Aufbau des Sonnensystems


Welche Objekte gibt es? Nicht alle „Sterne“ die am Himmel sichtbar sind, sind auch wirklich Sterne. Einige von ihnen sind Planeten. Planeten erkennt man daran, dass sie auch bei Luftunruhe nicht Flimmern oder Flackern. Einige von ihnen sind sehr hell. Planeten leuchten aber nicht selbst, sie umkreisen  wie die Erde die Sonne, und werden von dieser beleuchtet. Unsere Sonne ist ein Stern, und sieht nur deshalb so groß und hell aus, weil sie sehr nahe bei der Erde steht. Sonne und Planeten bilden zusammen unser Sonnen- bzw. Planetensystem.

Viele andere Sterne sind größer und heller als die Sonne, sie sind jedoch von unserem Sonnensystem durch einen riesigen Leerraum getrennt, so dass sie im Vergleich zur Sonne nur als kleine Lichtpunkte am Himmel erscheinen. Es ist sehr wahrscheinlich, dass andere Sonnen auch Planeten besitzen, auf denen es vermutlich millionenfach Leben gibt, das jedoch ganz anders aussehen könnte als bei uns auf der Erde.

Außer der Sonne und den Planeten mit ihren Monden gibt es noch andere Objekte in unserem Sonnensystem: Zum Beispiel gibt es 50000 kleine und kleinste "Gesteinsbrocken", die als Asteroiden bezeichnet werde (Größe 1-900km), deren Bahnen im allgemeinen zwischen der Mars- und der Jupiterbahn zu finden sind. Asteroiden sind eventuell Überreste eines „zerplatzten“ oder an der Bildung gehinderten Planeten. Sie können auch der Erde gefährlich nahe kommen, so vermutet man als Ursache für das Aussterben der Saurier einen Zusammenstoß der Erde mit einem kleinen Asteroiden!

Neben den Asteroiden gibt es noch die Kometen, die stark exzentrische Bahnen besitzen und weit in den Raum jenseits der Plutobahn vordringen. Ihre Umlaufzeiten betragen oft Tausende von Jahren. Ihr Durchmesser ist kleiner als 100 km, wobei ihre Masse bis zu 1017 kg betragen kann. Kurzperiodische Kometen kommen aus dem Kuiper-Gürtel, das ist ein Bereich jenseits der Plutobahn, langperiodische Kometen kommen aus der Oortschen Wolke, die eine Kugelschale mit einem Radius von 50.000 AE (AE = Erdbahnradius) gefüllt mit Milliarden von Kometenkernen ist. Normalerweise wird das Material, aus dem der Komet besteht, von gefrorenen Gasen zusammengehalten, die bei Annäherung an die Sonne auftauen, und zusammen mit kleinen Staub­teilchen von der Sonnenstrahlung vom Kometenkern „weggeblasen“ werden. So entsteht der typische leuchtende Kometenschweif, der natürlich immer von der Sonne weg zeigt. Der Schweif kann mehrere Millionen Kilometer lang werden, seine extrem verdünnten Gase sind oft dünner als das beste im Labor erzeugte Vakuum. Deshalb wäre eine Kollision der Erde mit einem Kometenschweif völlig ungefährlich. Durch den so entstehenden Masseverlust verlieren die Kometen bei jedem Umlauf an Größe, bis sie schließlich ganz zerfallen. Momentan gibt es etwa eine Million Kometen. (Genaueres später).

 


Zusammenfassung


1    

Obwohl im Sonnensystem neben der Sonne und den Planten mit ihren Monden noch unzählige Kleinkörper und die interplanetarische Materie aus feinstem Staub und Gasen enthalten ist, und sich das  Sonnensystem weit über die Bahnen der Planeten hinaus ausdehnt und erst in der 50.000 AE entfernten Oortschen Wolke endet, spielen die Planeten natürlich die Hauptrolle. Sie umlaufen die Sonne auf Ellipsenbahnen, die alle nahezu in derselben Ebene (Ekliptik) liegen. Die meisten Planetenbahnen sind annähernd kreisförmig, lediglich die Bahnen von Merkur, Mars und Pluto weichen relativ stark von der Kreisform ab. Klicken auf den Planeten liefert weitere Information. Obwohl Pluto kein Planet ist, haben wir ihn in diese Aufstellung mit aufgenommen.

 

 

Würde man die Sonne mit einem Fußball vergleichen, wäre

Das Licht benötigt von der Sonne

 


Was ist ein Planet?


Was ist ein Planet? Lange Zeit hat man alle großen Objekte, die die Sonne auf Kreisbahnen oder nicht zu exzentrischen Ellipsen umkreisen, als Planeten bezeichnet. Damit gab es 9 Planeten, von denen der äußere (Pluto) nicht so recht in das Bild passte (kein Gasplanet, relativ exzentrische Bahn, durch den großen Mond Charon eher ein "Doppelplanet"). Hinzu kam dann noch, dass ab 2003 mit modernen Teleskopen weitere Objekte jenseits von Pluto gefunden wurden, die sogar größer als Pluto sind, z.B. UB 313, zunächst als Xena bezeichnet, und später auf den Namen Eris getauft. Und das ist sicher noch nicht das Ende, was uns da draußen, weit jenseits der Plutobahn in den geheimnisvollen Tiefen des Alls noch erwartet, ist noch reichlich ungeklärt.

So stand man vor dem Problem, eine noch unbekannte Zahl von Objekten zusätzlich als Planeten zu akzeptieren, oder Pluto den Planetenstatus abzuerkennen. Wir hatten diese Problem nicht, auf unserer Homepage stand schon immer zu lesen "Pluto kein Planet", wir waren der Zeit also etwas voraus! Im Jahr 2006 wurde es dann offiziell festgelegt: Pluto ist kein Planet! Diese Festlegung erfolgte nach hitziger Diskussion gegen den Widerstand einiger Astronomen, ist aber wohl völlig richtig, da Pluto nicht in das Schema der Gasplaneten passt (genaueres siehe auf dieser Homepage bei Pluto). Es war dazu eine neue, genaue Definition des Begriffs "Planet" notwendig, man hat sich auf folgende Kriterien geeinigt:

Natürlich darf der Planetenanwärter auch nicht der Mond eines Planeten sein. Man erkennt nun unschwer, dass Pluto das dritte Kriterium nicht erfüllt, und demnach kein Planet mehr ist, dasselbe gilt auch für alle nach Pluto entdeckten großen Körper, die daher trotz Erfüllung der ersten beiden Kriterien auch keinen Planetenstatus reklamieren können. Sind nur die ersten zwei Punkte erfüllt, so spricht man nun offiziell von "Zwergplaneten". Alle weiteren die Sonne umkreisenden Objekte (incl. der Zwergplaneten) bekommen offiziell die Bezeichnung "Kleinkörper des Sonnensystems", die Bezeichnung "Kleinplanet" soll nicht mehr verwendet werden. Auch wenn sich einige Astronomen dagegen wehren (allen voraus die Betreiber der Pluto-Sonde New Horizons, sie wollen ihr Missionsziel auch weiterhin "Planet" nennen) wird es wohl dabei bleiben: Die Sonne hat nur acht Planeten, Pluto hat offiziell bereits die Kleinkörper-Nummer 134340 zugewiesen bekommen.

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Planetenoppositionen (Wann ist ein Planet gut beobachtbar?)


 

Wann ist ein Planet gut beobachtbar? Diese Frage wollen wir hier für Planeten beantworten, die sich außerhalb der Erdbahn bewegen, speziell für Mars, Jupiter und Saturn. Günstig für eine Beobachtung und Fotografie ist eine geringe Entfernung des Planeten zur Erde, und wegen der Störung durch die Atmosphäre eine möglichst große Höhe über dem Horizont. Gleichzeitig sollte der Planet am Himmel möglichst weit von der Sonne entfernt stehen. Diese Kriterien sind bei einer Opposition des Planeten besonders gut erfüllt. Oppositionen gibt es nur bei Planeten, die ihre Bahnen außerhalb der Erdbahn haben. In der Opposition stehen sich von der Erde aus gesehen der Planet und die Sonne genau gegenüber, daher die Bezeichnung "Opposition". Wenn die Sonne im Westen untergeht, geht der Planet im Osten gerade auf. Diese Stellung ergibt sich immer, wenn die schneller laufende Erde den Planeten auf ihrer innen gelegenen Bahn "überholt", dabei ist dann auch die Entfernung zwischen Erde und Planet besonders klein. Der Planet erscheint dann besonders hell und groß, und erreicht genau um Mitternacht in Südrichtung die größte Höhe über dem Horizont. Weil sich Jupiter und Saturn sehr viel langsamer als die Erde um die Sonne bewegen, gibt es Oppositionen in Abständen von etwas mehr als einem Jahr. Mars bewegt sich viel schneller und läuft der Erde davon, deshalb braucht die Erde mehr als zwei Jahre, um Mars einzuholen. Der Abstand von zwei Oppositionen ist übrigens nicht ganz konstant, weil sich die Planteten auf ihren Ellipsenbahnen nicht mit konstanter Geschwindigkeit bewegen. Wenn zum Beispiel der Mars sich im sonnennahen Bereich seiner stark elliptischen Bahn schneller bewegt, dauert es auch länger bis die Erde ihn dort einholen kann. Bilder von Marsoppositionen gibt es hier.

Wie wir oben schon gesehen haben, sind Oppositionen für die Beobachtung der äußeren Planeten interessant, weil der Abstand von der Erde dann am geringsten ist, und der Planet um Mitternacht die höchste Position der Nacht am Himmel erreicht. Je höher der Planet am Himmel steht, desto geringer ist der Einfluss der Luftunruhe auf das Bild des Teleskops. Deshalb sind die Oppositionen am besten, bei denen der Planet eine große Höhe über  dem Horizont erreicht, und zusätzlich der Erde besonders nahe kommt. Wir wollen uns das einmal am Beispiel des Mars etwas genauer ansehen.

Während die Erdbahn relativ kreisförmig ist, weicht die Marsbahn erheblich von der Kreisform ab. Die Entfernung des Mars von der Sonne schwankt zwischen 207 Millionen Kilometer im Perihel (Sonnennähe) und 250 Millionen Kilometer im Aphel (Sonnenferne). An der engsten Stelle ist der Abstand der Erdbahn zur Marsbahn 56 Millionen Kilometer, der größte Abstand der Bahnen ist mit 101 Millionen Kilometer fast doppelt so groß. Steht der Planet Mars bei einer Opposition auf seiner Bahn gerade im Bereich des Perihel, so ist die Entfernung zur Erde bis zu 56 Millionen Kilometer klein, steht er hingegen im Aphel, so ist die Entfernung bis zu 101 Millionen Kilometer groß. Das führt im ersten Fall zu einem Durchmesser der Marsscheibe von 25", im zweiten Fall sind es hingegen nur 14". Für die Fotografie macht das einen enormen Unterschied, wie man leicht in dem oben eingefügten Bild erkennen kann (auf das Bild klicken liefert eine große Version). Bei der Opposition 2003 (links im Bild) hatten wir leider noch keine so gute Optik wie bei der Opposition 2007 (rechts im Bild), sonst hätten wir 2003 enorm gute Bilder machen können.

 

Marsoppositionen zwischen zwei perihelnahen Oppositionen für Breite 48° (München)     OOOOOOO

Datum

der Opposition

28.08.2003

07.11.2005

24.12.2007

29.01.2010

03.03.2012

08.04.2014

22.05.2016

27.07.2018

Größe in

Bogensekunden

25,11

20,17

15,88

14,10

13,89

15,16

18,60

24,31

Grad über

dem Horizont

26

58

69

64

52

37

20

17

Ungefähre

relative Größe

O

O

O

O

O

O

O

O

Entfernung in

Millionen km

55,8

69,4

88,2

99,3

100,8

92,4

75,3

57,6

Fotografie

von München aus

gut

gut

mäßig

mäßig

mäßig

schlecht

schlecht

mäßig

Die perihelnahen Oppositionen sind oben rot markiert

 

Kann man auf eine günstige Opposition warten? Warten wir also bis zur nächsten perihelnahen Opposition 2018, siehe die Tabelle oben? Nun, abgesehen von der langen Wartezeit, so einfach ist das auch nicht. Die Tabelle zeigt zwar eine mit 24,31" schön große Planetenscheibe, aber leider steht der Planet nur 17 Grad über dem Horizont, das ist ein so miserabler Wert, dass gute Fotos kaum möglich sind. Bei so tief stehenden Objekten ist der Einfluss der Atmosphäre auf die Bildqualität enorm, Luftunruhe zerstört das Bild, und die atmosphärische Dispersion zerlegt wie ein Prisma das Bild des Planeten in gegeneinander verschobene und sich überlagernde Farbbilder. Selbst ausgeklügelte und komplizierte Verfahren bis hin zum Arbeiten im unsichtbaren Infrarot liefern zwar  noch einen Achtungserfolg (wie hier gezeigt am Beispiel des viel größeren Jupiter bei einer Horizonthöhe von 20 Grad) aber keine optimalen Bilder mehr.

Warum dann nicht auf eine perihelnahe Opposition warten, bei der der Planet höher am Himmel steht? Bei Jupiter und Saturn wäre das möglich, nicht jedoch beim Mars. Die Lage von Erdbahn und Marsbahn liegt fast unveränderlich fest, damit ist bei jeder perihelnahen Opposition auch eine feste Position der Erde auf der Erdbahn festgelegt, die jahreszeitlich im Bereich Juli bis August liegt. Juli bis August steht die Sonne um 12 Uhr im Süden auf der Nordhalbkugel sehr hoch, und damit der Mars um 24 Uhr in der Nacht sehr niedrig, im ungünstigsten Fall um zweimal die Neigung der Erdachse gegen die Erdbahn, also 46 Grad niedriger als die Sonne. Erklärung: Da die Planeten die Sonne annähernd in derselben Ebene umkreisen, stehen Planeten und Sonne am Himmel annähernd auf einem Kreis (Ekliptik), der dieser Ebene entspricht. Wäre die Polachse der Erde nicht geneigt, so wäre die Ekliptik mit dem Kreis des Himmelsäquators (und auch des nach Unendlich projizierten Erdäquators) identisch, der zum Beispiel bei einer geografischen Breite von 48 Grad (München) um 90° - 48° = 42° im Süden über den Horizont ansteigen würde. Dann würde die Sonne im ganzen Jahr immer um 12 Uhr mittags im Süden 42 Grad hoch stehen. Durch die Neigung der Polachse der Erde von grob 23 Grad gegen die Ekliptik steht die Sonne aber im Sommer um 23 Grad höher (also im Beispiel 65°), und im Winter 23 Grad niedriger (im Beispiel 19°). Betrachtet man nun nicht 12 Uhr mittags, sondern 24 Uhr nachts, so dreht  sich dieser Effekt genau um, denn wenn die Polachse zum Beispiel um 23 Grad in Richtung der Tagseite (zur Sonne hin) geneigt ist, ist sie von einem Planeten auf der Nachtseite um 2 x 23° weggeneigt. Ein Planet, der bei Opposition ja der Sonne auf der Nachtseite der Erde genau gegenüber steht, würde also im Sommer um 24 Uhr nachts über dem Südhorizont eine maximale Höhe von 19 Grad und im Winter von 65 Grad erreichen.

Auch wenn einige perihelnahe Oppositionen etwas günstigere Horizonthöhen (2003 waren es wenigstens 26°) bieten, zeigen diese Überlegungen eindeutig, dass ein Warten auf eine wirklich günstige Opposition des Mars in höheren nördlichen Breiten vergebens ist. Entweder ist der Durchmesser des Mars groß, dann steht er niedrig am Himmel, oder er steht hoch, dann aber ist der Durchmesser klein. Auch bei einer perihelnahen Opposition mit großem Planetendurchmesser kann eine Beobachtung wegen extrem geringer Horizonthöhe unmöglich sein, wie das Beispiel 27.07.2018 zeigt. In Deutschland müssen wir daher bis zum Jahr 2033 warten, dann entspricht die Größe des Planeten dem Wert von 2018, die Horizonthöhe beträgt aber in München 34 Grad, was für gute Bilder reichen könnte. Astronomen in südlichen Breiten haben diese Probleme übrigens nicht, dort ist zum Zeitpunkt der Perihel-Opposition Winter, und der  Mars steht hoch und gleichzeitig schön fett am Himmel, ein Grund mehr zum Umzug in die Südsee?

 

Daten von Jupiteroppositionen für einen halben Jupiterumlauf für Breite 48° (München)

Datum

der Opposition

05.06.2007

09.07.2008

14.08.2009

21.09.2010

29.10.2011

03.12.2012

05.01.2014

06.02.2015

Größe in

Bogensekunden

45,8

47,2

48,9

49,8

49,4

48,2

46,6

45,1

Grad über

dem Horizont

20

19

27

40

54

63

65

58

Entfernung in

Erdbahnradien

4,30

4,16

4,03

3,95

3,97

4,07

4,21

4,35

Jede zweite(!) Saturnoppositionen für einen halben Saturnumlauf für Breite 48° (München)

Datum

der Opposition

31.12.2003

27.01.06

24.02.08

22.03.2010

15.04.2012

10.05.2014

03.06.2016

27.06.2018

Größe in

Bogensekunden

20,5

20,4

20

19,5

19,0

18,6

18,4

18,3

Grad über

dem Horizont

64

61

53

44

34

27

21

20

Entfernung in

Erdbahnradien

8,05

8,08

8,29

8,50

8,72

8,90

9,01

9,05

Oppositionen mit extremen Werten für die Horizonthöhe sind oben rot markiert

 

Was ist mit Jupiter und Saturn? Nun noch ein Blick auf die Oppositionen von Jupiter und Saturn, was natürlich auch für die noch weiter außen liegenden Planten gilt: Wegen der viel weiter von der Erdbahn entfernten Bahnen ist der Unterschied der Entfernungen von der Erde bei den verschiedenen Oppositionen relativ gesehen viel kleiner, und der Durchmesser der Planetenbilder bleibt annähernd gleich groß. Aus diesem Grund bleibt als wichtiges Kriterium der Opposition nur noch die Höhe des Planeten über dem Horizont. Man muss also nur noch solange warten, bis sich der Zeitpunkt der Opposition wieder in die Wintermonate Dezember und Januar verschoben hat, und kann dann mit einer sehr guten Höhe über  dem Horizont rechnen. Lag die aktuelle Opposition zum Beispiel in den Monaten Juni/Juli mit ganz geringer Horizonthöhe, so muss man einen halben Planetenumlauf warten, bis sich die Oppositionen in die Monate Dezember/November mit optimaler Horizonthöhe verschieben. Das kann allerdings um so länger dauern, je höher die Umlaufzeit des Planeten um die Sonne ist. Bei Jupiter wartet man nur wenige Jahre, bei Saturn schon ganz erheblich länger. Die Tabelle zeigt bei Jupiter dass die Horizonthöhe bereits im Jahre 2014 wieder maximal ist, bei Saturn steigt die Horizonthöhe erst ab dem Jahr 2018 langsam wieder an. Immer noch besser als beim Planeten Uranus, da kann das schon mal über 100 Jahre dauern, bis sich schlechte Bedingungen bessern. Von Neptun und Pluto wollen wir garnicht erst reden, die einzige Lösung ist dann doch der Umzug in die Südsee. Bilder von vergangenen Jupiteroppositionen und Saturnoppositionen gibt es hier, auch in der Rubrik "Aktuelles" sind für jedes Jahr einzeln die wichtigsten Oppositionen aufgeführt, besonders umfangreich inklusive der Daten für Uranus, Neptun und Pluto für das Jahr 2010.

Was ist mit Uranus, Neptun und Pluto? Im Jahr 2010 liegen die Oppositionen von Uranus, Neptun und Pluto im Monat September, August und Juni. Weil die Planeten während jedem Umlauf der Erde um die Sonne etwas auf ihrer Bahn voranschreiten, verschieben sich die Oppositionstermine pro Jahr ein Wenig zu höheren Monaten, und zwar um so langsamer, je weiter der Planet von der Sonne entfernt ist. Für alle drei Planeten rücken die Termine daher langsam in Richtung Winter, was für die Nordhalbkugel die Horizonthöhe und damit die Beobachtbarkeit verbessert.

 

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