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Sonnensystem

Planetensystem, in dem sich die Sonne befindet

Das (auch unser) Sonnensystem ist das Planetensystem, in dem sich die Erde befindet. Es besteht aus der Sonne, acht sie umkreisenden Planeten (von innen nach außen: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun[2]), deren natürlichen Satelliten, den Zwergplaneten, anderen Kleinkörpern (Kometen, Asteroiden und Meteoroiden) und aus unzähligen Gas- und Staubteilchen, die durch die Anziehungskraft der Sonne an diese gebunden sind.

Objekte des Sonnensystems (Auswahl)
Schematische Darstellung des Sonnensystems bis zum Kuipergürtel mit der Sonne, den acht Planeten und den wichtigsten Zwergplaneten und Monden
Schematische Darstellung des Sonnensystems bis zum Kuipergürtel mit der Sonne, den acht Planeten und den wichtigsten Zwergplaneten und Monden
Schematische Darstellung des Sonnensystems bis zum Kuipergürtel, mit der Sonne, den acht Planeten, den Zwergplaneten und den wichtigsten Asteroiden und Monden
Sonne
Innere Planeten 1. Merkur
2. Venus
Aten-Typ-Asteroiden
3. Erde Mond
Erdbahnkreuzer
Apollo-Typ-Asteroiden
4. Mars Phobos, Deimos
Mars-Trojaner
Amor-Typ-Asteroiden
Asteroiden­gürtel Vesta, Juno, Ceres, Pallas
Äußere Planeten 5. Jupiter Io, Europa, Ganymed, Kallisto
Jupiter-Trojaner
Zentauren Hidalgo
6. Saturn Tethys, Dione, Rhea, Titan, Iapetus
Zentauren Chariklo, Chiron
7. Uranus Miranda, Ariel, Umbriel, Titania, Oberon
Zentauren Pholus
8. Neptun Triton, Nereid
Neptun-Trojaner
Trans­nep­tu­ni­sche Objekte Kuipergürtel Eris, Pluto, Haumea, Makemake, Gonggong, Quaoar, Orcus
Sedna, 2012 VP113, Farout
Oortsche Wolke[1]

Die Internationale Astronomische Union definiert den Pluto seit 2006 als Zwergplanet und nicht mehr als den äußersten Planeten des Sonnensystems.

Aufbau

Allgemeine Struktur

Die Sonne ist der Zentralstern des Sonnensystems. Da sie 99,86 % der Gesamtmasse des Systems hat, ist sie sehr nahe dem Baryzentrum des Sonnensystems. In der Reihenfolge ihres Abstands von der Sonne folgen die terrestrischen Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars, die den inneren Teil des Planetensystems ausmachen. Den äußeren Teil bilden die Gasplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Weitere Begleiter der Sonne sind neben Zwergplaneten Millionen von Asteroiden (auch Planetoiden oder Kleinplaneten genannt) und Kometen, die vorwiegend in drei Kleinkörperzonen des Sonnensystems um die Sonne kreisen: dem Asteroidengürtel zwischen den inneren und den äußeren Planeten, dem Kuipergürtel jenseits der äußeren Planeten und der Oortschen Wolke ganz außen.

Die Planetenbahnen sind nur wenig gegenüber der Erdbahnebene geneigt, um höchstens 7°, sie liegen also in einer flachen Scheibe. Bei den meisten der bisher (2019) bekannten Kleinplaneten, speziell denen des Kuipergürtels, beträgt die Neigung weniger als 30°. Für die Oortsche Wolke wird dagegen eine Kugelform angenommen.

Innerhalb der von den einzelnen Sonnenbegleitern beherrschten Raumbereiche – ihrer Hill-Sphären – befinden sich oft kleinere Himmelskörper als umlaufende Begleiter dieser Objekte. Nach dem altbekannten Mond der Erde werden sie analog ebenfalls als Monde, aber auch als Satelliten oder Trabanten bezeichnet. Bis auf den Erdmond und den Plutomond Charon sind sie zumindest bei den Planeten und Zwergplaneten wesentlich kleiner als ihr Hauptkörper. Mondlose Ausnahmen unter den Planeten sind nur Merkur und Venus. Eine definitiv untere Grenzgröße, ab der man wie bei den Bestandteilen der Ringe der Gasplaneten nicht mehr von einem Mond spricht, wurde noch nicht offiziell festgelegt.

Der Durchmesser der Sonne ist mit etwa 1,39 Millionen Kilometern bei weitem größer als der Durchmesser aller anderen Objekte im System. Die größten dieser Objekte sind die acht Planeten, die vier Jupitermonde Ganymed, Kallisto, Europa und Io (die Galileischen Monde), der Saturnmond Titan und der Erdmond. Zwei Drittel der restlichen Masse von 0,14 % entfallen dabei auf Jupiter. (Siehe auch Liste der größten Objekte im Sonnensystem.)

Als Folge der Entstehung des Sonnensystems bewegen sich alle Planeten, Zwergplaneten und der Asteroidengürtel auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne im gleichen Umlaufsinn, den man rechtläufig nennt. Sie umrunden die Sonne von Norden gesehen gegen den Uhrzeigersinn. Die meisten größeren Monde bewegen sich ebenfalls in diese Richtung um ihren Hauptkörper. Auch die Rotation der meisten größeren Körper des Sonnensystems erfolgt in rechtläufigem Drehsinn. Von den Planeten dreht sich lediglich die Venus entgegengesetzt, und die Rotationsachse von Uranus liegt nahezu in seiner Bahnebene.

Zone der Planeten

Die Umlaufbahnen der Planeten (ein Rasterquadrat besitzt jeweils die Kantenlänge 100 Mio. km)
 
Die vier inneren Planeten
 
Mars und die vier äußeren Planeten

Der Sonne am nächsten befinden sich die inneren, erdähnlichen Planeten Merkur (Abstand zur Sonne 57,9 Mio. km bzw. 0,39 AE), Venus (108,2 Mio. km bzw. 0,72 AE), Erde (149,6 Mio. km bzw. 1 AE) und Mars (227,9 Mio. km bzw. 1,52 AE). Ihr Durchmesser beträgt zwischen 4878 km und 12756 km, ihre Dichte zwischen 3,95 g/cm³ und 5,52 g/cm³. Innerhalb der habitablen Zone um die Sonne befinden sich jedoch nur die Erde und, je nach Modell, noch ganz knapp der Mars.

Zwischen Mars und Jupiter befindet sich der sogenannte 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 etwa 960 km der größte dieser Körper und gilt als Zwergplanet. Die Bahnen der Asteroiden sind teilweise stark elliptisch, einige kreuzen sogar die Merkur- (Icarus) beziehungsweise die Neptunbahn (Dioretsa). Zu den äußeren Planeten zählen die Gasriesen Jupiter (778,3 Mio. km bzw. 5,2 AE) und Saturn (1,429 Mrd. km bzw. 9,53 AE) sowie die Eisriesen Uranus (2,875 Mrd. km bzw. 19,2 AE) und Neptun (4,504 Mrd. km bzw. 30,1 AE) mit Dichten zwischen 0,7 g/cm³ und 1,66 g/cm³.

Die gerundeten (und genauen) Verhältnisse
zwischen den Umlaufzeiten der Planeten
Merkur   2:50 (2:05,11)0   Venus
Venus   8:13 (8:13,004)   Erde
Erde   1:20 (1:01,88)0   Mars
Mars   1:60 (1:06,31)0   Jupiter
Jupiter   2:50 (2:04,97)0   Saturn
Saturn   1:30 (1:02,85)0   Uranus
Uranus   1:20 (1:01,96)0   Neptun

Die mittleren Abstände der Planeten von der Sonne lassen sich durch mathematische Reihen wie der Titius-Bode-Reihe genähert beschreiben. Diese gewisse Regelmäßigkeit der Bahnabstände dürfte auf Resonanzeffekte bei der Entstehung des Sonnensystems zurückzuführen sein. Dass sich der mittlere Abstand des Asteroidengürtels ebenfalls in dieser Reihe einordnen lässt, der von Neptun jedoch nicht, gab und gibt Anlass zu Spekulationen über kosmische Katastrophen.

Am nächsten können sich Merkur und Venus mit einer minimalen Distanz von 0,26 AE kommen. Geringfügig größer ist die minimale Entfernung von Venus und Erde. Nimmt man die mittleren Bahnradien, so sind Venus und Erde die Planeten mit der geringsten Distanz zueinander (41 Mio. km oder knapp 0,28 AE).

Die Planeten Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn waren schon im Altertum als Wandelsterne bekannt und wurden mit einzelnen Göttern in Verbindung gebracht. Die nach Göttern der Römischen Mythologie gewählten Namen haben sich durchgesetzt. Auch die 1781 und 1846 entdeckten Planeten Uranus und Neptun sowie der 1930 entdeckte Zwergplanet Pluto – bis 2006 ebenfalls als Planet eingestuft – wurden aus Gründen der Tradition in ähnlicher Weise benannt.

Merksatz zur Reihenfolge der Planeten

Um sich die Planeten in ihrer Reihenfolge – nach zunehmendem Sonnenabstand – leichter einprägen zu können, wurden verschiedene Merksprüche ersonnen, meist sogenannte Eselsbrücken in Form eines Akrostichons, z. B.

Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unseren Nachthimmel.[3] alternativ „… unsere Nachbarplaneten.“

Ein Merkspruch, der auch die Kleinkörper berücksichtigt, lautet:

Mein Vater erklärt mir an jedem Sonntag unsere natürliche kosmische Ordnung.[3]

zu lesen als Merkur, Venus, Erde, Mars, Asteroiden, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun, Kuipergürtel, Oortsche Wolke.

Äußere Zonen

 
Die Umlaufbahnen der Objekte des Sonnensystems im Maßstab

Seit den 1990er-Jahren wurden tausende Objekte gefunden, die sich jenseits der Neptunbahn bewegen. Fast alle dieser Objekte sind 4,5–7,5 Milliarden km (30–50 AE) von der Sonne entfernt und bilden dort den Kuipergürtel. Er ist ein Reservoir für Kometen mit mittleren Umlaufperioden. Die Objekte dieser Zone sind wahrscheinlich nahezu unveränderte Überbleibsel aus der Entstehungsphase des Sonnensystems; man nennt sie deshalb auch Planetesimale.

Der Kuipergürtel enthält eine Reihe von Zwergplaneten wie Pluto, (136199) Eris, (136472) Makemake, (136108) Haumea und eine Reihe weiterer Objekte, die ihrer Größe nach wahrscheinlich Zwergplaneten sind.

Der Sonnenwind wirkt im interplanetaren Raum ungehindert bis in den Kuipergürtel und verdrängt die interstellare Materie. Jenseits des Kuipergürtels verlangsamt und verdichtet sich der Teilchenstrom der Sonne durch die Wechselwirkung mit dem interstellaren Medium und bildet als äußere Schale der Heliosphäre die Heliohülle (heliosheath). Die Grenzschicht zwischen der Heliosphäre und dem interstellaren Medium ist die Heliopause in einer Entfernung von circa 120 AE (dem 4-fachen Abstand Neptun–Sonne).

Außerhalb der Heliopause befindet sich bis zu einem Abstand zur Sonne von circa 1,5 Lichtjahren (etwa 100.000 AE) theoretisch die Oortsche Wolke. Durch den Einfluss der Gravitation vorbeiziehender Sterne werden aus ihr vermutlich Körper herausgelöst und fallen als langperiodische Kometen in die inneren Bereiche des Sonnensystems. 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, auf Planeten oder in die Sonne stürzen.

Ausmaße

Es gibt keine allgemein anerkannte Definition, wie weit sich das Sonnensystem erstreckt. Oft wurde das Ausmaß des Sonnensystems mit dem der Heliosphäre gleichgesetzt. Aber mit der Entdeckung weit entfernter Transneptunischer Objekte war bewiesen, dass es auch jenseits der Heliopause gravitativ an die Sonne gebundene Objekte gibt.

Da astronomische Dimensionen für die meisten Menschen schwer vorstellbar sind, ist ein maßstabsgerecht verkleinertes Modell des Sonnensystems oder der Besuch eines Planetenweges hilfreich, um sich die Größenverhältnisse und Distanzen der Objekte zu veranschaulichen.

Die umfassendste Auslegung des Sonnensystems beinhaltet nach den Planeten zusätzlich den Kuipergürtel sowie daran anschließend die innere, dann die äußere Oortsche Wolke, da deren Bestandteile wohl noch immer vorwiegend dem Gravitationsfeld unserer Sonne unterliegen. Damit hat das Sonnensystem einen Radius von etwa 1,5 bis 1,6 Lichtjahren. Die Gesamtmasse beträgt ca. 1,989 * 1027 t, wovon 99,8552 % auf die Sonne entfallen; von den restlichen 0,1448 % entfallen knapp 2/3 auf Jupiter, knapp 1/5 auf Saturn.

Umgebung

Lokale stellare Nachbarschaft

 
Bewegungsrichtung des Sonnensystems durch das lokale instellare Medium

Der sonnennächste individuelle Stern ist der Rote Zwerg Proxima Centauri. Sein Abstand zum Sonnensystem beträgt etwa 4,22 Lichtjahre bzw. 268.000 AE. Der Stern wird von einem Exoplaneten umkreist (→ Proxima Centauri b), der 2016 entdeckt wurde und sich in der habitablen Zone befindet.[4] Seine Mindestmasse entspricht in etwa der Masse der Erde. Proxima Centauri ist mit sehr großer Wahrscheinlichkeit gravitativ an das Doppelsternsystem Alpha Centauri gebunden,[5] das 4,34 Lichtjahre (1,33 Parsec) von der Sonne entfernt ist.[6] Die Hauptkomponenten von Alpha Centauri sind zwei sonnenähnliche Sterne, bei denen um Alpha Centauri B seit 2012 ebenfalls ein planetarer Begleiter vermutet wird.[7] Das Alpha-Centauri-System enthält damit sowohl die drei sonnennächsten Sterne als auch den nächstgelegenen extrasolaren Planeten.

Die stellare Nachbarschaft des Sonnensystems (siehe Liste der nächsten Sterne) wird von massearmen roten Zwergen dominiert. Von den 64 Sternen innerhalb von 5 Parsec um die Sonne sind allein 49 rote Zwergsterne der Spektralklasse M. Lediglich zwei Sterne (Alpha Centauri A und Tau Ceti) gehören wie die Sonne zum Spektraltyp G. Der hellste und massereichste Stern in diesem Gebiet ist Sirius mit 2,12 Sonnenmassen,[8] welcher auch der hellste Stern am irdischen Nachthimmel ist. Bei mehreren der nahen Sterne konnten inzwischen Planetensysteme bzw. einzelne Exoplaneten nachgewiesen oder Hinweise darauf gefunden werden, nämlich Alpha Centauri (einschließlich Proxima Centauri), Epsilon Eridani, Ross 128, Tau Ceti, YZ Ceti, Wolf 1061, Luytens Stern, Gliese 674, Gliese 687, Gliese 832, Gliese 876, Groombridge 34 und Kapteyns Stern.

Die durchschnittliche Sternendichte in diesem Gebiet mit einem Radius von fünf Parsec um das Sonnensystem beträgt etwa 4 Sterne pro 1000 Kubiklichtjahre (ein Würfel von 10 Lichtjahren Kantenlänge), der durchschnittliche Abstand zwischen den Sternen der solaren Nachbarschaft liegt bei etwa 6 Lichtjahren.[9]

Das sonnennahe Gebiet ist arm an Riesensternen und Sternenhaufen. Die nächstgelegenen roten Riesen sind Pollux und Arcturus in 34 bzw. 37 Lichtjahren Entfernung. Der nächste blaue Riesenstern ist der 130 Lichtjahre entfernte Elnath. Der nächste offene Sternhaufen, die Hyaden, ist 153 Lichtjahre entfernt. Das nächstgelegene bekannte schwarze Loch ist Teil des Systems A0620−00 in etwa 3000 Lichtjahren Entfernung.[10]

 
Erweiterte Nachbarschaft der Sonne in der lokalen Blase. (Draufsicht auf galaktische Ebene, galaktisches Zentrum ist oben)

Die galaktische Region um das Sonnensystem ist weitgehend frei von interstellarem Staub, da die Sonne seit etwa fünf bis zehn Millionen Jahren[11] eine Region durchquert, die die Lokale Blase genannt wird. Sie misst entlang der galaktischen Ebene circa 200 und senkrecht zu ihr circa 600 Lichtjahre und besteht aus sehr heißem und extrem verdünntem Gas, hauptsächlich Wasserstoff, welches den interstellaren Staub fernhält. Innerhalb dieser Blase bewegt sich das Sonnensystem zurzeit durch eine lokale interstellare Wolke, die als lokale Flocke bekannt ist.[12] Das Sonnensystem durchquert die Lokale Flocke seit ca. 100.000 Jahren und wird sie voraussichtlich in 10.000 bis 20.000 Jahren wieder verlassen. In der lokalen Wolke befinden sich bei variierender Teilchendichte durchschnittlich 0,26 Atome pro Kubikzentimeter. Die Temperatur der Wolke beträgt etwa 6000 Kelvin, etwas heißer als an der Oberfläche der Sonne. Die Lokale Blase ist das Ergebnis von Supernovae, die in den letzten 10 bis 20 Millionen Jahren explodierten.[11] Der größte Teil des Gases der Blase wird im Einflussbereich der Sonne wiederum durch den ihm entgegenstürmenden Sonnenwind abgeschirmt.

Eine noch größere Blase wurde 500 Lichtjahre entfernt in Richtung des Sternbildes Skorpion entdeckt und Loop I genannt. Sie hat einen Durchmesser von etwa 1000 Lichtjahren. In ihrem Zentrum befindet sich die junge Scorpius-Centaurus-Assoziation. Es wird vermutet, dass die Milchstraße von Hunderten solcher heißen Blasen durchsetzt ist.

 RosettennebelKrebsnebelOrionnebelTrifidnebelLagunennebelOmeganebelAdlernebelNordamerikanebelRigelOriongürtelPolarsternSonneBeteigeuzeDenebPerseusarmOrionarmSagittariusarm
Eine Kartierung von ca. einem Sechstel der unser Sonnensystem umgebenden Galaxis „Milchstraße“ − der Orionarm und seine galaktischen Nachbarspiralarme; Sterne (blau), Nebel (rot) (interaktive Karte)

Im Januar 2020 berichteten Astronomen die Entdeckung der „Radcliffe-Welle“ – die größte bekannte Gaswolke in der Milchstraße, in welcher Sterne entstehen. Es wurde vorgeschlagen, dass sie der Ursprungsort der Sonne sein könnte. Diese wird die momentan ca. 500 Lichtjahre entfernte Wolke in ca. 13 Mio. Jahren erneut durchqueren.[13][14][15]

Milchstraßensystem

 
Die ungefähre Position der Sonne im Orionarm der Milchstraße und der Verlauf ihres galaktischen Orbits

Die Sonne mit ihren Begleitern ist, wie alle Sterne, Teil eines Sternhaufens bzw. einer Galaxie. Sie ist mit mindestens 100 Milliarden (manche Schätzungen gehen bis 400 Milliarden) weiteren Sternen ein Mitglied des Milchstraßensystems, einer Balkenspiralgalaxie 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 liegt rund 15 Lichtjahre nördlich der galaktischen Symmetrieebene, ist etwa 27.000 Lichtjahre vom galaktischen Zentrum entfernt und umkreist es mit einer Geschwindigkeit von rund 240 km/s binnen etwa 210 Millionen Jahren, einem galaktischen Jahr.[16] Neben dieser galaktischen Rotation bewegt sich die Sonne nach den aktuellen Werten von Anfang des 21. Jahrhunderts mit 19,7 km/s in Richtung des Sonnenapex, der bei einer galaktischen Länge von 57° und einer galaktischen Breite von 22° in Richtung des Sternbildes Herkules liegt. Dabei kreuzt die Sonne die Scheibenebene etwa alle 30 Millionen Jahre.

Die Lage der mittleren Bahnebene der Planeten des Sonnensystems entspricht nicht der Äquatorebene der Galaxis, sondern ist stark dagegen geneigt. Der nördliche Ekliptikpol liegt im Sternbild Drache, an der Himmelssphäre nur circa 30 Grad vom galaktischen Äquator (in dem am Nachthimmel schimmernden Band der Milchstraße). Der südliche Pol der Erdbahnebene liegt im Sternbild Schwertfisch. Der Nordpol der Galaxie befindet sich 30 Grad über der Ekliptik im Haar der Berenike, der galaktische Südpol im Bildhauer. Das Zentrum der Galaxie liegt nahe der Erdbahnebene, perspektivisch im Sternbild Schütze. Von der hellen zentralen Verdickung, dem Bulge, scheint im sichtbaren Licht nur wenig auf, da sie im Scheibenbereich auch von großen Mengen interstellaren Staubes umgeben ist.

Der Drehsinn des Milchstraßensystems stimmt nicht mit dem der Planeten um die Sonne überein. Die galaktische Scheibe rotiert von Norden gesehen im Uhrzeigersinn, als würden die Spiralarme vom Zentralbereich nachgeschleppt, und damit gegenläufig zum Drehsinn des Sonnensystems.

Viele Astronomen vermuten, dass die Spiralstruktur in der Verteilung der Sterne auf Dichtewellen noch unbekannten Ursprungs zurückgeht und die Gas- und Staubmassen der galaktischen Scheibe während deren Rotation an ihnen auflaufen und dadurch zur Bildung neuer Sterne angeregt werden, siehe Dichtewellentheorie. Manche Paläontologen sahen in datierten Massenaussterben und Impaktkratern periodische Muster und machten diese Dichtewellen, obiges Pendeln durch die Scheibenebene oder einen unentdeckten Begleiter der Sonne, sh. Nemesis, dafür verantwortlich, indem Kometen der Oortschen Wolke aus der Bahn gebracht werden. Die Existenz derartiger Muster ist jedoch mittlerweile widerlegt.[17]

Entstehung

 
Die Bahnen der Planeten um die Sonne liegen in einer gemeinsamen Ebene, der protoplanetaren Scheibe, die Ausgangspunkt für die Entstehung des Sonnensystems war.

Die derzeit gängige Theorie zur Entstehung des Sonnensystems basiert auf der Kant’schen Nebularhypothese, nach der die großen Körper etwa zeitgleich aus einer rotierenden Wolke aus Gas und Staub entstanden sind. Die Idee einer Urwolke hatte der deutsche Philosoph Immanuel Kant im Jahr 1755 in seinem Werk Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels formuliert, sie ist aber erst in den letzten Jahrzehnten von den Astronomen neu aufgegriffen worden.

Urwolke

Nach heutigen Erkenntnissen bewegte sich vor etwa 4,6 Milliarden Jahren an Stelle des Sonnensystems eine ausgedehnte Molekülwolke um ein gemeinsames Zentrum innerhalb des Milchstraßensystems. Die Wolke bestand zu über 99 % aus den Gasen Wasserstoff und Helium sowie einem geringen Anteil mikrometergroßer 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 als Sternenstaub freigesetzt. Teile der Materiewolke zogen sich infolge der eigenen Schwerkraft zusammen und verdichteten sich. Den Anstoß dazu könnte die Explosion einer 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 das Sonnensystem bildete – der Sonnennebel.

Da bei der Kontraktion der Drehimpuls erhalten bleiben muss, hat sich eine schon minimal existierende Rotation des kollabierenden Nebels erhöht (Pirouetteneffekt). Die dabei entstehenden, nach außen wirkenden Fliehkräfte führten dazu, dass sich die Wolke zu einer rotierenden Akkretionsscheibe formte.

Fast die gesamte Materie des Sonnennebels stürzte dabei 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, der der Gravitation entgegenwirkte und die weitere Kontraktion aufhielt. Ein stabiler Stern – die Sonne – war entstanden.

Alter

Das Alter des Sonnensystems wurde nach Untersuchungen aus dem Jahr 2010 (durch die Wissenschaftler Audrey Bouvier und Meenakshi Wadhwa) auf ca. 4,5682 Milliarden Jahre (mit einer Abweichung von +200.000 bis −400.000 Jahren) mittels Isotopenzerfall berechnet.[18][19]

Entstehung der Planeten

 
Zeichnung einer protoplanetaren Scheibe (NASA)

Die rotierende Akkretionsscheibe entwickelte sich zu einer protoplanetaren Scheibe, die nach dem bisherigen Modell über die Verklumpung von Staubteilchen (Koagulation) zur Bildung von Planetesimalen, den Bausteinen der Planeten führte. Diese kilometergroßen Gebilde besaßen genug Masse, um sich durch ihre Gravitation mit anderen Planetesimalen zu größeren Objekten zu vereinigen. Der Zeitpunkt der Bildung der berggroßen Planetesimale, und damit der Beginn der Planetenentstehung, konnte durch Untersuchungen an bestimmten Meteoriten bestimmt werden (siehe Alter).

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. Wahrscheinlich 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 Gasplaneten 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 ihre Erforschung wichtige Hinweise zu dessen Entstehungsgeschichte liefern. Ebenfalls sehr wertvolle Erkenntnisse brachte die Untersuchung von Meteoriten. Das sind Bruchstücke von Planetoiden, die ins Schwerefeld der Erde gerieten.

Neue Erkenntnisse über die Entstehung von Planeten im Allgemeinen ergeben sich aus Beobachtungen mit einem 2014 in Betrieb genommenen Instrument des Paranal-Observatoriums, einer Kamera namens SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research), die erstmals protoplanetare Scheiben ablichtete, in denen konzentrische Bahnen um den Zentralstern sichtbar sind, die frei von Gas und Staub sind. Diese Bahnen geben Aufschluss über die Exoplaneten, die aus dem Gas und Staub auf diesen Bahnen entstanden sind.[20]

Offene Fragen

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 Verteilung des Drehimpulses auf die Sonne und die Planeten: 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.[21]

Des Weiteren ist 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.[22] Außerdem muss die Allgemeingültigkeit der Aussagen über die Entstehung von Planetensystemen angezweifelt werden, da auch Exoplaneten entdeckt wurden, deren Bahnen entgegen der Rotation ihres Zentralsterns verlaufen, was nach dem oben beschriebenen Modell nicht möglich wäre.[23]

Siehe auch

Literatur

  • Thorsten Dambeck: Planetenwelten – in den Tiefen des Sonnensystems. Franckh-Kosmos, Stuttgart 2017, ISBN 978-3-440-15630-8.
  • von Ralf Jaumann, Ulrich Köhler, Frank Sohl, Daniela Tirsch, Susanne Pieth: Expedition zu fremden Welten: 20 Milliarden Kilometer durch das Sonnensystem. Springer, Heidelberg 2017, ISBN 978-3-6625-4995-7.
  • Glenn J. MacPherson: Oxygen in the solar system. Mineralogical Society of America, Chantilly 2008, ISBN 978-0-939950-80-5.
  • Eugene F. Milone, William J. Wilson: Solar system astrophysics. Springer, New York 2008, ISBN 978-0-387-73153-7.
  • Rüdiger Vaas, Thorsten Dambeck, Thomas Bürke, Peter Veit: Das neue Sonnensystem (Hörbuch auf Audio-CD). Komplett-Media, 2007, ISBN 978-3-8312-6180-2.
  • Pat Dasch: Icy worlds of the solar system. Cambridge Univ. Press, Cambridge 2004, ISBN 0-521-64048-2.
  • Pavel Kroupa: The dynamical properties of stellar systems in the Galactic disc. In: MNRAS. Band 277, 1995, S. 1507 (arxiv:astro-ph/9508084).
  • Serge Brunier: Reise durch das Sonnensystem. Westermann, Braunschweig 1994 (Bildband; schildert mit der Hilfe der Aufnahmen u. a. von Voyager 1 und Voyager 2 die Eindrücke, die ein Raumfahrer haben würde)
  • Joachim Gürtler, Johann Dorschner: Das Sonnensystem. Wissenschaftliche Schriften zur Astronomie. Barth, Leipzig/Berlin/Heidelberg 1993, ISBN 3-335-00281-4.
  • C. H. Heller: Encounters with protostellar disks. I – Disk tilt and the nonzero solar obliquity. In: ApJ. Band 408, 1993, S. 337.
Commons: Sonnensystem – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wikibooks: Wikijunior Sonnensystem – Lern- und Lehrmaterialien
Wiktionary: Sonnensystem – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. ↑ Hypothetisch, bisher nicht nachgewiesen.
  2. ↑ siehe auch Liste der Planeten des Sonnensystems
  3. ↑ a b Seit Pluto nur noch Zwergplanet ist: Neue Merksprüche für die Planetenordnung, Spektrum.de
  4. ↑ Guillem Anglada-Escudé et al.: A terrestrial planet candidate in a temperate orbit around Proxima Centauri. In: Nature. Band 536, Nr. 7617, 25. August 2016, ISSN 0028-0836, S. 437–440, doi:10.1038/nature19106 (englisch, nature.com).
  5. ↑ Kervella, P.; Thévenin, F.; Lovis, C.: Proxima’s orbit around Alpha Centauri. arxiv:1611.03495.
  6. ↑ ARICNS 4C01151 (HD 128620, Alpha Cen A), ARICNS ARI Database for Nearby Stars
  7. ↑ Dumusque et al. (Übersetzung: Carolin Liefke): Planet in sonnennächstem Sternsystem entdeckt. In: eso.org. 16. Oktober 2012, abgerufen am 17. Oktober 2012.
  8. ↑ P. Kervella, F. Thévenin, P. Morel, P. Bordé, E. di Folco: The interferometric diameter and internal structure of Sirius A. In: Astronomy and Astrophysics. Band 408, 2003, S. 681–688, doi:10.1051/0004-6361:20030994, bibcode:2003A&A...408..681K.
  9. ↑ astronomy.ohio-state.edu (PDF; 888 kB), S. 3 (englisch).
  10. ↑ Wo ist das nächste Schwarze Loch? aus der Fernseh-Sendereihe alpha-Centauri (ca. 15 Minuten). Erstmals ausgestrahlt am 4. Juni 2000.
  11. ↑ a b Local Chimney and Superbubbles, Solstation.com
  12. ↑ P. C. Frisch: Is the Sun Embedded in a Typical Interstellar Cloud? arxiv:0804.3798
  13. ↑ Astronomers discover huge gaseous wave holding Milky Way's newest stars. 7. Januar 2020, abgerufen am 23. August 2022 (englisch).
  14. ↑ Nadja Podbregar: Riesenwelle in der Milchstraße. 8. Januar 2020, abgerufen am 23. August 2022 (deutsch).
  15. ↑ João Alves, Catherine Zucker, Alyssa A. Goodman, Joshua S. Speagle, Stefan Meingast: A Galactic-scale gas wave in the solar neighbourhood. In: Nature. Band 578, Nr. 7794, Februar 2020, ISSN 1476-4687, S. 237–239, doi:10.1038/s41586-019-1874-z (nature.com [abgerufen am 23. August 2022]).
  16. ↑ A. Brunthaler u. a.: The Bar and Spiral Structure Legacy (BeSSeL) survey: Mapping the Milky Way with VLBI astrometry. Astron. Nachr. 999, 2011, S. 789–794, doi:10.1002/asna.201111560, arxiv:1102.5350
  17. ↑ Coryn A.L. Bailer-Jones: Bayesian time series analysis of terrestrial impact cratering. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 416, 2011, S. 1163–1180, doi:10.1111/j.1365-2966.2011.19112.x (freier Volltext, englisch).
  18. ↑ Audrey Bouvier, Meenakshi Wadhwa: The age of the Solar System redefined by the oldest Pb–Pb age of a meteoritic inclusion. In: Nature Geoscience. Band 3, September 2010, S. 637–641, doi:10.1038/NGEO941 (englisch, Auszug [PDF; abgerufen am 8. September 2018]).
  19. ↑ Christoph Seidler: Sonnensystem ist älter als angenommen. In: Spiegel Online. 23. August 2010, abgerufen am 8. September 2018.
  20. ↑ Guido Meyer: Am Anfang war die Wolke: Atemberaubender Blick in die Vergangenheit des Weltalls. In: Welt.de. 27. Dezember 2016, abgerufen am 28. Dezember 2016.
  21. ↑ Wilhelm Kley: Kapitel 4: Sternentstehung – Das Drehimpulsproblem. (PDF) In: Vorlesungsskript: Planetenentstehung (Wintersemester 2012/2013). Universität Tübingen, S. 9–10, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 25. Januar 2016; abgerufen am 25. Januar 2016.
  22. ↑ C. H. Heller 1993, P. Kroupa 1995.
  23. ↑ Ferne Sonnensysteme. Falsch rotierende Exoplaneten stellen Theorie in Frage. In: Spiegel Online. 13. April 2010; abgerufen am 13. April 2010.
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