DAS PLANETENSYSTEM
Entstehung des Planetensystemes:
Rein theoretisch können Planeten oder ähnliche Himmelskörper aus Gas und Staub in der Nähe von Sternen entstehen. Man nimmt an, dass sich Planetensysteme aus Materiewolken gebildet haben. Dabei kollabierten die Wolken unter dem Einfluss ihrer eigenen Gravitationskraft, dass heißt, sie fielen in sich zusammen. Die Sterne der "ersten Stunde" entstanden wahrscheinlich aus dem ursprünglich vorhandenen Wasserstoff und aus Helium; es gab noch keine Planeten, denn dazu fehlten die schweren Elemente. Planeten bildeten sich erst im Laufe der Zeit durch Kernfusionen anderer im Inneren der ersten Sterne. Deshalb kann man sagen, dass alle Planetensysteme Gebilde der zweiten Generation sind. Eine weitere Möglichkeit für die Entstehung von Planeten liefert jene Materie, die durch Sternenexplosionen (sog. Supernova) in den Raum hinausgeschleudert wurde.
Planetensysteme bilden sich nicht einzeln. Die interstellaren Wolken sind so riesig, dass durch den Sternenkollaps sehr viele Bruchstücke entstehen, aus denen einige hundert Sonnen hervorgehen können. Derartige Materiewolken sind sozusagen die Brutstätten für Sterne. In jeder Wolke liegt der Ursprung vieler Sterne, die dann so genannte offene Sternhaufen bilden. Ein solcher Sternhaufen verteilt sich im Raum, wobei einzelne Sterne ihren Bahnen in der jeweiligen Galaxie folgen. Zusammenballende Materiewolken drehen sich um ihre eigene Achse. Mit fortschreitender Kontraktion nimmt auch die Rotationsgeschwindigkeit immer stärker zu. Verschiedene Bruchstücke der Wolke nehmen einen entgegengesetzten Drehsinn an, wodurch der gesamte Drehimpuls der Wolke geteilt wird. Zusätzlich bildet sich um jeden neuen Stern ein Magnetfeld, mit dem Materie aus der weiteren Umgebung eingefangen wird. Diese magnetischen Einflüsse erweitern die räumliche Wirkung des Drehimpulses. Wenn der Kern des jeweiligen Wolkenbruchstückes kollabiert und einen Stern bildet, kann aber ein Teil der Materie durch den verbleibenden Drehimpuls vom Zentrum der Wolke fern gehalten werden. In diesem Fall entsteht eine flache Wolke aus Staub, die den neuen Stern umgibt.
Infolge der Wärmestrahlung eines jungen Sternes diffundieren die leichteren Gasanteile der Wolke (hauptsächlich Wasserstoff und Helium) weg. Die zurückbleibende Materie besteht aus Milliarden kleiner Staubkörnchen, die zusammenstoßen und aneinander haften bleiben. Bei diesem Vorgang entstehen größere Brocken. Während der Strahlungsperiode des Sternes wird in seinem Inneren (durch Kernfusion) Wasserstoff zu Helium umgesetzt. In dieser Zeit können die Materiebrocken einige Millimeter groß werden und sich in einer dünneren scheibenförmigen Wolke um den Stern sammeln. Diesen Prozess nennt man Akkretion (Zusammenballung). Er führt schließlich zu Brocken mit einem Durchmesser von rund einem Kilometer. Die entstandenen Gebilde ähneln dann den Asteroiden oder Planetoiden, die heute in großer Zahl zwischen Mars und Jupiter die Sonne umrunden. Wenn die Brocken die genannte Größe erreicht haben, beginnen sie einander aufgrund der Gravitation stärker anzuziehen und bilden dann Schwärme, die den Stern umrunden. Dabei prallen sie von Zeit zu Zeit zusammen. Aufgrund der Gravitation kommen die Brocken einander im Durchschnitt immer näher. Die größten von ihnen (die ja die höchste Schwerkraft haben) ziehen das meiste Material an und können schließlich zu Planeten und Monden werden. Im Sonnensystem gibt es vier sonnennahe Gesteins- bzw. erdähnliche Planeten: Merkur, Venus, Erde und Mars. Sie entstanden wahrscheinlich auf die eben beschriebene Weise. Weiter außen folgt der Planetoiden- oder Asteroidengürtel; er besteht aus Material, das in mancher Hinsicht repräsentativ für die Zusammensetzung der inneren Planeten ist. Die Asteroiden konnten sich nicht zu größeren Körpern (etwa Planeten) zusammenballen, da sie ständig durch die Gravitationskräfte des größten Planeten, Jupiter, beeinflusst werden. Jenseits des Asteroidengürtels umrunden vier riesige Gasplaneten die Sonne: Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Sie sind wahrscheinlich typisch für Planeten, die sich in großer Entfernung vom zentralen Ursprungsstern gebildet haben. In solchen Planeten sammelte sich die ursprünglich flüchtigere Materie. Daher bestehen sie vor allen aus Gas, auch wenn sie teilweise einen kleinen Gesteinskern aufweisen können.
Die Entwicklung von Asteroiden und Kometen:
Aus der ursprünglichen flachen Materiewolke um die Sonne herum gingen die Planeten hervor. In dem Gebiet, in dem sich heute der Asteroidengürtel befindet, enthielt die Wolke anfangs vermutlich genug Masse, um einen Planeten hervorzubringen, der viermal so schwer wie die Erde gewesen wäre. Die Materiebrocken in diesem Gebiet umrundeten die Sonne in fast kreisförmigen Umlaufbahnen, ähnlich wie die Materie weiter innen, aus der sich die vier inneren Planeten bildeten. Die Brocken flogen meist ,,ordentlich" hintereinander, so dass sie selten und dann nur relativ sanft miteinander zusammenstießen. Daher konnten sie leicht aneinander haften bleiben, wenn sie sich getroffen hatten. Aber als nicht allzuweit entfernt durch Zusammenballung von Gasmassen der Planet Jupiter entstanden war, störte wohl sein Gravitationseinfluss die Bahnen dieser Objekte im heutigen Asteroidengürtel. Als die elliptischen Bahnen der hier befindlichen Himmelskörper immer langgestreckter wurden, wurden Begegnungen häufiger, denn die Bahnen unterschieden sich nun stärker. Daher stießen hier die bisher zusammengeballten Materiebrocken jetzt mit höheren Geschwindigkeiten zusammen. Somit blieben sie nicht mehr aneinander haften, um größere Körper (vielleicht sogar einen Planeten) zu bilden, sondern sie zerbrachen bei den Stößen. Vermutlich gab es acht Super-Asteroiden von der Größe des Mars, die im Laufe der Zeit wieder zerbrachen und heute zum Asteroidengürtel gehören. Sogar Mars selbst ist möglicherweise ein Überbleibsel aus dieser Epoche der Entwicklung des Sonnensystems. Im inneren Teil des Sonnensystems, etwa bis hinaus zu den Asteroiden, war es anfangs heiß genug, dass das flüchtige Material verdampfen und nach außen diffundieren konnte. Aus dem zurückgebliebenen Material formten sich die Gesteinsplaneten und die Asteroiden selbst. Jenseits der Jupiterbahn war es so kalt, dass auch die flüchtigeren Substanzen fest wurden und es blieben: Wasser sowie (neben anderen) die Verbindungen Methan und Ammoniak.
Geschichtliche Hintergründe:
Die Frage, ob die Erde flach oder rund sei, beschäftigte die Menschen vor nicht allzu langer Zeit. Zuerst vertrat man die Auffassungen des geozentrischen Weltbildes, in dem die Erde der Mittelpunkt des Alls sei. Dieses Weltbild wurde von den antiken Philosophen begründet und hielt sich bis weit ins 17. Jahrhundert. Nikolaus Kopernikus (1473 - 1543) griff die Idee des griechischen Philosophen Aristach wieder auf, der behauptete, dass die Sonne der Mittelpunkt sei. Aristach kam darauf, weil die Sonne sehr viel größer als die Erde sei. Vor allem von der Kirche wurden die kopernikanische Ideen sehr stark bekämpft. Noch Galileo Galilei (1564 - 1642) musste seine Aussage, dass sich die Erde mit den Planeten um die Sonne bewegte, öffentlich widerrufen. Johannes Kepler (1571 - 1630) schuf mit seinen Arbeiten die bedeutendste Grundlage zur Durchsetzung der nach ihm benannten Bewegungsgesetze der Gestirne. Heute ist allgemein bekannt, dass auch unsere Sonne nicht das Zentrum des Alls ist, denn allein die Annahme, dass ein solcher Punkt existiert, ist physikalisch unhaltbar. Weiters machten sich die Menschen darüber Gedanken, wie alt und wie der Kosmos entstanden ist. Dazu nahm 1755 Immanuel Kant und Pierre Simon Laplace Stellung; da sich manche Sonnensysteme wie ein nebelartiges Gebilde (Spiralnebel) im All zeigen, stellten sie die Nebularhypothese auf. Demnach hätten die kosmischen Urnebel durch Verdichtung der Materie die Sonnen und Planeten gebildet. Die Katastrophentheorie von James H. Jeans (1900) geht davon aus, dass einst ein riesiger Komet an der Sonne vorbeizog und durch seine Anziehungskraft Materie herausgerissen wurde, die sich verdichtete und nach ihrer Abkühlung zu den Planeten wurde. Die Turbulenztheorie von Carl von Weizsäcker (1944) stellt die modernste gängige Vorstellung dar. Durch Rotation einer fein verteilten Urmaterie bildeten sich an gegenläufigen Stellen aus der "Ursonne" die bedeutend schwereren und dichteren Planeten.
Die Altersbestimmung der ältesten Erd- und Mondgesteine ergab Werte von 4 Milliarden Jahren. Das Alter der Sonnensysteme wird mit 8 Milliarden Jahren angegeben. Auf Grund der Tatsache, dass sich das gesamte uns bekannte Universum ständig ausbreitet, kann man auf dessen Alter schließen. Der Urknall und somit der Beginn dieser Ausdehnung könnte vor etwa 15 Milliarden Jahren stattgefunden haben.
Häufig gestellte Fragen
Wie entstehen Planetensysteme?
Planetensysteme entstehen aus Materiewolken, die unter dem Einfluss ihrer eigenen Gravitationskraft kollabieren. Diese Wolken drehen sich um ihre eigene Achse und fragmentieren sich, wobei aus den Bruchstücken Sterne und Planeten entstehen.
Was sind die "Sterne der ersten Stunde"?
Die "Sterne der ersten Stunde" entstanden aus Wasserstoff und Helium, bevor es schwere Elemente gab, aus denen Planeten entstehen können. Planeten bildeten sich erst später durch Kernfusionen in diesen Sternen.
Was ist die Rolle von Supernova bei der Planetenentstehung?
Materie, die durch Sternenexplosionen (Supernovae) in den Raum geschleudert wird, kann ebenfalls zur Entstehung von Planeten beitragen.
Wie bilden sich offene Sternhaufen?
Interstellare Wolken sind so groß, dass durch den Sternenkollaps viele Bruchstücke entstehen, aus denen Hunderte von Sonnen hervorgehen können. Diese Wolken sind Brutstätten für Sterne, die dann offene Sternhaufen bilden.
Wie entsteht eine flache Staubwolke um einen jungen Stern?
Wenn der Kern eines Wolkenbruchstückes kollabiert und einen Stern bildet, kann ein Teil der Materie durch den verbleibenden Drehimpuls vom Zentrum der Wolke ferngehalten werden, wodurch eine flache Staubwolke entsteht, die den Stern umgibt.
Was geschieht mit den leichteren Gasen in der Wolke um einen jungen Stern?
Infolge der Wärmestrahlung eines jungen Sternes diffundieren die leichteren Gasanteile (hauptsächlich Wasserstoff und Helium) weg.
Was ist Akkretion?
Akkretion ist der Prozess, bei dem Staubkörnchen zusammenstoßen und aneinander haften bleiben, wodurch größere Brocken entstehen, die sich schließlich zu Asteroiden oder Planetoiden entwickeln.
Wie entstanden die Gesteinsplaneten und die Gasplaneten im Sonnensystem?
Die sonnennahen Gesteinsplaneten (Merkur, Venus, Erde, Mars) entstanden durch die Zusammenballung von Gesteinsbrocken. Die Gasplaneten (Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun) entstanden weiter außen, wo sich flüchtigere Materie ansammeln konnte.
Warum gibt es einen Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter?
Die Asteroiden im Asteroidengürtel konnten sich nicht zu einem Planeten zusammenballen, da sie ständig durch die Gravitationskräfte des Jupiters beeinflusst wurden.
Wie haben sich Asteroiden und Kometen entwickelt?
Der Gravitationseinfluss des Jupiters störte die Umlaufbahnen der Objekte im heutigen Asteroidengürtel, was zu häufigeren und heftigeren Zusammenstößen führte. Dies verhinderte die Bildung eines Planeten und führte stattdessen zum Asteroidengürtel. Jenseits der Jupiterbahn waren die Bedingungen kalt genug, dass auch flüchtigere Substanzen fest wurden und Kometen bildeten.
Welche historischen Weltbilder gab es?
Früher vertrat man das geozentrische Weltbild, in dem die Erde der Mittelpunkt des Alls war. Nikolaus Kopernikus stellte das heliozentrische Weltbild auf, in dem die Sonne der Mittelpunkt ist.
Was ist die Nebularhypothese?
Die Nebularhypothese besagt, dass Sonnensysteme durch Verdichtung der Materie aus kosmischen Urnebeln entstanden sind.
Was ist die Turbulenztheorie?
Die Turbulenztheorie besagt, dass durch Rotation einer fein verteilten Urmaterie an gegenläufigen Stellen aus der "Ursonne" die schwereren und dichteren Planeten entstanden sind.
Wie alt sind die ältesten Erd- und Mondgesteine und das Sonnensystem?
Die ältesten Erd- und Mondgesteine sind etwa 4 Milliarden Jahre alt. Das Sonnensystem wird auf etwa 8 Milliarden Jahre geschätzt. Der Urknall, der Beginn der Ausdehnung des Universums, könnte vor etwa 15 Milliarden Jahren stattgefunden haben.
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- Harald Messner (Author), 1999, Das Planetensystem, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/97338
