Das Sonnensystem
Durch Astronomen entdecke die Geheimnisse des Sonnensystems! Erfahre mehr über die Milchstraße, ihre Millionen Sterne und unsere Sonne. Hast du dich schon gefragt, wie alt unser Sonnensystem ist? Kennst du die acht Planeten, die es umkreisen? Neugierig? All das und vieles mehr findest du im folgenden Text!
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Grundlagen zum Thema Das Sonnensystem
Unser Sonnensystem – einfach erklärt
Früher war es den Menschen schwer möglich, das Sonnensystem zu verstehen – aber dank der Beobachtungen vieler Astronomen konnten immer mehr Erkenntnisse darüber gesammelt und Theorien aufgestellt werden. Hier erklären wir dir das Sonnensystem auf einfache Weise.
Unser Sonnensystem besteht aus einem Stern (der Sonne) und acht Planeten. Die Planeten werden durch die Gravitationskraft in ihrer Umlaufbahn gehalten. Das Alter unseres Sonnensystems beträgt etwa $4{,}5$ Milliarden Jahre.
Mithilfe von Gleichungen können wir den Sonnenaufgang und den Sonnenuntergang sowie die Mondphasen exakt voraussagen. Dieselben Gleichungen ermöglichen es, die Flugbahn einer Raumsonde zu berechnen. Früher konnte man mit einem Teleskop nur von der Erdoberfläche aus zum Himmel schauen. Heute ermöglichen Sonden, die in den Weltraum geschickt werden, spektakuläre Bilder aus dem All. So existieren Bilder der Planeten aus unserem Sonnensystem. Schauen wir uns das Sonnensystem genauer an.
Das Sonnensystem als Teil der Milchstraße
Schaut man mit einem Weltraumteleskop in die Tiefen des Universums, erkennt man ganze Ansammlungen von Sternen, Gasen und Staubwolken. Sie werden Galaxien genannt. So wie unsere Heimatgalaxie, in der sich unser Sonnensystem befindet: die Milchstraße. Ihr Durchmesser beträgt etwa $200\,000$ Lichtjahre. Alleine die Milchstraße besteht aus
Ein Modell unseres Sonnensystems ist in der folgenden Grafik dargestellt.
Wie alt ist unser Sonnensystem?
Es gibt komplexe Methoden, mit deren Hilfe man das Alter des Sonnensystems ermitteln kann. Diesen Berechnungen zufolge ist das Sonnensystem ungefähr
Wie viele Planeten hat unser Sonnensystem?
Das Zentrum unseres Sonnensystems bildet, wie bereits erwähnt, die Sonne. Sie wird von acht Planeten umkreist. Darunter gibt es vier Gesteinsplaneten, zwei Gasplaneten und zwei sogenannte Eisriesen. Die folgende Tabelle zeigt dir, welcher Planet zu welcher Gruppierung gehört:
| Gesteinsplaneten | Gasplaneten | Eisriesen |
|---|---|---|
| Merkur | Jupiter | Uranus |
| Venus | Saturn | Neptun |
| Erde | ||
| Mars |
In der Tabelle sind die Planeten schon in der Reihenfolge aufgelistet, in der sie die Sonne umkreisen: Der Merkur ist der Sonne am nächsten, der Neptun wiederum am weitesten entfernt.
Die Reihenfolge der Planeten im Sonnensystem kannst du dir mit dem folgenden Spruch gut merken:
Mein Vater erklärt mir jeden Samstag unseren Nachthimmel.
Die ersten Buchstaben der Wörter stehen dabei für die Anfangsbuchstaben der einzelnen Planeten. Die Reihenfolge startet mit dem Planeten, der der Sonne am nächsten ist, und endet mit dem Planeten, der am weitesten entfernt von der Sonne ist.
Die Himmelskörper des Sonnensystems im Detail
Sehen wir uns nun die Sonne, die acht Planeten und ihre jeweiligen Besonderheiten genauer an.
Die Sonne
Im Vergleich zur Sonne sind die acht Planeten winzig. Der Durchmesser der Sonne beträgt etwa
Die Sonne besteht aus Gas – zum größten Teil aus Wasserstoff, der im Inneren der Sonne durch Kernfusion in Helium umgewandelt wird. Dabei werden riesige Energiemengen freigesetzt und es entstehen enorme Temperaturen. Die Energie strahlt die Sonne unter anderem in Form von Licht in alle Richtungen ab. Dieses Licht trifft auf die Planeten im Sonnensystem.
Die Planeten des Sonnensystems
Wir betrachten zuerst die Gesteinsplaneten, dann die Gasriesen und schließlich die Eisriesen.
Die Gesteinsplaneten
Als Gesteinsplaneten werden die Planeten bezeichnet, die eine feste Oberfläche aufweisen, die zum Großteil aus Gestein besteht. Die Gesteinsplaneten sind der Sonne näher als die anderen Planeten.
Der Merkur ist der kleinste Gesteinsplanet des Sonnensystems. Er umläuft die Sonne in der geringsten Entfernung, ist ihr also am nächsten. Auf seiner sonnenzugewandten Seite herrschen am Tag daher Temperaturen von bis zu $430\,^\circ\pu{C}$, während nachts die Oberflächentemperatur auf rund $-170\,^{\circ}\pu{C}$ abfällt.
Der Merkur dreht sich so langsam um seine eigene Achse, dass ein Merkurtag länger als ein Merkurjahr ist. Ein Merkurjahr beträgt $88$ Erdtage, ein Merkurtag dauert hingegen etwa $176$ Erdtage.
Der nächste Gesteinsplanet ist die Venus – von der Sonne aus gesehen ist sie der zweite Planet. Die Venus ist annähernd so groß wie die Erde. Sie wird auch Morgen- bzw. Abendstern genannt, denn die Venus leuchtet an unserem Nachthimmel jeweils in den Morgen- und Abendstunden sehr hell, da sie in reflektierende Wolken gehüllt ist. Aufgrund des durch die dichten Wolken begünstigten Treibhauseffekts liegt die Temperatur im Durchschnitt bei rund $460\,^\circ\pu{C}$. Das ist heiß genug, um Blei zu schmelzen. Die dichte Atmosphäre der Venus besteht hauptsächlich aus Kohlenstoffdioxid.
Die Venus benötigt etwa $225$ Erdtage, um die Sonne einmal zu umrunden.
Die Erde ist der dritte Planet unseres Sonnensystems. Sie ist der einzige Planet, den wir kennen, auf dem es Leben gibt. Durch den etwas größeren Abstand zur Sonne herrschen auf der Erde gemäßigte Temperaturen vor. Das hat für das Leben und den Menschen den Vorteil, dass Wasser in allen drei Aggregatzuständen vorkommt – vor allem in seiner flüssigen Form. Auch ist in der Atmosphäre genug Sauerstoff für die Atmung des Menschen und die der anderen Tiere vorhanden. Wie die anderen Planeten dreht sich auch die Erde um ihre eigene Achse. Deshalb gibt es auch auf der Erde Tag und Nacht.
Zudem besitzt die Erde einen Mond. Eine vollständige Umdrehung der Erde um sich selbst wird ein Tag genannt. Nach rund
Der nächste Planet ist der Mars – er ist unser nächster Nachbar und wie die Venus ein erdähnlicher Planet hinsichtlich seiner Masse und Beschaffenheit. Neben der Erde ist der Mars der am besten untersuchte Planet im Sonnensystem – und Schauplatz vieler Science‑‑Fiction‑Filme. Die rote Farbe des Planeten kommt durch den eisenoxidhaltigen Sand auf seiner Oberfläche. Die riesigen Krater auf dem Mars wurden durch Einschläge von Asteroiden oder Meteoroiden verursacht. Auch finden sich Reste gewaltiger Vulkane auf dem Mars, darunter der größte Vulkankegel des Sonnensystems, der Olympus Mons. Er ist dreimal so hoch wie der Mount Everest. Aufgrund der ausgetrockneten Flussläufe auf der Marsoberfläche wird vermutet, dass es auf diesem Planeten einmal flüssiges Wasser gegeben hat – und wo Wasser geflossen ist, könnte auch Leben gewesen sein. Heutzutage beträgt die Temperatur auf dem Mars allerdings zwischen ${-}150\,^{\circ}\pu{C}$ und rund $20\,^{\circ}\pu{C}$.
Der Mars hat eine Umlaufzeit um die Sonne von rund $687$ Erdtagen und besitzt zwei Monde, Phobos und Deimos.
Die Gasplaneten
Im Gegensatz zu den Gesteinsplaneten haben die Gasplaneten keine feste Oberfläche. Sie bestehen überwiegend aus Gasen wie Wasserstoff und Helium.
Der Jupiter ist der fünfte Planet von der Sonne aus gesehen. Er ist mit einem Durchmesser von circa
Der Jupiter benötigt $11{,}9$ Erdjahre, um die Sonne einmal zu umrunden. Er hat $95$ bekannte Monde (Stand 2023). Die vier größte Monde des Jupiter sind die sogenannten galileischen Monde: Ganymed, Kallisto, Io und Europa. Sie wurden von Galileo Galiei entdeckt.
Der zweite Gasplanet und insgesamt sechste Planet in unserem Sonnensystem ist der Saturn. Er ist bekannt für sein Ringsystem. Die Ringe rund um den Saturn bestehen aus unzähligen Eis- und Gesteinsbrocken, die den Planeten umkreisen. Die Temperatur auf der Oberfläche des Saturn liegt bei etwa $-140\,^\circ\pu{C}$.
Er benötigt $29{,}5$ Erdjahre, um die Sonne einmal zu umrunden und besitzt $146$ bekannte Monde (Stand 2023).
Die Eisriesen
Die Eisriesen bestehen zwar auch zu einem großen Teil aus Gasen, aber deren Zusammensetzung unterscheidet sich deutlich von Jupiter und Saturn. Die verschiedenen flüchtigen Verbindungen werden in der Astronomie auch als Eise bezeichnet, woraus der Name Eisriesen resultiert.
Der Uranus ist ein Gigant aus Eis, wobei Methan für die blaue Farbe des Planeten verantwortlich ist. Er hat eine Oberflächentemperatur von ungefähr
Eine Umrundung der Sonne dauert rund $83{,}8$ Erdjahre. Der Uranus hat $28$ bekannte Monde.
Der letzte Planet in der Reihe ist der Neptun. Er erscheint wie der Uranus blau. Mit einer Entfernung von durchschnittlich
Der Neptun benötigt $165$ Erdenjahre, um die Sonne einmal zu umrunden und hat $16$ bekannte Monde.
Bis ins Jahr $2006$ galt auch der jenseits des Neptun kreisende Pluto als Planet. Er wird seitdem aber gemeinsam mit Eris, welcher noch weiter entfernt die Sonne umkreist, zu den Zwergplaneten gezählt.
Trabanten
Nicht nur die Erde hat einen Mond. Außer Merkur und Venus werden alle Planeten des Sonnensystems noch selbst von kleineren Trabanten, also Monden, umkreist. So wird beispielsweise der Jupiter von mindestens $95$ Monden umkreist.
Der eine Mond der Erde umkreist diese in einem Abstand von ca.$380\,000~\pu{km}$. Er benötigt für eine Erdumrundung etwa $29{,}5$ Tage – und ist deshalb auch der Namensgeber für unseren Monat.
Der Asteroidengürtel
Der Asteroidengürtel ist ein Bereich zwischen den Gesteins- und den Gasplaneten. Genauer gesagt befindet er sich zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter. In diesem Bereich gibt es besonders viele Asteroiden. Dabei handelt es sich um unregelmäßig geformte Kleinplaneten (Planetoiden). Auch der Zwergplanet Ceres befindet sich im Asteroidengürtel.
Zusammenfassung unseres Sonnensystems
Die wichtigsten Punkte zu unserem Sonnensystem fassen wir noch einmal in einem kleine Steckbrief zusammen:
| Unser Sonnensystem | |
|---|---|
| Heimatgalaxie | Milchstraße |
| Stern im Zentrum | Sonne |
| Alter | ca. $4{,}5$ Milliarden Jahre |
| Planeten | vier Gesteinsplaneten (Merkur, Venus, Erde, Mars), zwei Gasplaneten (Jupiter, Saturn), zwei Eisriesen (Uranus, Neptun) |
Transkript Das Sonnensystem
Der Außerirdische Albi ist auf der Suche nach der Erde. Damit „Astro-Maps“ ihn navigieren kann, muss er genau wissen, in welchem System die Erde sich befindet. In seinem Sternenatlas findet er die Antwort: Die Erde befindet sich im „Sonnensystem“ – und das schauen wir uns jetzt genauer an. Im Zentrum des Sonnensystems befindet sich die „Sonne“. Genauso wie die meisten hellen Punkte am Nachthimmel ist die Sonne ein „Stern“. Für einen Stern ist die Sonne weder besonders groß noch besonders klein, im Vergleich zur Erde ist sie aber dennoch gigantisch. Ratet mal, wie viel größer die Sonne im Vergleich zur Erde ist. Wenn die Sonne so groß wie die Kugel des Berliner Fernsehturms wäre, wie groß wäre dann die Erde? Nur so groß wie ein Fußball! Die Sonne hat einen Durchmesser von 1.392.700 Kilometern. Die Erde hat einen etwa Einhundertzehn Mal kleineren Durchmesser, nämlich 12.742 Kilometer. Die Sonne ist nicht nur größer, sondern hat auch eine 333.000 Mal größere Masse als die Erde, und zwar etwa „Eins-Komma-Neun-Neun“ mal „Zehn-hoch-Dreißig“ Kilogramm. Das ist eine Zahl mit 30 Nullen! Dabei ist die Sonne keine Kugel aus Gestein, sondern aus Gas. Sie besteht hauptsächlich aus Wasserstoff, und Helium. Durch ihre große Masse erzeugt die Sonne eine „Gravitationskraft“, die das gesamte Sonnensystem zusammenhält. Und das ist nicht das Einzige, was die Sonne unverzichtbar macht. In ihrem Inneren werden Wasserstoffatome durch „Kernfusion“ zu Helium vereinigt. So wird Energie frei, die vor allem in Form von Licht und Wärme die Erde erreicht, und so Leben ermöglicht. Die Sonne wird von „Planeten“ umkreist – deswegen spricht man allgemein auch von einem „Planetensystem“. Der Planet, der der Sonne am nächsten ist, ist der „Merkur“. Er ist weniger als halb so groß wie die Erde und damit der kleinste Planet im Sonnensystem. Von der Sonne aus gesehen kommt nach dem Merkur die „Venus“. Die Venus ist in etwa so groß wie die Erde, aber viel heißer! Durch den starken Treibhauseffekt herrschen auf ihrer Oberfläche Temperaturen von bis zu fünfhundert Grad Celsius. Zusätzlich regnet es Schwefelsäure – leben kann man auf der Venus also nicht. An dritter Stelle im Sonnensystem liegt unser Heimatplanet, die „Erde“. Ihren Durchmesser kennen wir schon. Die Entfernung zwischen Erde und Sonne beträgt etwa 149.000.000 Kilometer. Mit einer durchschnittlichen Oberflächentemperatur von fünfzehn Grad Celsius sind die Lebensbedingungen auf der Erde optimal für uns. Außerdem hat die Erde genau einen Mond. Nach der Erde kommt der Mars. Der Mars ist etwa halb so groß wie die Erde, hat aber den mit Siebenundzwanzig Kilometern Höhe höchsten Berg des Sonnensystems, den „Mons Olympus“. Der Mars ist mit einer Durchschnittstemperatur von minus Dreiundsechzig Grad Celsius zwar gemütlicher als die Venus, aber wegen der nur sehr dünnen Kohlendioxid-Atmosphäre trotzdem nicht bewohnbar. Merkur, Venus, Erde und Mars sind die einzigen „Gesteinsplaneten“ des Sonnensystems. Sie werden von den Gasplaneten und Eisriesen durch den „Asteroidengürtel“ getrennt. Das ist ein Bereich, in dem besonders viele Asteroiden vorkommen; das sind umherfliegende Brocken aus Gestein. Hinter dem Asteroidengürtel liegt „Jupiter“. Jupiter ist mit einem Durchmesser von 143.000 Kilometern der größte Planet im Sonnensystem. Dabei besteht er hauptsächlich aus Gasen und hat keine feste Oberfläche. Besonders bekannt ist er für die riesigen, schon mit einfachen Teleskopen sichtbaren Stürme – und für seine neunundsiebzig Monde. Der sechste Planet ist der „Saturn“. Auch Saturn ist, wie Jupiter, ein „Gasplanet“ – nur etwas kleiner. Er hat zweiundachtzig Monde und ist besonders für seine „Ringe“ bekannt, die sich aus unzähligen Gesteinsbrocken zusammensetzen. Die beiden äußersten Planeten, „Uranus“, und „Neptun“, sind „Eisriesen“. Anders als diese Bezeichnung vermuten lässt, bestehen Eisriesen aber nicht aus Eis, sondern auch aus Gasen. Allerdings haben sie eine andere Zusammensetzung als die Gasplaneten. Die Reihenfolge der Planeten im Sonnensystem kannst du dir ganz einfach mit einem Merksatz merken: „Mein Vater Erklärt Mir Jeden Sonntag Unseren Nachthimmel.“ Und was kommt dahinter? Was glaubst du liegt außerhalb des Sonnensystems? Außerhalb des Sonnensystems gibt es viele weitere Sterne und Sternensysteme, die alle Teil der „Milchstraße“ sind. Die Milchstraße ist unsere Heimatgalaxie und setzt sich aus einigen hundert Milliarden Sternen zusammen. Der Name kommt daher, dass die Milchstraße am Nachthimmel wie ein weißes, milchiges Band aussieht. Das ist so, weil wir mitten drin sitzen und die Galaxien-Ebene entlang blicken. Die Scheibenform wäre nur von außen sichtbar. Der Stern, der unserem Sonnensystem am nähesten ist, ist „Proxima Centauri“. Nah ist allerdings ein relativer Begriff – seine Entfernung zur Erde beträgt etwa vierzig Billionen Kilometer. Bevor wir auf Albis Raumschiff zurückkehren, wiederholen wir die wichtigsten Punkte: Im Zentrum des Sonnensystems steht die Sonne. Die Sonne wird von acht Planeten umkreist: „Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, und Neptun.“ Die ersten vier Planeten sind „Gesteinsplaneten“. Jupiter und Saturn sind „Gasplaneten“. Uranus und Neptun sind „Eisriesen“. Das Sonnensystem befindet sich in der Milchstraße. Ob Albi, der Außerirdische, sein Ziel gefunden hat? „Merde!“ Er hat sich wohl vertippt – und ist zur Merde geflogen.
Das Sonnensystem Übung
-
Benenne die Objekte unseres Sonnensystems.
TippsErinnere dich an den Merksatz:
Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unseren Nachthimmel.
Asteroiden sind Gesteinsbrocken, die kleiner sind als Planeten. Im Sonnensystem befinden sie sich in einem Ring zwischen den Gesteinsplaneten und den Gasriesen.
Achtung: In dem Merksatz für die Planeten des Sonnensystems kommt der Buchstabe M zweimal vor. Bei dem ersten Wort des Merksatzes solltest du dir daher die vorderen beiden Buchstaben ansehen.
LösungIm Zentrum unseres Sonnensystems befindet sich unser Stern: die Sonne. Im Bild ist diese links nur angedeutet. Die Sonne ist mit Abstand das größte und schwerste Objekt im Sonnensystem. Ihre Masse macht ganze $99{,}86~\%$ der Gesamtmasse des Sonnensystems aus.
Dicht an der Sonne befinden sich vier kleine Gesteinsplaneten:
- Merkur
- Venus
- Erde
- Mars
Die Erde und der Mars haben Monde: Die Erde hat einen Mond und der Mars hat zwei (im Bild nicht dargestellt).
Der Merkur ist der kleinste Planet des Sonnensystems. Venus und Erde sind fast gleich groß. Der Mars ist deutlich kleiner als die beiden. Eine Theorie für die geringe Größe des Mars ist, dass er nicht alles verfügbare Material in seiner Umgebung aufnehmen konnte, weil die Anziehungskraft des Jupiters dies verhindert hat.
Das Ergebnis dieser Störung ist der Asteroidengürtel, der sich zwischen Mars und Jupiter befindet. Auch wenn Asteroiden kleiner sind als Planeten, haben einige beträchtliche Größen. Das größte Objekt im Asteroidengürtel heißt Ceres: Es ist annähernd kugelförmig – wie ein Planet – und sein Durchmesser beträgt fast $1~000~\text{km}$.
Auf den Asteroidengürtel folgen die beiden Gasriesen:
- Jupiter
- Saturn
Jupiter ist nach der Sonne das zweitgrößte und zweitschwerste Objekt im Sonnensystem. Tatsächlich können Planeten nicht wesentlich größer werden als Jupiter. Fügt man noch mehr Masse dazu, wird der Druck im Inneren so groß, dass die Atome verschmelzen. Man spricht dann nicht mehr von einem Planeten, sondern von einem Stern.
Saturn ist vor allem für seine Ringe bekannt: Ringe entstehen, wenn ein Mond so dicht an einem Planeten ist, dass er von der Schwerkraft bzw. den Gezeitenkräften seines Planeten zerrissen wird. Die Ringe des Saturns sind also zerbröselte Monde.
Auf die Gasriesen folgen die beiden Eisriesen:
- Uranus
- Neptun
Zusatzinfo: Die Grenze des Sonnensystems
Wo genau das Sonnensystem endet, ist schwer zu bestimmen. Auf Neptun folgt der Kuipergürtel: Hier kommen viele der Kometen her, die wir manchmal am Nachthimmel sehen können. Auch Pluto gehört zu den Kuipergürtel-Objekten.
Das Sonnensystem wird wahrscheinlich von der Oortschen Wolke umschlossen. Diese kann man sich wie eine Kugelschale vorstellen, in deren Mittelebene das Sonnensystem liegt. Es wird vermutet, dass einige Kometen mit langen Umlaufbahnen von dort kommen und dass die Oortsche Wolke einen Radius von etwa $1{,}6$ Lichtjahren hat.
-
Bestimme, welcher Gesteinsplanet welche Eigenschaften hat.
TippsDer Mars hat zwei Monde. Der Merkur und die Venus hingegen haben keinen.
Der Mons Olympus ist auf dem Mars.
LösungDie einzelnen Gesteinsplaneten weisen unterschiedliche Eigenschaften auf.
Für den Merkur gilt:
- Er ist der sonnennächste Planet. Sein Abstand zur Sonne ist nur circa ein Drittel so groß wie der Abstand der Erde zur Sonne. Weil er so dicht an der Sonne ist, kann man ihn von der Erde aus nur sehr schlecht sehen.
- Er ist nicht einmal halb so groß wie die Erde. Seine Masse ist sogar nur rund $0{,}06$-mal so groß wie die der Erde.
- Das macht ihn zum kleinsten Planeten des Sonnensystems. Er ist allerdings deutlich größer als zum Beispiel der Mond.
Für die Venus gilt:
- Sie ist etwa so groß wie die Erde. Ihr Durchmesser beträgt rund $12\,103~\text{km}$, also nur circa $640~\text{km}$ weniger als der der Erde.
- Ihre Durchschnittstemperatur ist aufgrund des starken Treibhauseffekts in der dicken $CO_2$-Atmosphäre sehr hoch: $T_{\varnothing} = \mathbf{464}~^\circ \text{C}$.
- In ihrer Atmosphäre können Schwefelsäuretropfen kondensieren und als Regen herabfallen. Allerdings erreicht „dieser Regen“ wahrscheinlich nicht die Oberfläche des Planeten, da er noch in der Atmosphäre wieder verdampft.
Für die Erde gilt:
- Sie hat genau einen Mond. Im Vergleich zu anderen Planet-Mond-Systemen ist unser Erdmond sehr groß. Manche Wissenschaftler*innen finden sogar, dass die Größe von Mond und Erde so ähnlich ist, dass man eher von einem Doppelplaneten-System sprechen sollte.
- Ihr Durchmesser beträgt etwa $12\,742~\text{km}$. Die Erde ist keine perfekte Kugel: Durch ihre Rotation ist sie ein bisschen abgeplattet. Das heißt, ihr Durchmesser am Äquator ist größer als der Durchmesser vom Nordpol zum Südpol.
- Die Durchschnittstemperatur ist $T_{\varnothing} = \mathbf{15}~^\circ \text{C}$. Wissenschaftler*innen denken, dass auf einem Planeten eine Durchschnittstemperatur zwischen $0~^\circ\text{C}$ und $100~^\circ\text{C}$ bestehen muss, damit dort Leben entstehen kann.
- Sie ist etwa $149~\text{Mio.}~\text{km}$ von der Sonne entfernt. In der Astronomie wird diese Distanz als „eine astronomische Einheit“ ($1~\text{AE}$ bzw. $1~\text{AU}$) bezeichnet.
Für den Mars gilt:
- Auf ihm befindet sich der höchste Berg des Sonnensystems: der Mons Olympus. Dieser ist circa $22~\text{km}$ hoch. Zum Vergleich: Der höchste Berg der Erde ist der Mount Everest, mit einer Höhe von rund $8{,}5~\text{km}$.
- Seine Durchschnittstemperatur beträgt nur $T_{\varnothing} = \mathbf{-64}~^\circ \text{C}$. Das liegt zum einen daran, dass er deutlich weiter von der Sonne entfernt ist als die Erde, zum anderen aber auch am nachfolgend genannten Fakt.
- Er hat nur eine sehr dünne $CO_2$-Atmosphäre. Sie kann kaum Energie von der Sonne speichern und ist zu dünn, um einen nennenswerten Treibhauseffekt zu erzeugen.
-
Entscheide, welche Aussagen für die Sonne gelten.
TippsDrei Aussagen sind korrekt.
Die Masse der Sonne beträgt etwa $2 \cdot 10^{30}~\text{kg}$ und die Masse der Erde etwa $6 \cdot 10^{24}~\text{kg}$.
Die Planeten unseres Sonnensystems sind Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun.
Würde ein Planet nicht von einem Stern angezogen werden, würde er sich auf einer geraden Bahn bewegen und nicht auf einer Kreisbahn.
Wie hell uns ein Stern erscheint, hängt sehr stark von seiner Distanz zu uns ab.
LösungDie Sonne bereichert unser Leben und bringt uns Licht und Wärme. Aber was genau wissen wir noch über die Sonne?
- Die Aussage „Die Sonne ist einer der größten Sterne des Universums. Deswegen erscheint sie uns viel heller als die Sterne am Nachthimmel.“ ist falsch.
- Die Aussage „Die Sonne befindet sich im Zentrum unseres Sonnensystems. Sie wird von acht Planeten umkreist.“ ist richtig.
- Die Aussage „Die Sonne erzeugt Energie, indem sie Wasserstoffatome zu Heliumatomen fusioniert. Diese Energie kommt als Licht und Wärme zur Erde und ermöglicht das Leben.“ ist richtig.
- Die Aussage „Die Sonne ist etwa hundertmal so groß wie die Erde. Aber weil sie fast nur aus leichtem Wasserstoffgas besteht, ist sie viel leichter.“ ist falsch.
- Die Aussage „Die Sonne hält unser gesamtes Sonnensystem mit ihrer Gravitationskraft zusammen: Könnte man die Sonne verschwinden lassen, würden die Planeten ihre Umlaufbahnen verlassen und auseinanderdriften.“ ist richtig.
- Die Aussage „Nachts ist die Sonne von der Erde aus nicht zu sehen, da sie vom Mond verdeckt wird.“ ist falsch.
-
Vergleiche die verschiedenen astronomischen Systeme.
TippsDas Symbol $⌀$ steht für den Durchmesser.
Versuche im ersten Schritt herauszufinden, welche Art von Information in einem Feld gesucht ist: Geht es zum Beispiel um eine zeitliche Angabe oder eine Größenangabe?
Wird eine Zahl mit dem Faktor $10^{17}$ multipliziert, bedeutet das, dass man $17$ Nullen an sie hängt.
Beispiel:
$2 \cdot 10^{3} = 2\,000$
Es gibt mehrere Antworten mit der Einheit $\text{km}$.
Du kannst sie nach der Größe sortieren, indem du die jeweiligen $10^{x}$-Faktoren vergleichst: Je größer $x$ ist, desto größer ist das Ergebnis.Die Distanz Sonne–Proxima Centauri beträgt $4 \cdot 10^{13}~\text{km}$.
LösungBei der Lösung der Aufgabe ist die Zuordnung der Größen und Abstände am kniffligsten. Bevor wir uns mit der kompletten Lösung der Tabelle beschäftigen, wollen wir uns deswegen diesem Problem zuwenden:
Es gibt insgesamt fünf Antwortmöglichkeiten, die alle die Einheit $\text{km}$ haben. Wir sortieren sie anhand ihrer Zehnerpotenz nach ihrer Größe (von klein zu groß):
$7{,}7 \cdot 10^{5}~\text{km} \longrightarrow 4{,}2 \cdot 10^{7}~\text{km} \longrightarrow 3\cdot 10^{8}~\text{km} \longrightarrow 4 \cdot 10^{13}~\text{km} \longrightarrow 2{,}5 \cdot 10^{17}~\text{km}$
Als Nächstes müssen wir überlegen, in welchem Verhältnis zueinander die gesuchten Größen und Distanzen stehen. Wir wissen:- Der Mond ist viel dichter an der Erde als die Sonne und auch als die Venus. Also ist der Durchmesser der Mondbahn kleiner als der Durchmesser der Erdbahn und kleiner als die Distanz zur Venus.
- Die Venus befindet sich aber zwischen Erde und Sonne. Folglich ist der Abstand zur Venus kleiner als der Durchmesser der Erdbahn.
- Im Sonnensystem befindet sich kein weiterer Stern. Also ist der Abstand zu unserem Nachbarstern Proxima Centauri größer als der Durchmesser der Erdbahn.
- In der Milchstraße sind sehr viele Sterne dicht beieinander. Wir können deshalb davon ausgehen, dass die Distanz zu unserem Nachbarstern kleiner ist als der Durchmesser der Umlaufbahn der Sonne um das Zentrum der Milchstraße.
Nach diesen Überlegungen können wir alle Angaben in $\text{km}$ gut zuordnen:
Die Durchmesser der Umlaufbahnen sind:
- Mondbahn: $7{,}7 \cdot 10^{5}~\text{km}$
- Erdbahn: $3\cdot 10^{8}~\text{km}$
- Sonnenbahn: $2{,}5 \cdot 10^{17}~\text{km}$
Und die Distanzen zu den dichtesten Nachbarn sind:
- Distanz Erde–Venus: $4{,}2 \cdot 10^{7}~\text{km}$
- Distanz Sonne–Proxima Centauri: $4 \cdot 10^{13}~\text{km}$
Für die restlichen Antworten gehen wir Zeile für Zeile durch die Tabelle:
Für die Zeile mit den Umlaufzeiten suchen wir Antwortmöglichkeiten, die eine Zeiteinheit haben. Wir finden eine Angabe in Tagen und zwei in Jahren. Die ersten beiden Felder können wir mit unserer Erfahrung ausfüllen:
- Der Mond benötigt etwa $29{,}5$ Tage (einen knappen Monat) für einen Umrundung der Erde.
- Die Erde benötigt $1$ Jahr für eine Umrundung der Sonne.
Damit bleibt noch eine Zeitangabe für die Umlaufdauer der Sonne um das Zentrum der Milchstraße übrig: $230$ Millionen Jahre. Wenn wir diese Zeit als „ein galaktisches Jahr“ bezeichnen, dann ist die Sonne erst $20$ galaktische Jahre alt.
In der Zeile weitere Systemkörper wird die Anzahl der Körper gesucht, die ähnlich zu dem jeweils betrachteten sind. Im Erde-Mond-System suchen wir also die Anzahl der weiteren Monde, im Sonne-Erde-System die Anzahl der weiteren Planeten und im Milchstraße-Sonne-System die Anzahl der weiteren Sterne.
Wir können zuordnen:
- Im Erde-Mond-System gibt es keine weiteren Monde,
- im Sonne-Erde-System gibt es weitere $7$ Planeten und
- im Milchstraße-Sonne-System gibt es einige $100$ Milliarden Sterne.
Bei dem dichtesten Nachbarn ist der nächste gleichartige Körper im System gesucht:
- Für das Erde-Mond-System kann hier nichts eingetragen werden, denn es gibt keinen anderen Mond im System.
- Für das Sonne-Erde-System ist der dichteste Planet zur Erde gesucht. Nach den vorherigen Ausführungen wissen wir, dass nur Mars und Venus in Betracht kommen. Da es nur die Venus zur Auswahl gab, ist sie die richtige Antwort. Tatsächlich ist der Mars etwa doppelt soweit von der Erde entfernt wie die Venus. Gemeint war hier der kleinstmögliche Abstand: Weil sich die Planeten unterschiedlich schnell auf ihrer Bahn bewegen, ist ihr tatsächlicher Abstand zueinander variabel. Über alle Zeiten gemittelt ist sogar der Merkur am dichtesten an der Erde!
- Für das Milchstraße-Sonne-System war der dichteste Stern zur Sonne gesucht. Dieser heißt Proxima Centauri. Wie weit er weg ist, ist kaum vorstellbar: Mit einer Rakete wie sie für die Mondlandung benutzt wurde, bräuchte man etwa $115\,000$ Jahre, um von der Erde zu Proxima Centauri zu fliegen ...
-
Bestimme, um was für eine Art von Planet es sich bei den genannten Objekten handelt.
TippsEs gibt vier Gesteinsplaneten.
Es gibt je zwei Gas- und Eisriesen.
Drei der genannten Objekte sind gar keine Planeten.
LösungEs ist gar nicht so einfach, zu definieren, was eigentlich ein Planet ist: Wie wir in unserem Sonnensystem sehen, kommt es zum Beispiel auf die Beschaffenheit nicht an – es gibt Planeten, die aus Gestein bestehen wie die Erde, aber auch solche, die hauptsächlich aus Gas bestehen wie der Jupiter. Zudem können Größe und Masse sehr unterschiedlich sein.
Aktuell sind drei Kriterien für einen Planeten anerkannt:
1. Er muss sich auf einer Bahn um einen Zentralstern befinden.
2. Er muss annähernd kugelförmig sein.
3. Er muss seine Umlaufbahn von anderen Körpern bereinigt haben.Nach dieser Definition sind folgende Objekte keine Planeten:
- die Sonne $\rightarrow$ Sie ist selbst ein Stern und befindet sich nicht auf einer Umlaufbahn um einen anderen Stern.
- der Mond $\rightarrow$ Er befindet sich in erster Linie in einer Umlaufbahn um die Erde.
- die Asteroiden $\rightarrow$ Viele von ihnen sind nicht kugelförmig und sie haben ihre Umlaufbahn nicht von anderen Körpern bereinigt.
Innerhalb der Planeten kann man verschiedene Kategorien bilden: In unserem Sonnensystem finden wir Gesteinsplaneten, Gasriesen und Eisriesen.
Zu den Gesteinsplaneten gehören:
- der Merkur
- die Venus
- die Erde
- der Mars
Zu den Gasriesen zählen:
- der Jupiter
- der Saturn
Zu den Eisriesen gehören:
- der Uranus
- der Neptun
-
Schätze oder berechne die Masse der Körper des Sonnensystems.
TippsDu brauchst die genauen Werte nicht zu berechnen: Orientiere dich an der Grafik, um abzuschätzen, welche Planeten die größten und schwersten sind.
Wenn du bei den Größen in der Grafik unsicher bist, dann orientiere dich an der Spalte mit den Massen in $\text{kg}$, um zu entscheiden, welcher von zwei Planeten schwerer ist. Betrachte vor allem die Zehnerpotenz.
Von leicht nach schwer sortiert sind die Planeten:
Merkur, Mars, Venus, Erde, Uranus, Neptun, Saturn, Jupiter
LösungAlle Werte in der Tabelle sind sehr grob gerundet. Im Allgemeinen sind in der Astronomie Größenordnungen immer sehr viel interessanter und bedeutsamer als exakte Werte. In der Tabelle sehen wir einen großen Unterschied zwischen den Massen der Gesteinsplaneten und der Riesenplaneten. Auf den ersten Blick erscheint es dir vielleicht komisch, dass Planeten aus Steinen leichter sind als Planeten aus Gas.
Das hat zwei Gründe:- Auch die Gasriesen haben in ihrem Inneren einen großen Kern aus Gestein. Dieser ist deutlich größer als z. B. die Erde.
- Die Gasriesen sind viel, viel größer als die Gesteinsplaneten: Das Volumen von Jupiter ist so groß, dass die Erde bequem $1~300$-mal hineinpassen würde!
Der kleinste und leichteste Planet unseres Sonnensystems ist auch gleichzeitig der sonnennächste Planet: Merkur. Seine Masse ist etwa $3 \cdot 10^{23}~\text{kg}$, was $0{,}05~M_{\text{E}}$ entspricht. Bei einem solch kleinen Planeten ist es nicht sinnvoll, die Masse in Jupitermassen anzugeben.
Der zweitkleinste Planet ist unser äußerer Nachbar: der Mars. Wahrscheinlich wurde er in seiner Entstehung von Jupiters Anziehungskraft gestört. Daher ist seine Masse nur $6 \cdot 10^{23}~\text{kg}$ bzw. $10~\%$ der Erdmasse ($0{,}1~M_{\text{E}}$).
Darauf folgt unser innerer Nachbar: die Venus. Sie ist fast so groß wie die Erde. Allerdings enthält sie weniger schwere Metalle, weshalb ihre Masse mit $5 \cdot 10^{24}~\text{kg}$ bzw. $0{,}8~M_{\text{E}}$ ein ganzes Stück kleiner ist als die der Erde.
Die Erde selbst ist der viertgrößte und viertschwerste Planet.Der Masse nach folgen dann die äußersten Planeten des Sonnensystems, also die Eisriesen:
Uranus belegt Platz fünf auf der Masse-Reihe der Planeten. Er ist mit $9 \cdot 10^{25}~\text{kg}$ schon etwa $15$-mal so schwer wie die Erde. Allerdings ist er mit $0{,}05~M_{\text{J}}$ noch weit von der Masse des Jupiters entfernt.
Es folgt Neptun mit einer sehr ähnlichen Masse von ${1 \cdot 10^{26}~\text{kg}}$. Dies entspricht $17~M_{\text{E}}$ bzw. $0{,}05~M_{\text{J}}$.Die wahren Schwergewichte des Sonnensystems sind die Gasriesen:
Auf dem zweiten Platz der schwersten Planeten ist Saturn mit seiner Masse von $6 \cdot 10^{26}~\text{kg}$. Das sind fast $100$ Erdmassen. Trotzdem ist Saturn nur etwa ein Drittel so schwer wie der Jupiter ($0{,}3~M_{\text{J}}$).
Mit Abstand der schwerste Planet ist Jupiter: Er wiegt fast $2{,}5$-mal so viel wie alle anderen Planeten des Sonnensystems zusammen! Trotzdem bräuchte man etwa $1~000$ Jupiter, um an die Masse der Sonne heranzureichen.Zusatzinfo: Die genaue Umrechnung der Massen
Falls du doch einmal genau wissen möchtest, wie viele Erd-, Jupiter- oder Sonnenmassen ein anderer Körper hat, kannst du bei der Berechnung wie folgt vorgehen:
Du suchst dir die genaue Masse der Erde und des anderen Körpers (z. B. Venus) in $\text{kg}$ aus einem Buch oder dem Internet heraus. Für unser Beispiel finden wir:
- Masse der Erde: $M_{\text{E}} = 5{,}972 \cdot 10^{24}~\text{kg}$
- Masse der Venus: $M_{\text{V}} = 4{,}867 \cdot 10^{24}~\text{kg}$
Um die Masse der Venus in Erdmassen zu berechnen, müssen wir nun nur noch die beiden Werte durcheinander teilen:
$\dfrac{M_{\text{V}}}{M_{\text{E}}} = \dfrac{4{,}867 \cdot 10^{24}~\text{kg}}{5{,}972 \cdot 10^{24}~\text{kg}} = 0{,}815$
$\Leftrightarrow M_{\text{V}} = 0{,}815~M_{\text{E}}$
Für alle anderen Körper gehst du entsprechend vor.
Du kannst natürlich auch weniger oder mehr Nachkommastellen verwenden – je nachdem, wie genau das Ergebnis sein soll.
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