Lexikon

Asteroiden, Kleinplaneten oder Planetoiden sind Himmelskörper, welche sich um die Sonne bewegen und grösser als Meteorite (bis Meter) aber kleiner als Zwergplaneten (tausend Kilometer) sind. Da Asteroiden im Gegensatz zu den Zwergplaneten über eine zu kleine Masse verfügen, um eine runde Form anzunehmen, haben sie eine unregelmässige Gestalt.

Zwischen den Planetenbahnen von Mars und Jupiter befinden sich auffällig viele Asteroiden. Der Zwergplanet Ceres und ein Großteil der bisher bekannten Asteroiden des Sonnensystems befinden sich in diesem Bereich. Bis heute wurden mehr als 650.000 solcher Objekte erfasst.

Mit den Bahnparametern kann die Bahn und die Bewegung eines Planeten exakt beschrieben werden. Die wichtigsten Parameter sind die numerische Exzentrizität, die grosse Halbachse und die Geschwindigkeit. Die Exzentrizität und die Halbachse beschreiben die Form der Ellipse, auf der sich ein Planet bewegt. Auf ihren elliptischen Bahnen¹⁾ bewegen sich die Planeten in Sonnennähe (Perihel) jedoch schneller als in Sonnenferne (Aphel). Johannes Kepler fasst das in dem nach ihm benannten 2. Keplerschen Gesetz zusammen: Eine von der Sonne zum Planeten gezogene gerade Verbindungslinie überstreicht in gleichen Zeiten gleich grosse Flächen
1) Würden die Planeten sich auf Kreisbahnen bewegen, hätten sie stets dieselbe Bahngeschwindigkeit.

Der italienisch-französische Astronom Giovanni Domenico Cassini (1625 – 1712) entdeckte 1675 am Observatorium in Paris die nach ihm benannte Lücke in den Saturnringen. Cassini ist auch Namensgeber für eine Weltraumsonde, welche nach ihrem am 15. Oktober 1997 erfolgten Start auf der Erde an der Venus, an der Erde und am Jupiter vorbeiflog und dabei Schwung holte, um am 1. Juli 2004 den Planeten Saturn zu erreichen. Cassini verglühte am 15. September 2017 beim Eintritt in die Saturnatmosphäre, nachdem sie während über 13 Jahren mehr als 450’000 Bilder zur Erde sandte.

Doppelstern stehen am Himmel so nahe beisammen, dass sie von der Erde aus gesehen ihres geringen Winkelabstandes wegen als einziger Stern erscheinen. Erst im Fernrohr wird erkennbar, dass es sich um zwei oder gar mehr Sterne handelt, welche um ein gemeinsames Massenzentrum kreisen. Doppelsterne weisen meist unterschiedliche Helligkeiten und Farben auf.

Die Umlaufbahnebene der Erde wird Ekliptik genannt. Die weiteren Planeten unseres Sonnensystem laufen ebenfalls ungefähr in dieser Ebene um die Sonne. Die Bahnen sind dabei nahezu Kreisbahnen, mit mehr oder weniger Abweichung hin zu einer Ellipse.

Die Objekte des Sonnensystems beschreiben Ellipsen bei ihrem Lauf um die Sonne. Die Sonne (genauer das gemeinsame Massenzentrum von Sonne und Objekt) liegt in einem der beiden Brennpunkte der Ellipse. Johannes Kepler hat dieses nach ihm benannte 1. Keplersche Gesetz auf Grund der Beobachtungsdaten von Tycho de Brahe entdeckt und formuliert.

Die Planeten entstanden zusammen mit der Sonne vor ungefähr 4.6 Milliarden Jahren aus einer rotierenden Akkretionsscheibe. Der grösste Teil der Masse sammelte sich in der Sonne, in deren Innerem Fusionsprozesse vor sich gehen. In geringem Abstand zur Sonne entstanden die Gesteinsplaneten, welche relativ schwere Elemente und Verbindungen in sich vereinigten und eine gesteinsartige Oberfläche haben. In grösserem Abstand zur Sonne bildeten sich die Gasplaneten, diese konnten auch leichte Elemente und Moleküle festhalten.

Exoplaneten (oder extrasolare Planeten) sind Himmelskörper, welche nicht um die Sonne, sondern um einen anderen Stern kreisen ansonsten aber die gleichen Eigenschaften wie unsere Planeten aufweisen. Michel Mayor und sein Mitarbeiter Didier Queloz entdeckten 1995 am Departement für Astronomie der Universität Genf mit Hilfe der Radialgeschwindigkeitsmethode mit 51 Pegasi b den ersten Exoplaneten. Beide erhielten 2019 den Nobelpreis in Physik für ihre Arbeit.
Bis heute hat die Suche nach Exoplaneten eine Anzahl von über 3000 Planetensystemen ähnlich unserem Sonnensystem ergeben.

Die Gasplaneten (Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun) haben grosse Bahnradien und vermögen dank ihrer Masse eine viel grössere Atmosphäre um sich zu halten, was sie insgesamt leicht macht (geringere Dichte). Auch die Gasplaneten haben einen festen Gesteinskern.

Die Gesteinsplaneten (Merkur, Venus, Erde und Mars) sind sonnennah und mit Ausnahme von Merkur alle etwa gleich gross. Ihre Atmosphäre beschränkt sich auf wenige hundert Kilometer, was ihnen eine relativ grosse Dichte verleiht.

Alle massebehafteten Himmelskörper (Sonne, Planeten, Asteroiden usw.) unterliegen der Gravitation d. h. sie ziehen sich gegenseitig an. Ohne ihre Eigenbewegung würden sie über kurz oder lang miteinander kollidieren und das Universum würde implodieren. Da aber alle Himmelskörper eine Geschwindigkeit haben, wirkt die Trägheit ihrer Masse dieser Implosion entgegen. Bei den Planeten eines Sonnensystems sind die Bahngeschwindigkeit, die Trägheit und die Gravitation der Sonne wunderbarerweise genauso so gross, dass sich eine stabile Umlaufbahn ergibt.

Mit Halbachsen können die von den Planeten durchlaufenen elliptischen Bahnen charakterisiert werden. Die grosse Halbachse entspricht dem halben grösstmöglichen Durchmesser, die kleine Halbachse dem halben kleinstmöglichen Durchmesser der Ellipse. Die beiden Achsen bzw. Halbachsen stehen im Mittelpunkt der Ellipse senkrecht aufeinander.

Dem Erdäquator entspricht am Sternenhimmel der Himmelsäquator, der den Sternenhimmel in eine nördliche und in eine südliche Hälfte teilt. Zweimal im Jahr (bei der Tag- und Nachtgleiche bzw. Äquinoktien) überquert die Sonne den Himmelsäquator: beim Frühlingsbeginn von Süden nach Norden und beim Herbstbeginn von Norden nach Süden.

Die Inklination gibt den Winkel zwischen der jeweiligen Planetenbahn und der Ekliptik (Erdbahnebene) an. Dieser ist bei den meisten Planeten mit Ausnahme von Merkur recht klein und damit unbedeutend. Die früheren Beobachter gaben die Position der Planeten in den von ihnen verwendeten Tabellen, Berechnungen und Karten meist nur in ekliptikaler Länge an, denn die Planeten bewegen sich praktisch nie ausserhalb den von der Sonne vorgegebenen Bahnen.

Zu den Kleinkörpern im Sonnensystem zählen alle Objekte, die weder Planeten noch Zwergplaneten sind. Dazu gehören Asteroiden und Kometen. Nach neuesten Erkenntnissen sind die Kometen älter als das Planetensystem.

Bei einer Konjunktion nehmen zwei Planeten von der Erde aus betrachtet dieselbe Position am Sternenhimmel ein. In die Geschichte eingegangen ist die dreifache Konjunktion von Jupiter und Saturn im Jahre 6 v. Chr., welche als glaubwürdige Erklärung für den im Matthäus Evangelium erwähnten Stern von Bethlehem herhalten muss.

Meteorite sind relativ kleiner Festkörper kosmischen Ursprungs, welche die Erdatmosphäre durchquert und den Erdboden erreicht haben. Sie bestehen überwiegend aus Silikatmineralen oder aus einer Eisen-Nickel-Legierung. Ein grosser Teil davon verglüht beim Eintritt in die Erdatmosphäre.

Monde oder Trabanten sind natürlich entstandene Himmelskörper, welche einen Planeten umkreisen. Die Erde verfügt über einen Mond, der auf Grund seiner Anziehungskräfte Ebbe und Flug verursacht. Galileo Galilei gilt als Entdecker der Jupitermonde Io, Europa, Ganymed und Kallisto. Mars hat zwei Monde, Phobos und Deimos, Jupiter insgesamt 79, Saturn 62, Uranus 27 und Neptun 14.

Nicht nur die Erdachse ist gegenüber der Ebene der Umlaufbahn um die Sonne geneigt. Auch die Planetenachsen weisen eine solche Neigungen auf, die sehr charakteristisch für die jeweiligen Planeten ist.

SDie numerische Exzentrizität (Verhältnis von Brennweite und grosser Halbachse) gibt an, wie stark die von den Planeten beschriebenen elliptischen Bahnen von der Kreisbahn abweichen. Werte nahe 0 zeichnen kreisähnliche Bahnen aus, während die Ellipse umso langgestreckter erscheint, je näher die Exzentrizität bei 1 liegt. Venus und Neptun (0.007 bzw. 0.008) folgen annähernd eine Kreisbahn. Die Bahn von Merkur und Erde weisen eine relativ kleine Exzentrizität (~0,02) auf. Alle anderen Planetenbahnen besitzen eine Exzentrizität von 0,05 bis 0,09. Kometenbahnen haben Werte von 0,2 bis knapp 1 (Komet Halley). Alle Werte über 1 zeichnen Bahnen aus, die nicht geschlossen sind und nur einmal am Nachthimmel auftauchen.
Die Exzentrizität, eine dimensionslose Zahl, kann folgende Werte annehmen:
– 0 für exakt kreisförmige Bahnen.
– zwischen 0 und 1 für elliptischeBahnen
– 1 für exakt parabolische, nicht geschlossene Bahnen.
– größer 1 für hyperbolische, nicht geschlossene Bahnen (je grösser der Wert, desto offener die Hyperbel).

In Opposition steht ein oberer (von der Sonne weiter als die Erde entfernter) Planet, wenn er sich von der Erde aus gesehen genau entgegengesetzter Richtung zur Sonne befindet. In Opposition ist ein oberer Planet die ganze Nacht sichtbar und sein Abstand zur Erde am geringsten.

Perihel bezeichnet den sonnennächsten Punkt eines Planeten auf seiner Bahn. Albert Einstein gelang es auf Grund der von ihm entwickelten allgemeinen Relativitätstheorie die beobachtete Periheldrehung des sonnennahen Planeten Merkur befriedigend zu erklären. Aphel bezeichnet den sonnenfernsten Punkt eines Planeten auf seiner Bahn.

Die Rotationsachse der Erde wandert im Laufe von 25‘750 Jahren langsam um den sogenannten Ekliptikpol, welcher sich im Sternbild der Drachen befindet. 2800 v. Chr. nahm der Stern Thuban die Rolle des Polarsterns ein. Damit übereinstimmend verschob sich der Frühlingspunkt als Schnittpunkt von Ekliptik mit dem Himmelsäquator vom Sternbild des Widders in der Antike in dasjenige der Fische.

Gemäss Beschluss der Internationalen Astronomischen Union vom 24. August 2006 ist ein Planet ein Himmelskörper,
– der sich auf einer Umlaufbahn um die Sonne bewegt,
– dessen Masse gross genug ist, dass er sich im hydrostatischen Gleichgewicht befindet und damit eine näherungsweise kugelähnliche Gestalt besitzt, und
– das dominierende Objekt seiner Umlaufbahn ist, das heisst, dass er diese mit der Zeit durch sein Gravitationsfeld von weiteren Objekten „geräumt“ hat. (Pluto wurde am 18. Februar 1930 von Clyde Tombaugh am Lowell-Observatorium in Flagstaff, Arizona, entdeckt. Durch diesen dritten Beschluss der Internationalen Astronomischen Union vom 24. August 2016, verlor Pluto seinen Status als Planet.)
Die Planeten unseres Sonnesystems sind somit Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun.

Die meisten Planeten bewegen sich rechtläufig d. h. von der Erde aus gesehen sind sie jede Nacht gegenüber dem Fixsternhimmel eine wenig von West nach Ost gedriftet. (Vom Himmelsnordpol aus gesehen drehen sich rechtläufige Objekte im Gegenuhrzeigersinn durch den Sternenhimmel.)
Von Zeit zu Zeit bewegen sich aber gewisse Planeten jede Nacht nach einem Stillstand ein wenig nach Westen, sind also für wenige Monate rückläufig! Dieses Phänomen lässt sich damit erklären, dass die Erde auf ihrer schnelleren inneren Bahn die langsameren oberen Planeten überholt, wenn diese in Opposition stehen. Nach einem zweiten Stillstand nehmen die Planeten wieder ihre gewohnte rechtläufige Bewegung auf
.
Die Animation zeigt die rückläufige Bewegung des Mars im Sommer 2003. (Autor: Eugene Alvin Villar (via Wikipedia))

Short Descriptionp>Im Laufe von 24 Stunden dreht sich die Erde einmal um ihre Achse, was Tag und Nacht erklären lässt. Da die Erdachse nicht senkrecht auf der Umlaufbahn um die Sonne steht, sind die Tage je weiter man sich vom Äquator wegbewegt, sommers und winters ungleich lang. An den Polen dauern der Polartag und die Polarnacht je ein halbes Jahr.Die meisten Planeten bewegen sich rechtläufig d. h. von der Erde aus gesehen von West nach Ost bzw. vom Himmelspol aus gesehen im Gegenuhrzeigersinn durch den Sternenhimmel.
Auch die Planeten inkl. Sonne und Mond vollführen eine Drehbewegung um ihre eigene Achse. Ähnlich schnell wie die Erde dreht sich dabei der Mars, bedeutend langsamer sind Merkur mit 58.65 und Venus mit 243 Erdentagen, schneller dafür alle anderen Planeten mit weniger als einem Erdentag für eine Drehung um die eigene Achse.

Direkt mit der Masse und Grösse eines Planeten hängt die Schwerebeschleunigung (Gravitationsbeschleunigung) an seiner Oberfläche zusammen. Merkur weist diesbezüglich mit 3.70 m/s² die kleinsten, Jupiter mit 23m/s² die grössten Werte auf. Zum Vergleich dazu die für Europa geltende Standardbeschleunigung: 9.81m/s².

Unter siderischer Umlaufzeit versteht man die Zeit, welche ein Planet benötigt, um bei einem vollen Umlauf um die Sonne von der Erde aus gesehen wieder vor demselben Sternenhintergrund zu erscheinen. Unter synodischer Umlaufzeit versteht man die Zeit, welche vergeht, bis ein Planet wieder dieselbe Stellung im Vergleich zu einem andern Planeten erreicht, konkret beispielsweise die Zeit von einer Konjunktion bzw. Opposition zur nächsten.
Die Planeten Merkur, Venus und Mars bewegen sich auf Bahnen mit weniger als 1.59 AE Distanz um die Sonne, bei ihnen ist die synodische Umlaufzeit deshalb grösser als die siderische. Die Planeten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun bewegen sich auf Bahnen mit mehr als 1.59 AE Distanz um die Sonne, bei ihnen ist die synodische Umlaufzeit kleiner als die siderische.

Der Däne Tycho de Brahe (1546 – 1601), Kaiserlicher Hofastronom in Prag, besasss für die damalige Zeit die genauesten astronomischen Beobachtungsdaten, obwohl er noch über kein Fernrohr verfügte. Tycho de Brahe hatte ein eigenes Weltbild entworfen, bei dem die Erde umkreist von Mond und Sonne im Mittelpunkt stand, die übrigen Planeten sich aber um die Sonne bewegten.

Nicht alle Planeten sind gleich schnell unterwegs. Die (siderische) Umlaufzeit hängt mit der Entfernung des Planeten von der Sonne ab. Johannes Kepler fasste das in dem nach ihm benannten 3. Keplerschen Gesetz zusammen: Die Quadrate der (siderischen) Umlaufzeiten zweier Planeten verhalten sich wie die dritten Potenzen der grossen Halbachse der Ellipsenbahn.

Aufgabe der beiden im Rahmen des Voyager Programms der NASA, der US-amerikanischen Behörde für Weltraum und Raumfahrt, von der Erde aus im September bzw. August 1977 gestarteten Sonden Voyager 1 und 2 ist nebst der Erforschung der sonnenfernen Gasplaneten und ihren Monden die Erkundung des noch weiter entfernten extraplanetaren bzw. interstellaren Weltraums.
Voyager 1 erreichte im März 1979 Jupiter und im November 1980 Saturn. Voyager 2 passierte, obwohl früher gestartet, im Juli 1979 Jupiter, im August 1981 Saturn, im Januar 1986 Uranus und im August 1989 Neptun.
Die Batterien von Voyager 1 und 2 dürften um das Jahr 2025 erschöpft sein, sodass ab diesem Zeitpunkt keine Signale mehr von ihnen die Erde erreichen. Beide Sonden werden sich aber weiter in den Weltraum hinausbewegen.

Offiziell gibt es fünf Zwergplaneten (Ceres, Pluto, Haumea, Makemake und Eris). Die Liste ist aber nicht abgeschlossen. Mindestens 18 Objekte haben Anspruch auf den Zwergplanetenstatus.