Lage und Entstehung des Sonnensystems

Lage des Sonnensystems

Das obige Bild wurde von einem Grafiker, nach den Vorstellungen und dem Wissen der Astrophysiker des Jahres 2008, entworfen. Es zeigt unsere Galaxie die Milchstrasse. Aus dieser Perspektive wäre die Milchstrasse nur zu sehen, wenn es gelänge, sie zu verlassen. Menschliche Raumsonden haben aber bisher nicht einmal unser Sonnensystem durchmessen. Die Raumsonde Vojager1 beispielsweise, startete 1977 und befindet sich trotz ihrer Geschwindigkeit von 58.000km/h noch immer innerhalb des Sonnensystems. Sie hat sich inzwischen 14 Lichtstunden von der Sonne entfernt und wird in etwa 81.000 Jahren eine Entfernung erreichen, die der des Nachbarsterns der Sonne entspricht (4 Lichtjahre). Dieser Nachbarstern heisst Alpha Centauri. Beide Sterne können in dem obigen Bild nicht aufgelöst werden und liegen innerhalb des gelben Kreises, der die Lage unserer Sonne innerhalb der Milchstrasse bezeichnet. Dem entsprechend wird es wohl noch etwas andauern, bis es gelingt unsere Galaxie so zu sehen, wie sie die obige Grafik zeigt.

Nach den bisher von den Astronomen zusammengetragenen Daten hat die Milchstrasse etwa das gezeigte Aussehen, und unsere Sonne liegt zusammen mit ihren Planeten in einem äusseren Armfragment, das Orion-Spur genannt wird. Dieses ist etwa 28.000 Lichtjahre vom Zentrum der Galaxie entfernt. Sieht man am Nachthimmel von diesem Standpunkt aus zum Sternbild Stier, so endet der Blick im Staub und den Gasen des galaktischen Zentrums, während er sich in Richtung des Perseus-Arms, zwischen dessen Sternen hindurch gesehen werden kann, in den Weiten des Weltalls verliert. Bezogen auf die Hauptebene der Milchstrasse liegt das System unserer Sonne etwa 45 Lichtjahre oberhalb dieser Ebene.

Vor 4,6 Milliarden Jahren ballten sich Gaswolken, Gesteinsbrocken und Eisklumpen zur Sonne und den Planeten zusammen, möglicherweise so, wie es der Grafiker des obigen Bildes darstellt.

Entstehung und Struktur des Sonnensystems

Das Alter des Universums wird heute auf 13,7 Milliarden Jahre geschätzt. Man nimmt an, dass es sich seither ausdehnt und die Körper in ihm zunehmend auseinander rücken. Die Vorstellung, dass sich dieser Prozess aufgrund der Massenanziehung irgendwann einmal umkehrt und den Big Crunch einleitet, musste jedoch in den letzten Jahren aufgegeben werden.

Zur Entstehung des Universums gibt es mehrere Theorien. Von diesen ist die des Big Bang, des Urknalls, zur Zeit diejenige, welche den Physikern den besten Leitfaden zur Bildung weiterer Theorien gibt. Man sollte sich von dieser Theorie jedoch nicht darüber hinwegtäuschen lassen, dass kein Mensch weiss, wie das Universum tatsächlich entstand. Der Big Bang ist eine Hypothese.

In der Abfolge der Entstehung des Universums müssen sich Sterne der ersten Generation gebildet haben, die zunächst nur aus Wasserstoff bestanden, denn andere chemische Elemente gab es im frühen Universum nicht. Den Wasserstoff zerquetschten (fusionierten) die Sterne durch den gewaltigen Druck in ihrem Inneren zu Helium und je nach Ausgangsgrösse und Masse entstanden in ihrem Kern, durch weitere Fusionsvorgänge schwerere Elemente, bis hin zum Eisen. Wie es auch heute noch beobachtbar ist, beenden Sterne nach einiger Zeit ihre Existenz .. unter bestimmten Bedingungen, durch gewaltige Explosionen die man Supernova nennt, und bei denen auch die restlichen chemischen Elemente entstehen. Dabei verteilen sich die durch die Fusion 'erbrüteten' Elemente wieder im Raum, und hier setzt die Entstehungsgeschichte unseres Sonnensystems ein.

Die Sonne ist ein Stern der zweiten Generation. Man nimmt an, dass sich vor 4,6 Milliarden Jahren, in einer Wolke aus Wasserstoff- und Heliumgas, durchsetzt vom dem Staub gestorbener Sterne, die Keime für die Sonne und ihrer Planeten bildeten. Dabei spielte die Gravitations- oder Massenanziehungskraft, die jeder Körper besitzt, eine entscheidende Rolle. An Stellen, wo sich aus Zufall mehrere Partikel des Staubes befanden, sammelten sich wegen der Anziehungskraft weitere, so dass immer grössere Atomzusammenballungen entstanden. Aus diesen Häufchen bildeten sich in der Folgezeit Brocken, und es sammelte sich die verstreute Materien an Stellen und in den Mengen, wie wir sie heute in der Sonne, den Planeten und Asteroiden wiederfinden. Ähnliche Vorgänge der Stern- und Planetenentstehung spielen sich auch heute an vielen Stellen des Weltalls ab. Ein bevorzugtes Beispiel ist der Orionnebel.

Alter des Universums

13,7 Milliarden Jahre

Alter des Sonnensystems:

4,6 Milliarden Jahre

Lebensdauer der Sonne:

10 Milliarden Jahre

Zeitraum für Leben auf der Erde

noch etwa 500 Millionen Jahre

Im Bereich der grössten Atomzusammenballung entstand die Sonne. Wegen ihrer schneller wachsenden Gravitationskräfte sammelte sie den grössten Teil der Gase und des Staubes der Ursprungswolke und zwang im Bereich ihrer Gravitation, alle anderen Staub- und Gasknäuel in ihre Umlaufbahn. Die ihr nächsten Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars blieben also klein. Aus welchem Grund zwischen Mars und Jupiter ein Gürtel aus Kleinplaneten (Asteroiden) folgt, also aus grossen Gesteinsbrocken, die sich scheinbar nicht zu einem Planeten zusammenzogen, ist bis heute ungeklärt. Vermutungen besagen, dass dort ein Planet existierte, der möglicherweise durch einen Zusammenstoss zerbrach, oder dass der Riesenplanet Jupiter die Bildung eines Planeten verhinderte.

Die hinter diesem Asteroidengürtel folgenden Planeten besitzen riesige Ausmasse und bestehen wie die Sonne vorwiegend aus Wasserstoff und Helium. Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun sind wahrscheinlich verhinderte Sonnen, die den Staub und das Gas, in relativer Ruhe vor der Gravitation der Sonne sammeln konnten, weil sie weit genung von ihr entfernt waren. Aber dennoch bekamen sie nicht genügend Materie ab, um die Kernfusion zu starten, mit der sie selber zu einer Sonne geworden wären. Dennoch strahlen sie auch heute noch mehr Wärme ab, als sie von der Sonne erhalten. Das liegt daran, dass die auf ihrer Schwerkraft basierende Zusammenballung bei ihnen noch nicht abgeschlossen ist, und durch den Druck, welcher durch die zusammenziehenden Kräfte auf das Innere der Planeten wirkt, entsteht Wärme. Dieses Phänomen kann man auch beobachten, wenn man das Ventil einer Luftpumpe zuhält und die Luft mit dem Pumpenstab zusammendrückt.

Die Region hinter dem Planeten Neptun blieb bis 1930, dem Entdeckungsjahr des Zwergplaneten Pluto, im Dunkel des Weltalls verborgen. Erst seit 1992 sortieren sich Theorie und Wissen auch über diesen Bereich. Wie man heute weiss, folgt im Raum um und hinter Pluto wieder ein Gürtel aus Kleinplaneten, den man nach einem holländischen Astronomen, Kuiper-Gürtel nennt. Grösster Repräsentant dieses Bereichs war bis 2005 der 'Planet' Pluto und seit 2005 ist es der Zwergplanet Eris. Mit dessen Entdeckung wurde auch Pluto im Jahr 2006 zu einem Zwergplaneten herabgestuft. Insgesamt sind im Jahr 2008 neben Pluto über 1000 weitere Objekte des Kuiper -Gürtels bekannt und es werden jährlich mehr.

Was hinter dem Kuiper-Gürtel kommt entzieht sich auch den Instrumenten der heutigen Zeit. Diese haben schon Schwierigkeiten die im Durchmesser 100 - 400km grossen Asteroiden des Kuipergürtels zu erkennen .. und die sind nur zwischen 35 bis 50 mal den Abstand Sonne-Erde (also 50 Astronomische Einheiten = 50AE) entfernt.

Eine Theorie des Holländers Oort sagt, dass in etwa 10.000 bis 50.000 Abständen Sonne-Erde (50.000AE) die Gravitation der Sonne weitestgehend aufgehoben sei und sich um die Ebene des Sonnensystems eine Kugelhülle, wirr herumschwirrender Gesteins- und Eisbrocken befindet. Man nennt sie die Oortsche Wolke und sie stellen die Reste der Wolke dar, aus der sich das Sonnensystem entwickelte. Hier ist die Heimat der Kometen, die sich ab und zu in das Sonnensystem verirren. Die Beobachtung von Kometen mit lang gestreckten Flugbahnen und deren Geschwindigkeiten begründen diese Theorie. Wie weit die Ortsche Wolke in das Weltall hinausreicht ist unbekannt, so wie ihre Existenz nur eine wohlbegründete Annahme ist. Bisher gibt es keine messtechnisch fassbaren Fakten für ihr Vorhandensein.

Systematik des Sonnensystems

Bis zum Jahr 2006 galt die Weisheit, dass die Sonne neun Planeten hätte, doch schon seit dem Jahr 1993 wurde in den Kreisen der Astonomen lauter werdend darüber diskutiert, ob diese Systematik aufrecht erhalten werden könne. Den Grund hierfür lieferten unter anderem, drei im gleichen Jahr neu gefundene Objekte von ~100km Durchmesser, und den Bezeichnungen 1993 RO, 1993 RP und 1993 SB, die seit Plutos Endeckung die ersten neuen Objekte in dem Bereich hinter Neptun darstellten. Ihnen folgten in den Jahren 2000-2004 weitere, deren Durchmesser teilweise bis dicht an den von Pluto reichten. Den vorläufigen Höhepunkt dieser neu begonnenen Suche, stellte der im Jahr 2005 entdeckte Kleinplanet 2003 UB313 (heute Eris) dar, der sogar Plutos Grösse übertraf. Schon zuvor wollte Pluto nicht so recht in das Planetenschema hineinpassen, nun jedoch mussten die Astronomen handeln und ihre Systematik anpassen.

Seit dem August des Jahres 2006 gilt nun, dass um die Sonne acht Planeten und mindestens drei Zwergplaneten kreisen. Im Jahr 2008 kam mit Makemake ein vierter Zwergplanet hinzu, und es ist anzunehmen, dass bald weitere folgen werden. Durch diesen Schritt wurde Pluto nach 76 Jahren von seinem Status als Planet zu einem dieser Zwergplaneten herabgestuft. Hinzu kamen Ceres, der ehemals grösste Asteroid aus dem Bereich zwischen Mars und Jupiter, der auch schon einmal den Status eines Planeten besass, sowie der neu gefundene Zwergplanet Eris und 2008 Makemake (Ma-kei Ma-kei). Seither lautet die Abfolge der Planeten im Sonnensystem von innen nach aussen ..

             Merkur, Venus, Erde, Mars,

                                           Ceres,

                                                   Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun,

                                                                                                Pluto, Makemake, Eris

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Zudem wurde den Astronomen bewusst, dass des in Bereich hinter Neptun einen weiteren Raum für Asteroiden gibt. Bis zum Jahr 2008 stieg die Zahl der bekannten, hier beheimateten Kleinplaneten auf ~1000 und es werden jährlich mehr.

Definitionen der IAU vom 24.08.2006

Die konkreten Definitionen der Internationalen Astronomischen Union (IAU) für nicht als Stern zu bezeichnende Objekte eines Sonnensystems lauten seit dem 24.August 2006 ..

1. Planet:

Ein Planet ist ein Objekt, welches sich auf einer direkten Bahn um einen Stern befindet (also kein Mond ist, der den Stern indirekt umkreist), über eine ausreichende Masse verfügt, um durch seine Eigengravitation eine annähernd runde Form zu bilden, und das die Umgebung seiner Bahn bereinigt hat.

2. Zwergplanet (Dwarf Planet):

Ein Zwergplanet ist ein Objekt, welches sich auf einer direkten Bahn um einen Stern befindet, über eine ausreichende Masse verfügt, um durch seine Eigengravitation eine annähernd runde Form zu bilden, und das die Umgebung seiner Bahn nicht bereinigt hat.

3. Kleinkörper (Asteroid / Planetoid):

Als Kleinkörper wird ein Objekt bezeichnet, welches sich auf einer direkten Bahn um einen Stern befindet, über keine ausreichende Masse verfügt, um durch seine Eigengravitation eine annähernd runde Form zu bilden, sowie die Umgebung seiner Bahn nicht bereinigt hat. Hierzu gehören die unregelmässig geformten Asteroiden (Kleinplaneten) und Kometen.

4. Mond:

Als Mond wird ein Objekt bezeichnet, welches sich auf einer Bahn um einen Planeten, Zwergplaneten oder Kleinkörper befindet und somit die Sonne nur indirekt umkreist.

Entfernungseinheiten im Sonnensystem

Bei Entfernungsangaben innerhalb des Sonnensystems wird häufig die Einheit AE oder AU angegeben. Sie bedeutet Astronomische Einheit oder Astronomical Unit und bezeichnet den mittleren Abstand zwischen Sonne und Erde. Dieser beträgt 149.597.871 km, so dass eine AE über den Daumen 150 Mio.km entspricht. Um diese Entfernung zu überbrücken benötigt das Licht 8 Minuten und 19 Sekunden. So dass eine AE auch etwa 8 Lichtminuten darstellt.