Unser Sonnensystem

Untertitel: Der Kreislauf des Universums

Im All befinden sich winzig kleine Partikel zwischen den Sternen. Man nennt diese daher auch interstellare Materie, also „Zwischensternmaterie“. Zu Beginn des Universums stammte diese direkt vom Urknall ab und bestand somit praktisch nur aus Wasserstoff und Helium. Daher konnten sich auch keine festen und bewohnbaren Planeten bilden (F16). Ein Stern erzeugt aber während seines Lebens durch Kernfusion schwere Elemente, und wenn er stirbt, dann werden diese frei. Aus dieser neuen interstellaren Materie werden wieder neue Sterne (folgende Abb.). Das ist der Kreislauf des Universums! In unserem Sonnensystem befinden sich viele schwere Elemente. Deshalb nimmt man an, dass diese von mindestens einer, wahrscheinlich sogar zwei Sterngenerationen „erbrütet“ worden sind.

Im Orionnebel gibt es viele junge Sterne und gerade entstehende Planetensysteme. Die Bedingungen dort sind ähnlich wie vor Milliarden von Jahren in unserem Sonnensystem.

Unser Sonnensystem ist wahrscheinlich vor etwa 4,6 Milliarden Jahren entstanden. Astronomen versuchen herauszubekommen, wie das abgelaufen sein könnte. Dazu benutzen sie einerseits Daten über unser Sonnensystem, aber auch die der bisher gefundenen extrasolaren Planeten. Weil die Entstehung schon so lange her ist, ist die Suche nach dem „Wie“ natürlich sehr schwer, und es sind auch noch eine Menge Fragen unbeantwortet.

Zusammenballung von interstellarer Materie, aus der sich Sonne und Planeten gebildet haben.

Es dürfte aber wohl so gewesen sein, dass sich eine langsam rotierende Wolke aus interstellarer Materie gebildet hat, die sich durch die Gravitation zusammenzog. Wie bei einer Eisläuferin, die bei der Pirouette die Arme anzieht (F18), erhöhte sich die Rotationsgeschwindigkeit, und die Wolke flachte sich dadurch zu einer Scheibe ab. In ihrem Zentrum bildete sich unsere Sonne, die durch den Gravitationsdruck im Inneren eine so hohe Temperatur erreichte, dass die Kernfusion begann.

Im äußeren Teil der Scheibe entstanden durch Zusammenklumpen der Materie Planetenkeime, die man Planetesimale nennt und die die Grundbausteine unserer heutigen Planeten waren. Man darf sich von der Bezeichnung nicht täuschen lassen, denn diese „Keime“ hatten einen Durchmesser von einigen Kilometern. Die größeren von ihnen konnten die kleineren anziehen und wurden damit noch größer. Diesen Effekt kann man sehr gut in Simulationen nachvollziehen(folgende Abb.).

Computersimulation zur Entstehung von Planeten, a: 100 Planetesimale; b: nach 30 Mio. Jahren noch 22 Planetesimale; c: nach 150 Mio. Jahren 4 fertige Planeten.

Auf diese Weise wurden aus einer Scheibe im Laufe von Millionen Jahren unsere heutigen Planeten. Dadurch ist zu erklären, warum die Planetenbahnen praktisch in einer Ebene liegen (siehe obige Tab.). Auf Grund der Drehimpulserhaltung umkreisen auch heute noch alle Planeten in einer Richtung die Sonne, und auch die Eigendrehung (mit Ausnahme der Venus) ist bei allen in die gleiche Richtung (F15).

Man kann die Planeten in zwei Gruppen einteilen. In Sonnennähe befinden sich vier kleine Planeten (Merkur, Venus, Erde und Mars) mit relativ großer Dichte. Man nennt sie erdähnliche oder terrestrische Planeten (von lat. terra = Erde). Weiter außen befinden sich vier große Planeten (Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun) mit geringer Dichte. Man nennt sie jupiterähnliche Planeten. Wie kam es aber zu dieser Zweiteilung?

Der Grund liegt in der Entfernung zur Sonne. In Sonnennähe sind erstens die Temperaturen höher, und zweitens ist der Sonnenwind stärker. Unter diesem versteht man einen ständigen Strom geladener Teilchen, der von der Sonne mit bis zu 800 km/s ausgestoßen wird. Die Gase Wasserstoff und Helium wurden dadurch praktisch von den inneren Planeten weggeweht. Die äußeren sind so weit von der Sonne entfernt, dass sie in der Lage waren, diese Gase zu binden. Die Planeten Jupiter bis Neptun bestehen daher so gut wie nur aus Wasserstoff und Helium.

Wenn man sagt, dass unser Sonnensystem aus einem Stern und acht Planeten besteht, dann ist das eine wirklich starke Untertreibung. Im Sonnensystem herrscht ein unglaubliches Tohuwabohu. Erstens gibt es über 160 bisher bekannte Monde (Stand 2007), die die Planeten umrunden (siehe obige Tab.). Die meisten Monde hat der Jupiter, weil er mit fast 3/4 der Gesamtplanetenmasse leichter „verirrte“ Brocken einfangen kann. Die vier großen Jupitermonde sind alle größer als Merkur. Weil sie aber um den Jupiter kreisen, gelten sie als Monde und nicht als Planeten (F14). Weiters fliegen Myriaden von größeren und vor allem kleineren Brocken um die Sonne, die man vor allem in drei Bereichen finden kann.

Zwischen Mars- und Jupiterbahn befindet sich der Asteroidengürtel. Durch die Gravitation des Jupiters ist die Verteilung der Asteroiden nicht gleichmäßig. Große bekannte Objekte im Kuiper-Gürtel. Der Pluto hat eine sehr exzentrische Bahn, die sogar in die Neptunbahn hineinreicht. Deshalb galt er lange Zeit als Planet. Ein Blick von sehr weit außen auf unser Sonnensystem. Außerhalb des Kuiper-Gürtels befindet sich die riesige Oort'sche Wolke.

Zunächst gibt es einmal den Asteroidengürtel zwischen Mars- und Jupiterbahn (folgende Abb. links). Er besteht wahrscheinlich aus 105 bis 107 Asteroiden, die bei der Planetenbildung übergeblieben sind. Ihre Durchmesser reichen von Kieselsteingröße bis zu etwa 1000 km (Ceres). In Summe ist ihre Masse aber wesentlich kleiner als die des Erdmondes.

Außerhalb der Neptunbahn befindet sich zwischen etwa 30 und 100 AE eine scheibenförmige Region, die man Kuiper-Gürtel nennt (sprich „Keuper Gürtel“; folgende Abb. Mitte). Er beinhaltet geschätzte `10^9` Objekte in der Nähe der Ekliptik. Wie auch der Asteroidengürtel dürfte er ein Überbleibsel aus der Zeit der Planetenentstehung sein. Immer wieder tauchten in den Medien Nachrichten auf, man hätte neue Planeten entdeckt. Es handelte sich dann immer um große Objekte aus dem Kuiper-Gürtel (folgende Tab.). Statt die Anzahl der Planeten immer mehr zu erweitern, beschloss man aber 2006, Pluto seinen Planetenstatus abzuerkennen, da er offensichtlich ebenfalls aus diesem Gürtel stammt.

Einige große Objekte des Kuiper-Gürtels.

• Da waren es nur noch acht

Der dritte Bereich, in dem es eine unglaubliche Anzahl von Objekten gibt (geschätzt bis zu `10^{11}`), ist die Oort'sche Wolke, die kugelförmig um unser Sonnensystem herum liegt (vorhergehende Abb. rechts). Sie erstreckt sich bis zu 50.000 AE, das ist etwa ein Lichtjahr! Es ist also sehr schwer zu sagen, wo unser Sonnensystem aufhört!

• Halley

• Unser Sonnensystem entstand vor etwa 4,6 Milliarden Jahren aus einer „Staubscheibe“.
• Ihre Rotationsrichtung ist auch heute noch bei den Planeten erhalten.
• Das Sonnensystem besteht neben der Sonne aus vier inneren, kleinen Planeten, einem Asteroidengürtel, den vier äußeren, großen Planeten, dem Kuiper-Gürtel und der Oort'schen Wolke.
• Pluto gilt seit 2006 nicht mehr als Planet.