Wieso kreisen Planeten um die Sonne: Ursachen und Zusammenhänge
Wenn ein neuer Stern entstanden ist, wird er von einer scheibenförmigen Restmasse von Staubpartikeln umkreist. Aus diesem Staub können sich Planeten verdichten, die sich im Laufe der Jahrmillionen zunehmend vom Stern im Zentrum entfernen und ihn auf elliptischen Bahnen umrunden.
Inhalt
Die Sonne im Zentrum des Sonnensystem
Das Sonnensystem besteht aus einem Fixstern sowie aus Planeten, Monden und anderen Himmelskörpern, die den Stern im Zentrum umkreisen. In unserem Sonnensystem kreisen acht Hauptplaneten um den Zentralstern:
- Merkur
- Venus
- Erde
- Mars
- Jupiter
- Saturn
- Uranus
- Neptun.
Bis 2006 gab es mit Pluto noch einen weiteren, neunten Planeten. Pluto gibt es noch immer, doch die Gesamtkonferenz der internationalen Astronomen hat dem Zwergplaneten den Planetenstatus wieder aberkannt. Grund dafür war unter anderem die Entdeckung vieler weiterer Zwergplaneten und der Unwille, die Liste der Planeten um viele weitere zu ergänzen.
Daran ist bereits ersichtlich, dass wesentlich mehr Gebilde, als nur acht Planeten um die Sonne kreisen:
- Viele Planeten haben einen oder mehrere Monde.
- Zwischen Mars und Jupiter befindet sich ein Bereich mit einer gehäuften Ansammlung von Asteroiden (Asteroidengürtel, Planetoidengürtel oder Hauptgürtel).
- Hinter dem Neptun beginnt der Kuipergürtel, in dem sich zahlreiche Asteroiden, Gesteinsbrocken und Zwergplaneten befinden,
- Theoretisch ist sogar die Existenz weiterer größerer Planeten oder Himmelskörper möglich, von denen wir bisher nichts wissen.
Die Einordnung der Planeten im Sonnensystem
Die Bezeichnung „Planet“ stammt aus der griechischen Sprache und bedeutet „Wanderer“. Im Altertum konnten Astronomen kaum zwischen hellen Planeten wie Jupiter oder Venus und den Fixsternen unterscheiden.
Bis zur Entwicklung besserer Teleskope ab dem 18. Jahrhundert waren nur die Planeten bis zum Jupiter erkennbar. Dann folgte 1610 erstmals die Sichtung des vergleichsweise sehr dunklen Saturns (durch Galileo Galilei). Das Wissen um die Existenz der Planeten hinter dem Saturn (Uranus, Neptun, Pluto) ist also noch sehr neu.
Um die Jahrtausendwende entdeckten Forscher im Kuipergürtel etliche weitere Zwergplaneten. Dies führte dazu, dass der Begriff „Planet“ im Jahr 2006 erstmals eine Definition (Größe, Umfang, Dichte usw.) bekam. Pluto war und ist nach dieser Definition kein Hauptplanet mehr.
Der Grund, wieso Planeten um die Sonne kreisen
Auch hier wissen Forscher derzeit längst noch nicht alles. Im Grunde ist weder bekannt, woher unsere Sonne stammt, noch wie und wann genau die Planeten entstanden sind.
Der Kosmos ist seit erst seit etwa 70 Jahren in seiner Weite beobachtbar und wissenschaftlich untersuchbar. Seit Astronomen mit Weltraumteleskopen wie Hubble andere Sternensysteme, sterbende Sterne und die Entstehung neuer Sonnen beobachten können, beginnen sie, die Geschichte unseres eigenen Sonnensystems etwas besser zu verstehen.
So entstand auch das Wissen oder die Theorie von der Staubwolke, aus der sich durch Verdichtung neue Sonnen und Planeten bilden. Am Geburtsort unserer Sonne herrschten aus einem bisher nicht bekannten Grund gigantische Druckwellen. Diese führten punktuell zu großen Verdichtungen, aus denen sich wahrscheinlich mehrere Sterne bildeten. Die Sterne driften im Laufe der Zeit auseinander oder bilden manchmal auch Mehr-Sternsysteme.
Unsere Sonne ist schätzungsweise vor 4,6 Milliarden Jahren entstanden. Die Molekülwolke, aus der sie geboren wurde, bestand vermutlich zu über 99 % aus den Gasen Wasserstoff und Helium sowie einem geringen Anteil an Staubteilchen und Elementen wie Wasser, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Ammoniak und Silizium.
Damit aus Staub, Gasen und einigen Elementen Sterne und Planeten werden können, müssen immense Kräfte wirken. Bisher wurden solche großen Kraftwellen nur in Verbindung mit Supernovae (sterbenden, explodierenden Sternen) beobachtet.
Es ist gut möglich, dass unsere Sonne aus einem explodierten Vorgänger-Sonnensystem entstand. Doch längst nicht alle Anteile solcher Staubwolken werden zu Sternen. Daher werden junge Sterne von scheibenförmigen Resten der Wolke umkreist. Durch weitere Druckwellen und die gravitativen Kräfte des neuen Sterns, verdichten sich innerhalb der Staubscheibe erneut Anhäufungen von Materie oder Gas – die Planeten.
Die immensen Kräfte eines Sterns binden die Staubwolke beziehungsweise die neu entstanden Planeten an sich und gleichzeitig drücken andere Kräfte diese weg. So wandern Planeten im Laufe der Zeit auf verschieden weit entfernte und relativ stabile Umlaufbahnen um den Zentralstern herum.
Auch wenn sich Sonnensysteme zunächst ähneln, so haben Forscher bisher keine zwei Sonnen gefunden, die absolut identisch waren und genauso verhält es sich auch bei den Planeten: Sie sind einzigartig. Die Umlaufbahnen unterscheiden sich, ebenso wie die Distanzen, die Geschwindigkeiten und Beschaffenheit der Planeten.
In unserem Sonnensystem kennen wir die festen Gesteinsplaneten Merkur, Venus, Erde und Mars. Sie sind vergleichsweise klein und werden durch ihre dichtere Masse näher an das Gravitationsfeld der Sonne gebunden.
Saturn, Jupiter, Uranus und Neptun sind verglichen zu den inneren Planeten gigantische Gas- und Eisplaneten. Sie besitzen vermutlich keinen festen Kern und bewegen sich durch die geringere Dichte weiter von der Sonne entfernt auf ihren Umlaufbahnen.
Die Bahnen der Planeten um die Sonne
Planeten umkreisen in den allermeisten Fällen einen Stern auf elliptischen Bahnen. Elliptisch bedeutet, dass die Bahnen kreisförmig, aber nicht exakt rund sind. Eine Ellipse kann leicht oval und in der Höhe und Tiefe verschoben sein.
Dennoch gelten die Bahnen der Planeten in unserem Sonnensystem als stabil: Sie bewegen sich immer auf denselben, berechenbaren und vorhersehbaren Ellipsen um die Sonne. Die Stabilität der Kreisbahnen und die im Sonnensystem wirkenden Kräfte aus Anziehung und Abstoßung sind immer noch ein Rätsel der Wissenschaft.
Sicher ist, dass sich die Umlaufbahnen der Planeten im Laufe der Jahrmillionen ändern. Ziemlich sicher bewegten sich in früheren Zeiten alle Planeten noch viel näher und dichter gedrängt um die Sonne herum. Planeten können zum Beispiel durch Kollisionen untereinander oder durch Zusammenstöße mit Asteroiden oder Kometen in ihrer Bahn verschoben werden.
Es ist auch denkbar, dass Planeten durch solche Zusammenstöße fusionieren oder Planeten aus dem gravitativen Kraftfeld des Zentralsternes herausgeschleudert werden. Einige Planeten haben ähnlich wie neu entstandene Sterne Staubscheiben um sich herum. Vermutlich sind auch diese Scheiben (beim Saturn besonders gut ausgeprägt) Reste ihrer Geburt oder die Anziehungskraft der Planeten sammelt Weltraumstaub aus der Umgebung ein. Aus diesen Staubscheiben bilden sich sehr wahrscheinlich die Monde. Monde umkreisen Planeten und gemeinsam mit ihnen die Sonne.
Die Umlaufbahnen der inneren Planeten
Die inneren Planeten Venus, Erde und Mars umkreisen die Sonne auf fast kreisförmigen elliptischen Bahnen. Merkurs Bahn um die Sonne ist die „schrägste“ im ganzen System. Das liegt vermutlich an den starken gravitativen Kräften der nahen Sonne.
Trotzdem sind selbst die stabilen Planeten nicht immer exakt gleich weit von der Sonne entfernt. Auf ihren variierenden Bahnen kommen sie auch ihren jeweiligen Nachbarplaneten zeitweise näher, um sich dann wieder etwas weiter zu entfernen. Diese Abstände geben daher jeweils den durchschnittlichen Abstand zur Sonne an:
- Merkur: 57,9 Mio. km
- Venus: 108,2 Mio. km
- Erde: 149,6 Mio. km
- Mars: 227,9 Mio. km.
Die Umlaufbahnen der äußeren Planeten
Wer die Umlaufbahnen der Planeten hinter dem Mars betrachtet, stellt schnell fest, dass diese vergleichsweise weit entfernt sind. Während zwischen Erde und Mars nur Entfernungen von ca. 100 Mio. km herrschen, liegen zwischen dem Mars und Jupiter mehr als 500 Mio. km. Zwischen dem Jupiter und Saturn liegt eine Distanz von etwa 700 Mio. km. Auch diese Abstände zur Sonne sind Durchschnittswerte:
- Jupiter: 778,3 Mio. km
- Saturn: 1,429 Mrd. km
- Uranus: 2,875 Mrd. km
- Neptun: 4,504 Mrd. km.
Welche Umlaufbahnen haben Exoplaneten
Seit dem Jahr 1992 können Weltraumforscher Planeten in anderen Sonnensystemen beobachten. Diese Planeten gelten als Exilanten („exo“ für „außerhalb“ unseres Sonnensystems).
Exoplaneten umkreisen in der Regel ihre Sterne. Sonnensysteme haben unterschiedliche Anzahlen an Planeten. Es gibt auch Sterne, die keine Planeten um sich scharen.
Planeten außerhalb unseres Sonnensystems sind nur sehr schwer zu beobachten, da sie kein eigenes Licht ausstrahlen. Die Astronomen sehen sie mit etwas Glück als winzige Erscheinungen, wenn sie vor ihren Sonnen vorbeiziehen. Berechnungen der Umlaufbahnen sind möglich, wenn die Rhythmen des Wiedererscheinens eines Exoplaneten vor seinem Stern beobachtet werden kann.
Planeten ohne Umlaufbahn
Wie bereits erwähnt, können heftige Zusammenstöße innerhalb eines Sonnensystems oder Kollisionen mit Asteroiden einen Planeten auch aus der Umlaufbahn um einen Stern herauskatapultieren. Diese Planeten schießen dann heimatlos durch das All.
Eine internationale Forschergruppe hat mindestens 70 solcher umherstreifender Exoplaneten in den Sternbildern Skorpion und Schlangenträger gefunden.
Bisher wissen Forscher nicht, ob sich diese Planeten an andere Sonnen binden können oder wie deren Schicksal aussieht. Theoretisch kann ein solcher „Vagabundenplanet“ auch zur Gefahr für andere Sonnensysteme werden. Die Frage, wie und ob ein Exoplanet von außen in ein Sonnensystem eindringen kann, ist bisher nicht ausreichend geklärt.
Zusammenfassung
- Sterne wie unsere Sonnen bilden sich aus Staub- und Molekülwolken. Diese verdichten sich punktuell unter dem Einfluss starker Druckwellen.
- Doch nicht alle Anteile der Wolke müssen sich dadurch in einen Stern verwandeln. Reste der Wolke beginnen scheibenförmig um den Stern herumzurotieren.
- Aus dem restlichen Material, den Gasen und Elementen der Scheibe können sich Planeten bilden.
- Diese umkreisen in der Folge den Zentralstern. Durch Kräfte der Anziehung und Abstoßung gelangen Planeten auf bestimmte Umlaufbahnen um die Sonne herum.
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