um etwa 7° kippte, während die Sonne aufgrund ihrer geringen räumlichen Ausdehnung weitgehend unbeeinflusst blieb (C. H. Heller 1993, P. Kroupa 1995).

Merksatz zur Reihenfolge der neun Planeten

Von der Sonne aus gesehen: :„Mein Vater erklärt mir jeden Samstag unsere neun Planeten.“ Hauptartikel: Liste der Merksprüche

Siehe auch

- Astronomisches Objekt
- Ekliptik
- Entstehung des Mondes
- Meteor
- Meteorit
- Meteoroid
- Planetensystem
- Sternensystem
- Tabellarische Übersicht über die Planetendaten

Literatur

- Gürtler, J. und Dorschner, J.: Das Sonnensystem. Wissenschaftliche Schriften zur Astronomie. J. A. Barth Verlag, Leipzig - Berlin - Heidelberg (1993), ISBN 3335002814
- Heller, C. H., 1993, Encounters with protostellar disks. I - Disk tilt and the nonzero solar obliquity, ApJ 408, 337
- Kroupa, P., 1995, The dynamical properties of stellar systems in the Galactic disc, MNRAS 277, 1507 [http://de.arxiv.org/pdf/astro-ph/9508084 PDF bei arXiv]
- Duden Schülerlexikon Astronomie (ISBN 3411714913) / in diesem Buch wird alles über die Astronomie, das Sonnensystem und die Raumfahrt beschrieben

Weblinks

- [http://www.wappswelt.de/tnp/nineplanets/nineplanets.html „Die neun Planeten“]
- [http://www.solarviews.com/germ/homepage.htm „Ansichten des Sonnensystems“]
- [http://www.michaelschultz.de/ Animation des Sonnensystems]
- [http://celestia.sourceforge.net Celestia], freie 3D echtzeit Weltraumsimulation (OpenGL)
- [http://ssd.jpl.nasa.gov/ „Solar System Dynamics“], zum Beispiel mit Informationen über die neuesten Entdeckungen von Monden im Sonnensystem (Englisch)
- [http://solarsystem.nasa.gov/planets/charchart.cfm „The Planets: Orbits and Physical Characteristics“], (Englisch)

Videos

- Real Video (Aus der Fernsehsendung Alpha Centauri):
- [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=000910.rm Wie ist das Sonnensystem entstanden?]
- [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=010121.rm&g2=1 Gibt es einen 10. Planeten?] Kategorie:Sonnensystem ja:太陽系 ko:태양계 ms:Sistem suria nb:Solsystem simple:Solar system th:ระบบสุริยะ

Exzentrizität (Mathematik)

Die numerische Exzentrizität ist ein Maß für die Abweichung eines Kegelschnittes von der Kreisform. Die Exzentrizität eines Kreises ist 0, einer Ellipse zwischen 0 und 1, einer Parabel 1 und einer Hyperbel größer als 1. Die Formel zur Berechnung der numerischen Exzentrizität ist: :

\varepsilon = \frac

Am Beispiel der Ellipse ergibt sich: :

\varepsilon = \frac

Im Zähler steht e, die lineare Exzentrizität der Ellipse: :

e = \sqrt

wobei a und b für die große und kleine Halbachse einer Ellipse stehen. Ellipse mit Beschriftung und Brennlinien Die numerische Exzentrizität dient in der Astronomie der Beschreibung eines Orbits in Form einer Keplerbahn. Im geozentrischen Weltbild wurde der Begriff benutzt, um Kreisbahnen zu beschreiben, in deren Mittelpunkt nicht die Erde steht. Unter den Planeten unseres Sonnensystems hat die Venus mit 0,0067 die geringste Exzentrität und der Pluto mit 0,2444 die größte. Die Werte für die anderen Planeten, unter anderem auch für deren mittlere Entfernung zur Sonne, können in der Tabelle der Planetendaten nachgelesen werden. Ihre Exzentrizität wird durch folgende Gleichung berechnet:

Exzentrizit\ddot at = \frac

Die Werte für Aphel und Perihel können dem Artikel Apsis (Astronomie) entnommen werden. Siehe auch: Ellipse, Keplersche Gesetze, Bahnelemente Kategorie:Geometrie als:Exzentrizität (Mathematik)

Astronomische Einheit

Die Astronomische Einheit (Kürzel AE, international AU für Astronomical Unit) ist neben dem Parsec die wichtigste Längeneinheit in der Astronomie. Die AE ist seit dem Ende des 20. Jahrhunderts definiert als 149.597.870.691 Meter und entspricht mit großer Annäherung der großen Halbachse der Erdumlaufbahn (mittlerer Abstand der Erde vom Zentrum der Sonne). Entfernungen innerhalb des Sonnensystems werden meist in AE angegeben. Der moderne Wert wurde mittels Radar- und anderen Distanzmessungen von der Erde und mittels Raumsonden bestimmt. Früher wurde die AE aus Messungen der Horizontalparallaxe der Sonne (ca. 8,794″) und dem Erdradius abgeleitet.

Definition der Internationalen Astronomischen Union

Die Internationale Astronomische Union (IAU) definiert die AE als den Radius einer kreisförmigen Umlaufbahn, auf der ein hypothetisches masseloses Teilchen ohne Störung durch dritte Körper die Sonne in 2 · π / k Tagen umläuft. (Gaußsche Gravitationskonstante k = 0,01720209895) Damit ergibt sich: 1 AE := 149 597 870 691 ± 30 m

Umrechnung

Eine Astronomische Einheit (1 AE) entspricht:
- 1,49597870691 · 10¹¹ m (149.597.870.691 Meter) oder
- 1,49597870691 · 10⁸ km (149.597.870,691 Kilometer) oder
- 149,597 871 Millionen km (149,597 871 Gm).
- Ausgedrückt in interstellaren Längenmaßen beträgt sie
- 1,58129 · 10^-5 Lj (0,0000158129 Lichtjahre (ca. 8,317 Lichtminuten) oder
- 4,8481 · 10^-6 pc (0,0000048481 Parsec oder Parallaxensekunden, was dem Kehrwert von 180 × 3600" / Pi entspricht.

Siehe auch

- Astrometrie
- Erdmessung
- Keplerellipse
- Sonnenparallaxe
- Venusdurchgang
- Laufzeitmessung Kategorie:Geodäsie Kategorie:Astronomisches Entfernungsmaß ja:天文単位 ko:천문 단위 th:หน่วยดาราศาสตร์ zh-min-nan:Thian-bûn tan-ūi

Apsis (Astronomie)

Als Apsis (griechisch "Wölbung", Plural Apsiden) bezeichnet man die beiden Hauptscheitel auf der elliptischen Umlaufbahn eines Himmelskörpers. Apoapsis ist dabei der Punkt mit der größten Entfernung zum Hauptkörper und Periapsis der mit der geringsten. Da die Ellipse genau zwei Scheitelpunkte besitzt, wird der Begriff meist im Plural verwendet. Für die Hauptkörper Sonne, Erde und Mond haben die Apsiden eigene Namen, die aus den entsprechenden griechischen Wörtern abgeleitet sind (apo/peri = fern/nah, Helios = Sonne, Ge oder gaia = Erde, Selene = Mond).

Bahnellipsen und Baryzentrum

Wenn man Bahndaten näher betrachtet und die zwei Apsiden-Distanzen mittelt, fällt manchmal auf, dass sich diese "mittlere Entfernung" von der großen Halbachse unterscheidet. Wenn der Hauptkörper nicht wesentlich größer als der zweite ist, wird daran der Effekt des Baryzentrums deutlich gemacht. Denn nicht der Mittelpunkt des Hauptkörpers steht im Brennpunkt der Bahnellipse, sondern der gemeinsame Schwerpunkt der Himmelskörper. Beim System Erde-Mond liegt das Baryzentrum fast 5000 km außerhalb des Geozentrums, also im mond-zugewandten Bereich des Erdmantels. Der Erdmittelpunkt beschreibt daher monatlich eine Ellipse von 10.000 km Durchmesser.
Bei Doppelsternen (siehe unten) ist dieser Effekt noch wesentlich größer und kann vielfach sogar astrometrisch erfasst werden. So wurde beispielsweise schon um 1800 eine periodische Ortsveränderung des hellen Sterns Sirius festgestellt, aber erst 1862 sein kleiner Begleiter optisch nachgewiesen.

Sonne: Perihel und Aphel

Das Perihel ist der sonnennächste, das Aphel (sprich Ap_hel) der sonnenfernste Punkt einer Planetenbahn. Die Erde hat ihren Perihel-Durchgang um den 3. Januar (2.-4. Jan.) bei 147,099 Mio. km und ihren Aphel-Durchgang um den 5. Juli (3.-6. Juli) bei 152,096 Mio. km. Entfernung der Planeten von der Sonne (Angaben in Astronomischen Einheiten und Kilometern):

dient dem Zeilenumbruch, bitte nicht entfernen

Erde: Perigäum und Apogäum

Der erdnächste bzw. der erdfernste Punkt der Mondbahn. Durch die merklich elliptische Bahnform (Exzentrizität 0,055) unterscheiden sich die beiden Entfernungen um über 13 Prozent. Sie betragen 356.410 km und 406.740 km und die große Halbachse 384.405 km (zur Differenz siehe oben, Baryzentrum).

Künstliche Erdsatelliten

Bei künstlichen Erdsatelliten heißen die Apsiden ebenso wie beim natürlichen Erdmond. Gibt man sie als Höhe über der Erdoberfläche an, fällt ihr Unterschied natürlich mehr auf als bei geozentrischen Distanzen. Wird z.B. eine 300 km hohe Kreisbahn auf eine Exzentritität von nur 0,001 geändert, ändern sich die zwei Höhen auf etwa 235 und 365 km. Russische Synchronsatelliten können sogar Werte von 500 km bis ca. 80.000 km aufweisen, und eine sog. Übergangsbahn zum Mond noch extremere.
Um stabile Satellitenbahnen zu erhalten, muss das Perigäum wegen der Bremswirkung der hohen Atmosphäre mindestens 200 km hoch liegen.

Mond-Satellit: Periselen und Aposelen

Der mondnächste bzw. der mondfernste Punkt in der Bahn eines den Mond umkreisenden Körpers. Englisch ist Perilune bzw. Apolune üblicher.
Zum Beispiel hatte der dritte Lunar Orbiter (1967) zunächst ein Periselen von 210 km Höhe und ein Aposelen von 1790 km. Nach 4 Tagen wurde die Bahn auf 45 und 1850 km umgewandelt, um mehr hochauflösende Fotos zu gewinnen.

Monde um andere Planeten

Konsequenterweise wäre an Peri- bzw. Apo- der griechische Name des Planeten anzuhängen, der aber oft nicht bekannt ist. Daher umschreibt man es meistens, nur beim Jupiter sagt man Peri- und Apojuvum (engl. Peri-, Apojove).

Doppelsternsysteme: Periastron und Apastron (Peri- und Apozentrum)

Periastron u. Apastron: Der Punkt auf der Umlaufbahn eines Doppelstern-Partners, auf dem dieser am nächsten bzw. am weitesten von seinem Begleiter entfernt ist. Perizentrum u. Apozentrum: Der Punkt auf der Umlaufbahn eines Partners in einem Doppelsternsystem, auf dem dieser am nächsten bzw. am weitesten von dem Schwerpunkt (Baryzentrum) des Systems entfernt ist.

Galaxie: Perigalaktikum und Apogalaktikum

Der Punkt auf der Umlaufbahn eines Sterns um das Zentrum des Milchstraßensystems, auf dem er am nächsten bzw. am weitesten von diesem entfernt ist.

Apsidenlinie

Die Gerade durch die beiden Apsiden wird Apsidenlinie genannt. Sie entspricht der langen Hauptachse der Ellipse. Aufgrund von Schwerkraftseinflüssen anderer Himmelskörper ist die Apsidenlinie nicht fest, sondern dreht sich langsam in Richtung des umlaufenden Himmelskörpers. Dieser Vorgang wird Apsidendrehung genannt und ist bei den inneren Planeten merklich. Am größten ist sie beim Merkur, wo sie schon in einem Jahr 0,4" ausmacht. Für diese deutliche Apsidendrehung machte man im 19. Jahrhundert einen hypothetischen Planeten verantwortlich, der noch innerhalb der Merkurbahn um die Sonne kreisen sollte. Er wurde Vulkan genannt, und viele bekannte Astronomen versuchten vergeblich, ihn im Fernrohr zu finden - unter anderem während einiger Sonnenfinsternisse. Erst mit der Allgemeinen Relativitätstheorie von Einstein war dieser Effekt genau erklärbar. Vorher wurde vielfach auch eine von der Kugel abweichende Form der Sonne postuliert, um die Merkur anomalie zu erklären. Eine solche Abplattung der Sonne würde auf die Bahn wegen der Kreiselgesetze eine kleine Präzession bewirken (prinzipiell ähnlich den Erdsatelliten, deren Keplerbahnen um viele Grade pro Tag verdreht werden). Doch konnte man auch in langjährigen Messungen keine merkliche Sonnenabplattung feststellen.

Siehe auch

- Bahnbestimmung
- Keplerbahn
- Umlaufzeit Kategorie:Himmelsmechanik

Ekliptik

Die Ekliptik (griechisches weibliches Adjektiv εκλειπτική [τροχιά], ekliptikí [trochiá] – die verdeckende [Umlaufbahn], von έκλειψη, éκlιpsi – wörtlich die Überlagerung, Verdeckung oder Auslöschung, vergleiche Ellipse) ist die Projektion der scheinbaren Bahn der Sonne im Verlauf eines Jahres auf die Himmelskugel. Die Ekliptik ist ein Großkreis am Himmel, das heisst sie definiert eine Ebene, in der sowohl der Mittelpunkt der Erde als auch der Mittelpunkt der Sonne liegen. Diese Ebene ist die Bahnebene der Erde und wird auch Ekliptikebene oder Ekliptikalebene genannt.

Details

Die Rotationsachse der Erde steht nicht senkrecht auf dieser Ebene, sondern bildet mit ihr einen Winkel von etwa 66,56 Grad. Da die Erde von der Kugelgestalt abweicht, bewirken die Gezeitenkräfte von Mond und Sonne ein Drehmoment, welches die Erdachse aufzurichten versucht. Dadurch kreiselt die Erdachse einmal in 25.780 Jahren. Dieses Phänomen wird die Präzession der Erdachse genannt. Die Ekliptik schließt mit der Ebene des Erd- bzw. Himmels-Äquators derzeit einen Winkel von 23,44° ein, die Schiefe der Ekliptik. Der Winkel ändert sich jedoch langperiodisch durch Gravitationseinflüsse der Körper im Sonnensystem aufeinander – zwischen etwa 21° 55' und 24° 18' in 41.000 Jahren. Dieser Effekt trägt zur Entstehung der Eiszeiten bei.

Geschichte

Der Name „Ekliptik“ stammt vom griechischen Wort für Verdunkelung (Ekleïpsis, εκλειψις), weil Sonnen- oder Mondfinsternisse nur dann vorkommen, wenn der Neu- bzw. Vollmond sehr nahe der Ekliptik stehen. Im geozentrischen Weltbild der Antike und des Mittelalters kreist die Sonne auf der Ekliptik innerhalb eines Jahres um die Erde. Der Bereich beiderseits der Ekliptik, innerhalb dessen die scheinbaren Bewegungen von Mond und Planeten verlaufen, wird Zodiak oder „Tierkreis“ genannt. Die Fixsterne sind bezüglich der Himmelskugel praktisch bewegungslos und bilden, von der Erde aus betrachtet, die Sternbilder. Zwölf der dreizehn Sternbilder, die von der Ekliptik geschnitten werden, wurden von der Astrologie als Grundlage zur Benennung der Tierkreiszeichen verwendet. Aufgrund der Präzession seit der Benennung der Tierkreiszeichen sind diese und die gleichnamigen Sternbilder aber nicht deckungsgleich, sondern um etwa 30°, also ein Tierkreiszeichen verschoben.

Siehe auch

Keplersche Gesetze, Sonnenfinsternis, Sommer, Winter

Weblinks

- [http://www.greier-greiner.at/hc/ekliptik.htm Kurzer Einführungsartikel] Kategorie:Himmelsmechanik Kategorie:Astronomisches Koordinatensystem ja:黄道 ko:황도 th:สุริยวิถี

Sonne

Die Sonne (lat. Sol ) ist der Stern im Zentrum unseres Planetensystems, das nach ihr als Sonnensystem bezeichnet wird. Umgangssprachlich wird der Individualname unseres Zentralgestirns auch synonym zu Stern verwendet. Das Zeichen der Sonne: Stern Die Sonne ist für das Leben auf der Erde von fundamentaler Bedeutung. Viele wichtige Prozesse auf der Erdoberfläche, wie das Klima und das Leben selbst, werden durch die Strahlungsenergie der Sonne angetrieben. So stammen etwa 99,998 % des gesamten Energiebeitrags zum Erdklima von der Sonne – der winzige Rest wird aus geothermalen Wärmequellen gespeist. Auch die Gezeiten gehen zu einem Drittel auf die Schwerkraft der Sonne zurück. Schwerkraft __TOC__

Allgemeines

Schwerkraft Die Sonne ist der beherrschende Himmelskörper in unserem Planetensystem, zu dessen Gesamtmasse sie 99,9 % beiträgt. Ihr Durchmesser beträgt 1,3925 Millionen km (109-facher Erddurchmesser), was knapp unter dem geschätzten Mittelwert aller Sterne liegt. Sie ist ein Stern der so genannten Hauptreihe, ihre Spektralklasse ist G2, und sie hat die Leuchtkraftklasse V. Das bedeutet, dass die Sonne ein durchschnittlicher, gelb leuchtender „Zwergstern“ ist, der sich in der etwa 10 Milliarden Jahre dauernden Hauptphase seiner Entwicklung befindet. Ihr Alter wird auf etwa 4,6 Milliarden Jahre geschätzt. Die Leuchtkraft der Sonne entspricht einer Strahlungsleistung von etwa 3,8·10²⁶ Watt. Diese Strahlung wird zum Großteil im sichtbaren Licht abgegeben mit einem Maximum in den Spektralfarben Gelb und Grün. Die Farbe der Sonne, die wir als gelb wahrnehmen, erklärt sich aus ihrer Oberflächentemperatur von etwa 5.700 °C (siehe auch Schwarzkörperstrahlung). Die zentrale Bedeutung der Sonne für die Lebensprozesse auf der Erde zeigt sich auch hier: jener Bereich des elektromagnetischen Spektrums, in dem die Sonne am stärksten strahlt, ist genau der für uns Menschen und die meisten anderen Lebewesen sichtbare Teil dieses Spektrums. Dieses Faktum kann teleologisch oder durch Evolution gedeutet werden. Die Sonnenmasse beträgt etwa das Doppelte der geschätzten Durchschnittsmasse aller Sterne unserer Milchstraße. Zählt man nur die Sterne mit Kernfusion (schließt also die „Braunen Zwerge“ aus), liegt die Masse im Durchschnitt. Ihre Masse setzt sich zu 73,5 % aus Wasserstoff und zu 25 % aus Helium zusammen. Hinsichtlich der Anzahl der Atome betragen diese Anteile 92,7 % und 7,9 %. Die restlichen 1½ Prozent der Sonnenmasse setzen sich aus zahlreichen schwereren Elementen zusammen, vor allem Sauerstoff und Kohlenstoff.
Im Sonnenkern entsteht aus den dicht gedrängten Atomkernen des Wasserstoffs durch Kernfusion Helium, so dass der Wasserstoff-Anteil zugunsten des Heliums in Zukunft weiter sinken wird. Dieser Prozess ist der Motor der Sonne, aus dem sie jene Energie bezieht, die sie an der Photosphäre (leuchtende, sichtbare Oberfläche) durch Strahlung abgibt. Da die Sonne kein fester Körper wie die erdähnlichen Planeten und Monde ist, sondern ein heißer Gasball, wäre sie ohne diesen Energienachschub von innen instabil. Sie würde sich abkühlen und auf einen Bruchteil ihrer jetzigen Größe zusammenziehen. Die Sonne rotiert in rund 4 Wochen um die eigene Achse. Diese Rotation dauert am Äquator 25,4 Tage, in mittleren Breiten 27-28 Tage und nahe den Polen 36 Tage. Dieser Unterschied in der Dauer eines Sonnentages wird als differenzielle Rotation bezeichnet und ist seit längerem durch Gas- und Hydrodynamik erklärbar.

Kulturgeschichte

Hydrodynamik] Die Sonne ist das zentrale Gestirn am Himmel, von ihr hängt alles Leben auf der Erde ab. Diese überragende Bedeutung war den Menschen seit Alters her bewusst. Viele frühere Kulturen verehrten sie als Gottheit. Die regelmäßige tägliche und jährliche Wiederkehr der Sonne wurde teils ängstlich erwartet und mittels kultischer oder magischer Rituale beschworen. Besonders das Auftreten einer Sonnenfinsternis löste große Bestürzung und Furcht hervor. Im alten China glaubte man, ein Drache würde die Sonne verschlingen. Durch die Veranstaltung von großem Lärm versuchte man, das Untier dazu zu bewegen, die Sonne wieder freizugeben. Andererseits machte sich die Menschheit das Wissen über die für alles Leben fundamentalen Perioden Tag und Jahr schon seit frühester Zeit nutzbar. Die Sonne ist die natürliche Uhr der Menschen und die Abfolge der Jahreszeiten führte zur Entwicklung des Kalenders, der vor allem nach Erfindung des Ackerbaus für alle Kulturen überlebenswichtig war. Für die Sumerer verkörperte die Sonne den Sonnengott Utu. Bei den Babyloniern entsprach er dem Gott Schamasch, der jeden Tag den Himmel betrat und dessen Strahlen nichts verborgen blieb. Im alten Ägypten wurde Ra (auch Re oder Atum) als Sonnengott verehrt. Der „Ketzer“-Pharao Echnaton ließ später nur noch Aton, die personifizierte Sonnenscheibe, als einzigen Gott zu und schaffte alle anderen ägyptischen Götter ab. Im antiken Griechenland verehrte man den Sonnengott Helios, der mit seinem Sonnenwagen täglich über das Firmament fuhr. Allerdings sind aus dem antiken Griechenland auch die ersten Überlegungen überliefert, in denen die Sonne als physikalisches Objekt betrachtet wird. Die wohl älteste dieser Hypothesen stammt dabei von Xenophanes, der die Sonne als eine feurige Ausdünstung oder Wolke benannte. So naiv diese Beschreibung aus heutiger Sicht zwar wirkt, stellt sie doch einen gewaltigen kulturhistorischen Schritt dar, denn die Wahrnehmung der Sonne als ein natürliches Objekt widerspricht fundamental der vorherigen – und auch der oft noch in späteren Jahrhunderten vertretenen – Auffassung der Sonne als Teil einer göttlichen Entität. Es ist daher auch wenig verwunderlich, dass aus eben diesen Gedanken auch die erste kritische Auseinandersetzung mit dem vermenschlichten Götterbild des antiken Griechenlands hervor gingen („Wenn die Pferde Götter hätten, sähen sie wie Pferde aus“) und daraus folgend erste Gedanken zum Monotheismus. Interessant ist dabei sicherlich auch der Vergleich mit dem bereits oben erwähnten ägyptischen Monotheismus des Echnaton, der ja gerade die Vergötterung der Sonne als Ausgangspunkt nahm. Man kann also sagen, dass mit Xenophanes die Sonne zum ersten Mal in der europäischen Geschichte als Gegenstand der Physik auftauchte, oder – etwas schmissiger –, dass es sich um die Geburtsstunde der Astrophysik handelte. Die Thesen des Xenophanes wurden später auch von anderen griechischen Philosophen aufgenommen, z.B. beschrieb der Vorsokratiker Anaxagoras die Sonne als glühenden Stein. Diese Auffassungen setzte sich allerdings im Folgenden nicht bei allen Denkern durch und viele spätere Schulen fielen wieder auf eher mythische Erklärungen zurück. Der Volksglaube in Griechenland nahm wahrscheinlich keinerlei Kenntnis von all diesen Überlegungen. Dem griechischen Gott Helios entsprach weitgehend der unbesiegbare römische Gott Sol invictus, dessen Kult in der Kaiserzeit weit verbreitet war. Aus der Antike übernommen ist die Sonne als Symbol der Vitalität in der Astrologie. In der nordischen Mythologie formten die Götter die Sonne aus einem Funken und legten sie in einen Wagen. Die Göttin Sol fährt mit dem Wagen über den Himmel, gezogen von den Rössern Alsvidr und Arwakr. Das Gespann wird beständig von dem Wolf Skalli (Skoll) verfolgt. Am Tag des Weltunterganges (Ragnarök) wird der Wolf die Sonne verschlingen. Im frühen Mexiko wurde der Sonnengott Tonatiuh von den Azteken verehrt. Bei den Maya und den Inka waren Itzamná bzw. Inti die Hauptgottheiten. Die Beobachtung der Sonne (und anderer Sterne) und die Bestimmung ihrer Bahnpunkte (Tagundnachtgleiche, Sommer- und Wintersonnenwende) war eine Voraussetzung für die Erstellung von Kalendern. Hierdurch konnten wichtige jahreszeitliche Ereignisse vorherbestimmt werden, wie das Eintreffen des Nilhochwassers im alten Ägypten, der günstigste Zeitpunkt der Saat oder das Eintreffen der für die Seefahrt gefährlichen Herbststürme. Vorchristliche Kultstätten, wie Stonehenge, waren offensichtlich zu derartigen Beobachtungszwecken errichtet worden. Die Anlage von Stonehenge ist so ausgerichtet, dass am Morgen des Mittsommertages, wenn die Sonne ihre höchste nördliche Position erreicht, die Sonne direkt über einem Positionsstein („Fersenstein“) aufgeht und die Sonnenstrahlen in gerader Linie ins Innere des Bauwerks eindringen. Die bronzezeitliche Himmelsscheibe von Nebra scheint ebenfalls ein Instrument zur Himmelsbeobachtung gewesen zu sein. Ihre goldenen Ränder werden u.a. als „Sonnenbarken“, ein religiöses Symbol der Bronzezeit, interpretiert. In die gleiche Zeit fällt auch der Sonnenwagen von Trundholm, bei der die Scheibe als Sonnensymbol mit einer Tag- und Nachtseite gedeutet wird. Das antike Weltbild ging allgemein davon aus, dass die Erde den Mittelpunkt des Universums bildete. Sonne, Mond und die Planeten bewegten sich auf exakten Kreisbahnen um die Erde. Diese Vorstellung, zusammengefasst von Ptolemäus, hielt sich fast 2.000 Jahre lang. Insbesondere die Kirche verteidigte dieses Weltbild, zumal auch in der Bibel dargelegt wird, dass sich die Sonne bewegt. Allerdings zeigte das Modell Schwächen. So konnte die Bewegung der Planeten nur durch komplizierte Hilfskonstruktionen erklärt werden. Bereits Aristarch von Samos postulierte im 2. Jahrhundert v. Chr., dass die Sonne das Zentrum der Welt darstelle. Die Gelehrten Nikolaus von Kues und Regiomontanus griffen diesen Gedanken mehr als 1.500 Jahre später wieder auf. Nikolaus Kopernikus versuchte in seinem Werk De Revolutionibus Orbium Coelestium eine mathematische Grundlage dafür zu schaffen, was ihm letztendlich nicht gelang. Sein Werk regte allerdings weitere Forschungen an und bereitete das Fundament für das „Kopernikanische Weltbild“. Kopernikus' Werk wurde von der Kirche zunächst nicht als Ketzerei betrachtet, da es ein rein mathematisches Modell darstellte. In späteren Jahren, als Gelehrte daran gingen, Kopernikus' Vorstellung in ein reales Weltbild umzusetzen, wandte sich die Kirche jedoch entschieden gegen solche „umstürzlerischen“ Gedanken. Gelehrte, wie Galilei, die ebenfalls zur Erkenntnis einer zentralen Sonne gelangt waren, wurden von der Inquisition verfolgt. Durch weitere Beobachtungen, exakte Bestimmungen der Planetenbahnen, die Einführung des Teleskops und die Entdeckung der Gesetze der Himmelsmechanik, setzte sich das heliozentrische Weltbild allmählich durch. Die weiteren Fortschritte der Astronomie ergaben schließlich, dass auch die Sonne keine herausragende Stellung im Universum einnimmt, sondern ein Stern unter Abermilliarden Sternen ist. heliozentrische Weltbild

Aufbau

Die Sonne besteht aus verschiedenen Zonen mit schalenförmigem Aufbau, wobei die Übergänge allerdings nicht streng voneinander abgegrenzt sind.

Kern

Sämtliche freiwerdende Energie stammt aus einer als „Kern“ bezeichneten Zone im Innern der Sonne. Dieser Kern erstreckt sich vom Zentrum bis zu etwa einem Viertel des Radius der sichtbaren Sonnenoberfläche. Obwohl der Kern nur 1,6 % des Sonnenvolumens ausmacht, sind hier rund 50 % der Sonnenmasse konzentriert. Bei einer Temperatur von etwa 15,6 Millionen K liegt die Materie in Form eines Plasmas vor. Durch die Proton-Proton-Reaktion verschmelzen Wasserstoffkerne zu Heliumkernen, wobei Gammastrahlung und Elektronneutrinos erzeugt werden. Die erzeugten Heliumkerne haben aufgrund der Bindungsenergie eine geringfügig geringere Masse als die Summe der ursprünglichen Wasserstoffkerne (Massendefekt). Der Massenunterschied wird gemäß der Formel E = m c² in Energie umgewandelt (pro Proton-Proton-Fusion ≈ 27 MeV). Im Kern der Sonne werden pro Sekunde 700 Millionen Tonnen Wasserstoff zu 695 Millionen Tonnen Helium fusioniert, wobei eine Gesamtleistung von ca. 4 · 10²⁶ W = 400 Quadrillionen Watt freigesetzt wird. Eigentlich ist der Sonnenkern zu „kalt“ für eine Kernfusion. Die kinetische Energie der Teilchen reicht rechnerisch nicht aus, um bei einem Zusammenstoß die starken Abstoßungskräfte der positiv geladenen Protonen (Wasserstoffkerne) zu überwinden. Dass dennoch Fusionen stattfinden, ist auf den quantenmechanischen Tunneleffekt zurück zu führen. Gemäß der Quantenmechanik verhält sich ein Proton wie eine ausgebreitete Welle ohne genau definierten Ort, seine Energie schwankt um einen Mittelwert. Es besteht dabei eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit, dass sich zwei Protonen so weit nähern, dass eine Verschmelzung stattfinden kann. Das Energieniveau der abstoßenden Kräfte wird bei der Verschmelzung gleichsam „durchtunnelt“. Somit ist die Wahrscheinlichkeit einer Fusion zweier Wasserstoffkerne im Innern der Sonne sehr gering. Da jedoch eine immense Anzahl von Kernen vorhanden ist, können dennoch gewaltige Energiemengen freigesetzt werden. Die „gebremste“ Kernfusion hat für das Sonnensystem und das Leben auf der Erde den entscheidenden Vorteil, dass die Sonne sparsam mit ihren Energievorräten umgeht und über einen langen Zeitraum konstante Energiemengen abstrahlt.

Strahlungszone

Um den Kern herum liegt die so genannte „Strahlungszone“, die etwa 70 % des Sonnenradius ausmacht. Im Vakuum des Weltalls bewegen sich Gammaphotonen mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum. Im Innern der Sonne herrscht eine derart hohe Dichte, dass die Photonen immer wieder mit den Teilchen des Plasmas zusammenstoßen, dabei absorbiert und wieder abgestrahlt werden. Sie bewegen sich auf einer völlig zufälligen Bahn und diffundieren dabei Richtung Sonnenoberfläche. Statistisch benötigt ein Photon etwa 170.000 Jahre, um die Strahlungszone zu passieren. Dies bedeutet, dass das Licht, welches wir heute von der Sonne erhalten, bereits vor entsprechend langer Zeit erzeugt wurde. Bei jedem Zusammenstoß in der Strahlungszone nimmt die Strahlungsenergie des Photons ab und seine Wellenlänge nimmt zu. Die Gammastrahlung wird in Röntgenstrahlung umgewandelt. Anders als die Photonen gelangen die Neutrinos nahezu ungehindert durch die Schichten der Sonne, da sie kaum mit Materie in Wechselwirkung treten. Die Neutrinos erreichen, da sie sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, bereits nach acht Minuten die Erde, wobei sie den Planeten fast ungehindert durchqueren. In jeder Sekunde durchqueren etwa 70 Mrd. Neutrinos einen Quadratzentimeter der Erdoberfläche.

Konvektionszone

An die Strahlungszone schließt sich die „Konvektionszone“ an. Am Grenzbereich zur Strahlungszone beträgt die Temperatur noch ca. 2 Mio. Kelvin. Die Energie wird in dieser Zone nicht mehr durch Strahlung abgegeben, sondern durch eine Strömung (Konvektion) der Plasmas weiter nach außen transportiert. Dabei steigt heiße Materie in gewaltigen Strömen nach außen, kühlt dort ab und sinkt wieder ins Sonneninnere hinab. Da das frisch aufgestiegene Plasma heißer und damit heller ist als das absteigende, sind die Konvektionszellen mit einem Teleskop als Granulation der Sonnenoberfläche erkennbar.

Sonnenoberfläche und Umgebung

Granulation Oberhalb der Konvektionszone liegt die Photosphäre, die wir als Quelle der Sonnenstrahlung wahrnehmen: eine „Kugelschale aus Licht“ als die für uns sichtbare Sonnenoberfläche. Sie ist aber nur eine 300-400 km dicke Schicht, deren Temperatur an der Oberfläche rund 6.000 Kelvin (5.700 °C) beträgt. Die Photosphäre gilt allgemein als die eigentliche Sonnenoberfläche, obwohl unser Zentralgestirn - wie auch die meisten anderen Sterne - keine scharfe äußere Grenze besitzt. Die Photosphäre gibt die gesamte vom Sonneninnern erzeugte und aufsteigende Energie als Strahlung ab – großteils im sichtbaren Licht, was auch ihr Name andeutet (griech. φoς = Licht). Erst hier hat die Energie der Strahlungsquanten soweit abgenommen, dass sie unschädlich und für das menschliche Auge sichtbar sind. Wegen ungeheurer Wirbel und variabler Magnetfelder (Quelle der Sonnenflecken) darf man sich die Oberfläche allerdings nicht als glatt vorstellen. Durch digitale Bildverarbeitung der Messungen von SOHO, TRACE oder CHANDRA kann man sie so darstellen, dass sie wie hartes, aber dauernd bewegliches Material aussieht. Für die Turbulenzen ist auch die elektrische Leitfähigkeit der heißen Sonnenmaterie entscheidend. Leitfähigkeit Über der Photosphäre erstreckt sich die Chromosphäre. Sie wird von jener zwar überstrahlt, ist aber bei Sonnenfinsternissen für einige Sekunden als rötliche Leuchterscheinung zu sehen. Die Temperatur nimmt hier auf über 10.000 K zu, während die Gasdichte um den Faktor 10^-4 auf 10^-15 g/cm³ abnimmt. Über der Chromosphäre liegt die Korona, in der die Dichte nochmals um den Faktor 10^-4 auf 10^-19 g/cm³ abnimmt. Die innere Korona erstreckt sich – je nach dem aktuellen Fleckenzyklus – um 1-2 Sonnenradien nach außen und stellt eine erste Übergangszone zum interplanetaren Raum dar. Durch Sonnenstrahlung, Stoßwellen und andere Wechselwirkungen mechanischer oder magnetischer Art wird die äußerst verdünnte Koronen-Materie allerdings auf Temperaturen bis zu zwei Millionen Kelvin aufgeheizt. Die genauen Ursachen dieser Heizmechanismen sind freilich noch unklar. Eine mögliche Energiequelle wären akustische Wellen und Microflares - kleine Ausbrüche auf der Sonnenoberfläche Ein besonders hoher Temperaturgradient herrscht an der Untergrenze der Korona, wo ihre Dichte nach oben schneller abnimmt, als die Energie abtransportiert werden kann. Innerhalb einiger 100 Höhenkilometer steigt die kinetische Gastemperatur um eine Million Grad und „macht sich Luft“, indem die zusätzliche Heizenergie als Sonnenwind entweicht. Die Korona kann nur aufgrund ihrer extrem geringen Dichte so heiß werden. Der bei jeder totalen Sonnenfinsternis sichtbare Strahlenkranz (lat. Corona = Krone) hat schon vor Jahrtausenden die Menschen erstaunt. Er kann bis mehrere Millionen Kilometer reichen und zeigt eine strahlenförmige Struktur, die sich mit dem Zyklus der Sonnenflecken stark ändert. Im Sonnenflecken-Maximum verlaufen die Strahlen nach allen Seiten, im Minimum nur in der Nähe des Sonnenäquators. Die Korona erstreckt sich bis zur Heliopause, wo sie auf das interstellare Medium trifft.

Magnetfeld

äquator äquator Die Sonne besitzt außerordentlich starke Magnetfelder, die durch die Strömung der elektrisch leitenden Gase hervorgerufen werden. Die Leitfähigkeit des Plasmas im Sonneninnern entspricht dem von Kupfer bei Zimmertemperatur. In der Sonne zirkulieren elektrische Ströme in einer Größenordnung von 10¹² Ampere. Das Innere der Sonne wirkt somit wie ein gigantischer Dynamo, der die Bewegungsenergie eines elektrischen Leiters in elektrische Energie und ein Magnetfeld umwandelt. Man geht derzeit davon aus, dass dieser Dynamoeffekt nur in einer dünnen Schicht am Boden der Konvektionszone wirksam ist. Sichtbare Auswirkungen der Magnetfelder sind die Sonnenflecken und die Protuberanzen. Sonnenflecken sind relativ kühle Bereiche der Sonnenatmosphäre. Ihre Temperatur liegt zwischen 3.700 und 4.500 K. Durch spektroskopische Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass im Bereich der Sonnenflecken starke Magnetfelder vorherrschen. Die Spektrallinien von Elementen, die normalerweise bei einer Wellenlänge liegen, erscheinen bei Anwesenheit eines Magnetfeldes dreigeteilt (