Sonnensystem
 Die Sonne, Planeten und Zwergplaneten (Entfernungen nicht maßstabsgetreu) | |
| Alter | 4,568 Milliarden Jahre |
|---|---|
| Standort | Lokale interstellare Wolke, Lokale Blase, Orion-Cygnus-Arm, Milchstraße |
| Masse des Systems | 1,0014 Sonnenmassen |
| Nächstgelegener Stern |
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| Nächstgelegenes bekanntes Planetensystem | Proxima Centauri-System (4,2441 ly) |
| Planetensystem | |
| Semimajorachse des äußeren bekannten Planeten (Neptun) | 30,11 AE (4,5 Mrd. km; 2,8 Mrd. mi) |
| Entfernung zum Kuiper-Kliff | ~50 AE |
Bevölkerungen | |
| Sterne | 1 (Sonne) |
| Bekannte Planeten |
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| Bekannte Zwergplaneten |
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| Bekannte natürliche Satelliten |
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| Bekannte Kleinplaneten | 1,199,224 |
| Bekannte Kometen | 4,402 |
| Identifizierte runde Satelliten | 19 |
| Umlaufbahn um das galaktische Zentrum | |
| Unveränderliche Neigung zur galaktischen Ebene | 60,19° (Ekliptik) |
| Entfernung zum Galaktischen Zentrum | 27.000 ± 1.000 ly |
| Orbitalgeschwindigkeit | 220 km/s; 136 mi/s |
| Periode der Erdumlaufbahn | 225-250 myr |
| Sternbezogene Eigenschaften | |
| Spektraltyp | G2V |
| Frost-Linie | ≈5 AE |
| Entfernung zur Heliopause | ≈120 AE |
| Radius der Hügelkugel | ≈1-3 ly |
Das Sonnensystem ist das durch die Schwerkraft gebundene System aus der Sonne und den Objekten, die sie umkreisen. Es entstand vor 4,6 Milliarden Jahren durch den gravitativen Kollaps einer riesigen interstellaren Molekülwolke. Die überwiegende Mehrheit (99,86 %) der Masse des Systems befindet sich in der Sonne, während der größte Teil der restlichen Masse im Planeten Jupiter enthalten ist. Die vier Planeten des inneren Systems - Quecksilber, Venus, Erde und Mars - sind terrestrische Planeten, die hauptsächlich aus Gestein und Metall bestehen. Die vier Riesenplaneten des äußeren Systems sind wesentlich größer und massereicher als die irdischen Planeten. Die beiden größten, Jupiter und Saturn, sind Gasriesen, die hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium bestehen; die nächsten beiden, Uranus und Neptun, sind Eisriesen, die hauptsächlich aus flüchtigen Substanzen bestehen, die im Vergleich zu Wasserstoff und Helium einen relativ hohen Schmelzpunkt haben, wie Wasser, Ammoniak und Methan. Alle acht Planeten haben nahezu kreisförmige Umlaufbahnen, die in der Nähe der Ebene der Erdumlaufbahn, der Ekliptik, liegen. ⓘ
Es gibt noch eine unbekannte Anzahl kleinerer Zwergplaneten und unzählige kleine Körper des Sonnensystems, die die Sonne umkreisen. Sechs der großen Planeten, die sechs größten möglichen Zwergplaneten und viele der kleineren Körper werden von natürlichen Satelliten umkreist, die nach dem Mond gemeinhin "Monde" genannt werden. Zwei natürliche Satelliten, der Jupitermond Ganymed und der Saturnmond Titan, sind größer, aber nicht massereicher als Merkur, der kleinste terrestrische Planet, und der Jupitermond Callisto ist fast genauso groß. Jeder der Riesenplaneten und einige kleinere Körper sind von Planetenringen aus Eis, Staub und Mondsplittern umgeben. Der Asteroidengürtel, der zwischen den Bahnen von Mars und Jupiter liegt, enthält Objekte aus Gestein, Metall und Eis. Jenseits der Neptunbahn liegen der Kuipergürtel und die Streuscheibe, die aus Objekten bestehen, die hauptsächlich aus Eis und Gestein bestehen. ⓘ
In den äußeren Bereichen des Sonnensystems befindet sich eine Klasse von Kleinplaneten, die als losgelöste Objekte bezeichnet werden. Es gibt eine beträchtliche Debatte darüber, wie viele solcher Objekte es geben wird. Einige dieser Objekte sind so groß, dass sie sich unter ihrer eigenen Schwerkraft gerundet haben und daher als Zwergplaneten eingestuft werden können. Die Astronomen akzeptieren im Allgemeinen etwa neun Objekte als Zwergplaneten: den Asteroiden Ceres, die Kuipergürtelobjekte Pluto, Orcus, Haumea, Quaoar und Makemake, die Streuscheibenobjekte Gonggong und Eris sowie Sedna. Verschiedene Kleinkörper, darunter Kometen, Zentauren und interplanetare Staubwolken, bewegen sich frei zwischen den Regionen des Sonnensystems. ⓘ
Der Sonnenwind, ein Strom geladener Teilchen, der von der Sonne nach außen strömt, bildet im interstellaren Medium eine blasenartige Region, die Heliosphäre. Die Heliopause ist der Punkt, an dem der Druck des Sonnenwindes gleich dem Gegendruck des interstellaren Mediums ist; sie erstreckt sich bis zum Rand der Streuscheibe. Die Oortsche Wolke, von der man annimmt, dass sie die Quelle für langperiodische Kometen ist, könnte ebenfalls in einer Entfernung existieren, die etwa tausendmal weiter entfernt ist als die Heliosphäre. Das Sonnensystem befindet sich 26.000 Lichtjahre vom Zentrum der Milchstraße entfernt im Arm des Orion, in dem sich die meisten der am Nachthimmel sichtbaren Sterne befinden. Die nächstgelegenen Sterne befinden sich in der so genannten Lokalen Blase, wobei der nächstgelegene, Proxima Centauri, nur 4,2441 Lichtjahre entfernt ist. ⓘ
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|---|---|---|
| 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 | ||
| Oortsche Wolke | ||
Die Internationale Astronomische Union definiert den Pluto seit 2006 als Zwergplanet und nicht mehr als den äußersten Planeten des Sonnensystems. ⓘ
Struktur und Zusammensetzung
Das Wort Solar bedeutet "zur Sonne gehörend", was vom lateinischen Wort sol abgeleitet ist, das Sonne bedeutet. Die Sonne ist das dominierende gravitative Element des Sonnensystems, und das Planetensystem wird in einem relativ stabilen, sich langsam entwickelnden Zustand gehalten, indem es isolierten, gravitativ gebundenen Bahnen um die Sonne folgt. ⓘ
Umlaufbahnen
Die Planeten und andere große Objekte, die die Sonne umkreisen, liegen in der Nähe der Ebene der Erdumlaufbahn, der so genannten Ekliptik. Kleinere eisige Objekte wie Kometen umkreisen die Sonne häufig in deutlich größeren Winkeln zu dieser Ebene. Die meisten Planeten des Sonnensystems haben eigene Sekundärsysteme, die von natürlichen Satelliten, den Monden, umkreist werden. Viele der größten natürlichen Satelliten befinden sich in synchroner Rotation, wobei eine Seite ständig dem Mutterplaneten zugewandt ist. Die vier Riesenplaneten haben planetarische Ringe, dünne Bänder aus winzigen Teilchen, die sie im Einklang umkreisen. ⓘ
Die Entstehung des Sonnensystems hat dazu geführt, dass die Planeten und die meisten anderen Objekte die Sonne in derselben Richtung umkreisen, in der sich die Sonne dreht. Das heißt, gegen den Uhrzeigersinn, vom Nordpol der Erde aus gesehen. Es gibt Ausnahmen, wie den Halleyschen Kometen. Die meisten größeren Monde umkreisen ihre Planeten in prograder Richtung, d. h. in Übereinstimmung mit der Planetenrotation; Neptuns Mond Triton ist der größte, der in umgekehrter, retrograder Richtung umläuft. Die meisten größeren Objekte drehen sich um ihre eigenen Achsen in prograder Richtung relativ zu ihrer Umlaufbahn, wobei die Rotation der Venus retrograd ist. ⓘ
In erster Näherung beschreiben die Keplerschen Gesetze der Planetenbewegung die Bahnen der Objekte um die Sonne. Nach diesen Gesetzen bewegt sich jedes Objekt entlang einer Ellipse mit der Sonne in einem Brennpunkt, wodurch sich der Abstand des Körpers von der Sonne im Laufe des Jahres ändert. Die kürzeste Annäherung eines Körpers an die Sonne wird als Perihel bezeichnet, während der sonnenfernste Punkt als Aphel bezeichnet wird. Die Bahnen der Planeten sind nahezu kreisförmig, aber viele Kometen, Asteroiden und Kuiper-Gürtel-Objekte folgen stark elliptischen Bahnen. Die Keplerschen Gesetze berücksichtigen nur den Einfluss der Schwerkraft der Sonne auf einen kreisenden Körper, nicht aber die Anziehungskraft verschiedener Körper aufeinander. Auf einer menschlichen Zeitskala können diese zusätzlichen Störungen durch numerische Modelle berücksichtigt werden, aber das Planetensystem kann sich über Milliarden von Jahren chaotisch verändern. ⓘ
Der Drehimpuls des Sonnensystems ist ein Maß für die Gesamtmenge an Bahn- und Rotationsimpulsen, die alle beweglichen Komponenten besitzen. Obwohl die Sonne das System nach Masse dominiert, entfallen auf sie nur etwa 2 % des Drehimpulses. Auf die Planeten, allen voran Jupiter, entfällt der größte Teil des Drehimpulses, der sich aus der Kombination ihrer Masse, ihrer Umlaufbahn und ihrer Entfernung von der Sonne ergibt, mit einem möglicherweise bedeutenden Beitrag der Kometen. ⓘ
Zusammensetzung
Die Gesamtstruktur der kartierten Regionen des Sonnensystems besteht aus der Sonne, vier kleineren inneren Planeten, die von einem Gürtel aus meist felsigen Asteroiden umgeben sind, und vier Riesenplaneten, die vom Kuipergürtel aus meist eisigen Objekten umgeben sind. Astronomen unterteilen diese Struktur manchmal informell in verschiedene Regionen. Zum inneren Sonnensystem gehören die vier terrestrischen Planeten und der Asteroidengürtel. Das äußere Sonnensystem liegt jenseits der Asteroiden und umfasst die vier Riesenplaneten. Seit der Entdeckung des Kuipergürtels werden die äußersten Teile des Sonnensystems als eine eigene Region betrachtet, die die Objekte jenseits des Neptun umfasst. ⓘ
Der Hauptbestandteil des Sonnensystems ist die Sonne, ein massearmer Stern, der 99,86 % der bekannten Masse des Systems enthält und es gravitativ dominiert. Die vier größten Himmelskörper, die die Sonne umkreisen, die Riesenplaneten, machen 99 % der verbleibenden Masse aus, wobei Jupiter und Saturn zusammen mehr als 90 % ausmachen. Die übrigen Objekte des Sonnensystems (einschließlich der vier terrestrischen Planeten, der Zwergplaneten, Monde, Asteroiden und Kometen) machen zusammen weniger als 0,002 % der Gesamtmasse des Sonnensystems aus. ⓘ
Die Sonne besteht zu etwa 98 % aus Wasserstoff und Helium, ebenso wie Jupiter und Saturn. Im Sonnensystem gibt es ein Zusammensetzungsgefälle, das durch den Hitze- und Lichtdruck der frühen Sonne entstanden ist: Die Objekte, die näher an der Sonne liegen und stärker von Hitze und Lichtdruck betroffen sind, bestehen aus Elementen mit hohem Schmelzpunkt. Objekte, die weiter von der Sonne entfernt sind, bestehen größtenteils aus Materialien mit niedrigeren Schmelzpunkten. Die Grenze im Sonnensystem, jenseits derer diese flüchtigen Stoffe zusammenwachsen könnten, wird als Frostgrenze bezeichnet und liegt etwa in der fünffachen Entfernung der Erde von der Sonne. ⓘ
Die Objekte des inneren Sonnensystems bestehen größtenteils aus felsigen Materialien wie Silikaten, Eisen oder Nickel. Jupiter und Saturn bestehen hauptsächlich aus Gasen mit extrem niedrigen Schmelzpunkten und hohem Dampfdruck, wie Wasserstoff, Helium und Neon. Eis, wie Wasser, Methan, Ammoniak, Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid, hat einen Schmelzpunkt von bis zu einigen hundert Kelvin. Sie sind als Eis, Flüssigkeit oder Gas an verschiedenen Orten im Sonnensystem zu finden. Die meisten Trabanten der Riesenplaneten sowie der größte Teil von Uranus und Neptun (die so genannten "Eisriesen") und die zahlreichen kleinen Objekte jenseits der Neptunbahn bestehen aus eisigen Substanzen. Gase und Eis werden zusammen als flüchtige Stoffe bezeichnet. ⓘ
Entfernungen und Größenverhältnisse
Die Astronomische Einheit [AU] (150.000.000 km) ist der Abstand zwischen der Erde und der Sonne, wenn die Umlaufbahn des Planeten vollkommen kreisförmig wäre. Zum Vergleich: Der Radius der Sonne beträgt 0,0047 AE (700.000 km). Damit nimmt die Sonne 0,00001 % (10-5 %) des Volumens einer Kugel mit einem Radius von der Größe der Erdbahn ein, während das Volumen der Erde etwa ein Millionstel (10-6) des Volumens der Sonne beträgt. Jupiter, der größte Planet, ist 5,2 Astronomische Einheiten (780.000.000 km) von der Sonne entfernt und hat einen Radius von 71.000 km (0,00047 AE), während der am weitesten entfernte Planet, Neptun, 30 AE (4,5×109 km) von der Sonne entfernt ist. ⓘ
Mit wenigen Ausnahmen gilt: Je weiter ein Planet oder ein Gürtel von der Sonne entfernt ist, desto größer ist der Abstand zwischen seiner Bahn und der Bahn des nächstnäheren Objekts zur Sonne. Zum Beispiel ist die Venus etwa 0,33 AE weiter von der Sonne entfernt als Merkur, während Saturn 4,3 AE von Jupiter und Neptun 10,5 AE von Uranus entfernt ist. Es wurden Versuche unternommen, eine Beziehung zwischen diesen Bahnabständen herzustellen, wie das Titius-Bode-Gesetz und das auf den platonischen Körpern basierende Modell von Johannes Kepler, aber die aktuellen Entdeckungen haben diese Hypothesen entkräftet. ⓘ
Einige Modelle des Sonnensystems versuchen, die relativen Größenverhältnisse im Sonnensystem mit menschlichen Begriffen zu beschreiben. Einige sind klein (und können mechanisch sein, so genannte Orrien), während andere sich über Städte oder regionale Gebiete erstrecken. Das größte Modell dieser Art, das schwedische Sonnensystem, verwendet den 110 Meter hohen Ericsson-Globus in Stockholm als Ersatz für die Sonne, und Jupiter ist eine 7,5 Meter große Kugel auf dem 40 km entfernten Stockholmer Arlanda-Flughafen, während das am weitesten entfernte Objekt, Sedna, eine 10 cm große Kugel in Luleå ist, das 912 km entfernt liegt. ⓘ
Wenn der Abstand zwischen Sonne und Neptun auf 100 Meter skaliert wird, hätte die Sonne einen Durchmesser von etwa 3 cm (etwa zwei Drittel des Durchmessers eines Golfballs), die Riesenplaneten wären alle kleiner als 3 mm, und der Durchmesser der Erde und der anderen terrestrischen Planeten wäre in diesem Maßstab kleiner als ein Floh (0,3 mm).
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Entstehung und Entwicklung
Das Sonnensystem entstand vor 4,568 Milliarden Jahren durch den gravitativen Kollaps einer Region innerhalb einer großen Molekülwolke. Diese ursprüngliche Wolke war wahrscheinlich mehrere Lichtjahre groß und hat wahrscheinlich mehrere Sterne hervorgebracht. Wie für Molekülwolken typisch, bestand diese Wolke hauptsächlich aus Wasserstoff, etwas Helium und kleinen Mengen schwererer Elemente, die von früheren Generationen von Sternen geschmolzen wurden. Als die Region, aus der sich das Sonnensystem entwickeln sollte, der so genannte präsolare Nebel, kollabierte, führte die Erhaltung des Drehimpulses dazu, dass er schneller rotierte. Das Zentrum, in dem sich die meiste Masse sammelte, wurde zunehmend heißer als die umgebende Scheibe. Als der sich zusammenziehende Nebel schneller rotierte, begann er sich zu einer protoplanetaren Scheibe mit einem Durchmesser von etwa 200 AE (30 Milliarden km) und einem heißen, dichten Protostern im Zentrum abzuflachen. Die Planeten bildeten sich durch Akkretion aus dieser Scheibe, in der sich Staub und Gas durch die Schwerkraft gegenseitig anzogen und zu immer größeren Körpern zusammenwuchsen. Im frühen Sonnensystem mag es Hunderte von Protoplaneten gegeben haben, die jedoch entweder verschmolzen, zerstört oder ausgestoßen wurden, so dass die Planeten, Zwergplaneten und die übrig gebliebenen Kleinkörper übrig blieben. ⓘ
Aufgrund ihrer höheren Siedepunkte konnten im warmen inneren Sonnensystem in der Nähe der Sonne nur Metalle und Silikate in fester Form existieren, aus denen sich schließlich die Gesteinsplaneten Merkur, Venus, Erde und Mars bilden sollten. Da die metallischen Elemente nur einen sehr kleinen Teil des Sonnennebels ausmachten, konnten die terrestrischen Planeten nicht sehr groß werden. Die Riesenplaneten (Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun) bildeten sich weiter draußen, jenseits der Frostgrenze, dem Punkt zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter, an dem das Material kühl genug ist, damit flüchtige eisige Verbindungen fest bleiben. Die Eismassen, aus denen sich diese Planeten bildeten, waren reichhaltiger als die Metalle und Silikate, aus denen sich die inneren Planeten der Erde bildeten, so dass sie massiv genug wurden, um große Atmosphären aus Wasserstoff und Helium, den leichtesten und häufigsten Elementen, zu bilden. Die übrig gebliebenen Trümmer, die nie zu Planeten wurden, sammelten sich in Regionen wie dem Asteroidengürtel, dem Kuipergürtel und der Oortschen Wolke. Das Nizza-Modell ist eine Erklärung für die Entstehung dieser Regionen und dafür, wie sich die äußeren Planeten in verschiedenen Positionen gebildet haben könnten und durch verschiedene Gravitationswechselwirkungen auf ihre heutigen Umlaufbahnen gelangt sind. ⓘ
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Innerhalb von 50 Millionen Jahren wurden der Druck und die Dichte des Wasserstoffs im Zentrum des Protosterns groß genug, um eine thermonukleare Fusion einzuleiten. Die Temperatur, die Reaktionsgeschwindigkeit, der Druck und die Dichte stiegen an, bis ein hydrostatisches Gleichgewicht erreicht war: Der thermische Druck glich die Schwerkraft aus. An diesem Punkt wurde die Sonne zu einem Hauptreihenstern. Die Hauptreihenphase, vom Anfang bis zum Ende, wird bei der Sonne etwa 10 Milliarden Jahre dauern, verglichen mit etwa zwei Milliarden Jahren für alle anderen Phasen des Lebens der Sonne vor dem Remnant zusammen. Der von der Sonne ausgehende Sonnenwind hat die Heliosphäre geschaffen und das restliche Gas und den Staub aus der protoplanetaren Scheibe in den interstellaren Raum geschleudert. Da sich in ihrem Kern Helium ansammelt, wird die Sonne immer heller; zu Beginn ihres Lebens in der Hauptreihe war sie 70 % heller als heute. ⓘ
Das Sonnensystem wird in etwa so bleiben, wie wir es heute kennen, bis sich der Wasserstoff im Kern der Sonne vollständig in Helium umgewandelt hat, was in etwa 5 Milliarden Jahren der Fall sein wird. Dies wird das Ende des Lebens der Sonne auf der Hauptreihe markieren. Zu diesem Zeitpunkt wird sich der Kern der Sonne zusammenziehen, wobei die Wasserstofffusion entlang einer Hülle stattfindet, die das träge Helium umgibt, und die Energieabgabe wird größer sein als heute. Die äußeren Schichten der Sonne werden sich auf etwa das 260-fache ihres heutigen Durchmessers ausdehnen, und die Sonne wird zu einem Roten Riesen. Aufgrund ihrer vergrößerten Oberfläche wird die Oberfläche der Sonne kühler sein (2.600 K (2.330 °C; 4.220 °F) an ihrer kältesten Stelle) als auf der Hauptreihe. ⓘ
Es wird erwartet, dass die expandierende Sonne Merkur verdampfen und die Erde unbewohnbar machen wird. Irgendwann wird der Kern heiß genug für die Heliumfusion sein; die Sonne wird Helium für einen Bruchteil der Zeit verbrennen, in der sie im Kern Wasserstoff verbrannt hat. Die Sonne ist nicht massereich genug, um die Fusion schwererer Elemente in Gang zu setzen, und die Kernreaktionen im Kern werden abklingen. Ihre äußeren Schichten werden in den Weltraum geschleudert, wobei ein dichter Weißer Zwerg zurückbleibt, der die Hälfte der ursprünglichen Masse der Sonne hat, aber nur so groß wie die Erde ist. Die ausgestoßenen äußeren Schichten werden einen so genannten planetarischen Nebel bilden, der einen Teil des Materials, aus dem die Sonne entstanden ist - nun aber angereichert mit schwereren Elementen wie Kohlenstoff - in das interstellare Medium zurückbringt. ⓘ
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. ⓘ
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. ⓘ
Sonne
Die Sonne ist der Stern des Sonnensystems und sein bei weitem massereichster Bestandteil. Ihre große Masse (332.900 Erdmassen), die 99,86 % der gesamten Masse des Sonnensystems ausmacht, erzeugt in ihrem Kern Temperaturen und Dichten, die hoch genug sind, um die Kernfusion von Wasserstoff zu Helium zu unterstützen. Dabei wird eine enorme Energiemenge freigesetzt, die größtenteils als elektromagnetische Strahlung in den Weltraum abgestrahlt wird und ihren Höhepunkt im sichtbaren Licht hat. ⓘ
Da die Sonne in ihrem Kern Wasserstoff zu Helium fusioniert, ist sie ein Hauptreihenstern. Genauer gesagt ist sie ein Hauptreihenstern des Typs G2, wobei sich die Typbezeichnung auf ihre effektive Temperatur bezieht. Heißere Hauptreihensterne sind leuchtkräftiger. Die Temperatur der Sonne liegt zwischen der der heißesten Sterne und der der kältesten Sterne. Sterne, die heller und heißer als die Sonne sind, sind selten, während wesentlich schwächere und kühlere Sterne, so genannte Rote Zwerge, etwa 75 % der Sterne in der Milchstraße ausmachen. ⓘ
Die Sonne ist ein Stern der Population I; sie enthält mehr Elemente, die schwerer sind als Wasserstoff und Helium (im astronomischen Sprachgebrauch "Metalle"), als die älteren Sterne der Population II. Elemente, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind, wurden in den Kernen alter und explodierender Sterne gebildet, so dass die erste Generation von Sternen erst sterben musste, bevor das Universum mit diesen Atomen angereichert werden konnte. Die ältesten Sterne enthalten nur wenige Metalle, während später geborene Sterne mehr davon aufweisen. Man nimmt an, dass diese höhere Metallizität für die Entwicklung der Sonne zu einem Planetensystem ausschlaggebend war, da sich die Planeten durch die Akkretion von "Metallen" bilden. ⓘ
Interplanetarisches Medium
Der größte Teil der Heliosphäre des Sonnensystems besteht aus einem Quasi-Vakuum, dem interplanetaren Medium. Zusammen mit dem Licht strahlt die Sonne einen kontinuierlichen Strom geladener Teilchen (ein Plasma) aus, der Sonnenwind genannt wird. Dieser Teilchenstrom breitet sich mit Geschwindigkeiten von 900.000 Kilometern pro Stunde (560.000 mph) bis 2.880.000 Kilometern pro Stunde (1.790.000 mph) nach außen aus und bildet eine dünne Atmosphäre, die das interplanetare Medium bis zu einer Entfernung von mindestens 100 AU (15 Milliarden km) durchdringt (siehe § Heliosphäre). Aktivitäten auf der Sonnenoberfläche, wie Sonneneruptionen und koronale Massenauswürfe, stören die Heliosphäre, schaffen Weltraumwetter und verursachen geomagnetische Stürme. Die größte Struktur innerhalb der Heliosphäre ist das heliosphärische Stromband, eine Spiralform, die durch die Wirkung des rotierenden Magnetfelds der Sonne auf das interplanetare Medium entsteht. ⓘ
Das Magnetfeld der Erde verhindert, dass ihre Atmosphäre vom Sonnenwind weggerissen wird. Venus und Mars verfügen über keine Magnetfelder, so dass der Sonnenwind ihre Atmosphären allmählich in den Weltraum ausbluten lässt. Koronale Massenauswürfe und ähnliche Ereignisse blasen ein Magnetfeld und riesige Mengen an Material von der Sonnenoberfläche. Durch die Wechselwirkung dieses Magnetfelds und des Materials mit dem Magnetfeld der Erde werden geladene Teilchen in die obere Atmosphäre der Erde geschleudert, wo sie in der Nähe der Magnetpole Polarlichter erzeugen. ⓘ
Die Heliosphäre und die planetarischen Magnetfelder (für die Planeten, die über solche Felder verfügen) schirmen das Sonnensystem teilweise von hochenergetischen interstellaren Teilchen, der kosmischen Strahlung, ab. Die Dichte der kosmischen Strahlung im interstellaren Medium und die Stärke des Magnetfelds der Sonne ändern sich auf sehr langen Zeitskalen, so dass das Ausmaß des Eindringens kosmischer Strahlung in das Sonnensystem variiert, wenngleich nicht bekannt ist, in welchem Umfang. ⓘ
Das interplanetare Medium beherbergt mindestens zwei scheibenförmige Regionen mit kosmischem Staub. Die erste, die Zodiakalstaubwolke, liegt im inneren Sonnensystem und verursacht das Zodiakallicht. Sie könnte durch Kollisionen innerhalb des Asteroidengürtels entstanden sein, die durch gravitative Wechselwirkungen mit den Planeten ausgelöst wurden; als neuerer Ursprung wird der Planet Mars vorgeschlagen. Die zweite Staubwolke erstreckt sich von etwa 10 AE (1,5 Mrd. km) bis etwa 40 AE (6,0 Mrd. km) und ist wahrscheinlich durch Kollisionen innerhalb des Kuipergürtels entstanden. ⓘ
Inneres Sonnensystem
Das innere Sonnensystem ist die Region, die die terrestrischen Planeten und den Asteroidengürtel umfasst. Die Objekte des inneren Sonnensystems, die hauptsächlich aus Silikaten und Metallen bestehen, befinden sich relativ nahe an der Sonne; der Radius dieser gesamten Region ist kleiner als der Abstand zwischen den Umlaufbahnen von Jupiter und Saturn. Diese Region befindet sich auch innerhalb der Frostgrenze, die etwas weniger als 5 AE (750 Millionen km) von der Sonne entfernt ist. ⓘ
Innere Planeten
Die vier terrestrischen oder inneren Planeten haben eine dichte, felsige Beschaffenheit, wenige oder keine Monde und keine Ringsysteme. Sie bestehen größtenteils aus feuerfesten Mineralien wie Silikaten, die ihre Krusten und Hüllen bilden, und Metallen wie Eisen und Nickel, die ihre Kerne bilden. Drei der vier inneren Planeten (Venus, Erde und Mars) haben Atmosphären, die stark genug sind, um Wetter zu erzeugen; alle haben Einschlagskrater und tektonische Oberflächenmerkmale wie Grabenbrüche und Vulkane. Der Begriff "innerer Planet" ist nicht zu verwechseln mit "innerer Planet", der jene Planeten bezeichnet, die der Sonne näher sind als die Erde (z. B. Merkur und Venus). ⓘ
Merkur
Merkur (0,4 AE (60 Millionen km) von der Sonne entfernt) ist der sonnennächste Planet. Der kleinste Planet im Sonnensystem (0,055 MErde), hat Merkur keine natürlichen Satelliten. Die vorherrschenden geologischen Merkmale sind Einschlagskrater oder -becken mit Auswurfdecken, die Überreste früher vulkanischer Aktivität, einschließlich Magmaströmen, und gelappte Bergrücken oder Rupfen, die wahrscheinlich durch eine Kontraktionsperiode zu Beginn der Geschichte des Planeten entstanden sind. Die sehr dünne Atmosphäre des Merkurs besteht aus Sonnenwindteilchen, die vom Magnetfeld des Merkurs eingefangen werden, sowie aus Atomen, die vom Sonnenwind von seiner Oberfläche abgesprengt werden. Der relativ große Eisenkern und der dünne Erdmantel sind noch nicht ausreichend erklärt worden. Es wird vermutet, dass seine äußeren Schichten durch einen gigantischen Einschlag abgestreift wurden oder dass er durch die Energie der jungen Sonne daran gehindert wurde, vollständig zu akkretieren. ⓘ
Es wurde nach "Vulcanoiden" gesucht, Asteroiden in stabilen Umlaufbahnen zwischen Merkur und Sonne, aber es wurden keine entdeckt. ⓘ
Venus
Die Venus (0,7 AE (100 Millionen km) von der Sonne entfernt) ist ähnlich groß wie die Erde (0,815 MErde) und hat wie die Erde einen dicken Silikatmantel um einen Eisenkern, eine dichte Atmosphäre und Anzeichen für interne geologische Aktivität. Sie ist viel trockener als die Erde, und ihre Atmosphäre ist neunzigmal dichter als die der Erde. Die Venus hat keine natürlichen Satelliten. Mit Oberflächentemperaturen von über 400 °C ist sie der heißeste Planet, was hauptsächlich auf die Menge an Treibhausgasen in der Atmosphäre zurückzuführen ist. Der Planet verfügt über kein Magnetfeld, das eine Erschöpfung seiner umfangreichen Atmosphäre verhindern würde, was darauf hindeutet, dass seine Atmosphäre durch Vulkanausbrüche wieder aufgefüllt wird. Eine relativ junge Planetenoberfläche weist umfangreiche Anzeichen vulkanischer Aktivität auf, weist aber keine Plattentektonik auf. Möglicherweise kommt es auf einer Zeitskala von 700 Millionen Jahren zu Wiederauftauchvorgängen. ⓘ
Erde
Die Erde (1 AE (150 Mio. km) von der Sonne entfernt) ist der größte und dichteste der inneren Planeten, der einzige, von dem gegenwärtige geologische Aktivität bekannt ist, und der einzige Ort, an dem Leben bekannt ist. Seine flüssige Hydrosphäre ist einzigartig unter den terrestrischen Planeten, und er ist der einzige Planet, auf dem Plattentektonik beobachtet wurde. Die Atmosphäre der Erde unterscheidet sich grundlegend von der anderer Planeten, da sie durch das Vorhandensein von Leben so verändert wurde, dass sie 21 % freien Sauerstoff enthält. Die Magnetosphäre des Planeten schirmt die Oberfläche vor solarer und kosmischer Strahlung ab, wodurch die Ablösung der Atmosphäre begrenzt und die Bewohnbarkeit aufrechterhalten wird. Er hat einen natürlichen Satelliten, den Mond, den einzigen großen Satelliten eines terrestrischen Planeten im Sonnensystem. ⓘ
Mars
Der Mars (1,5 AE (220 Millionen km) von der Sonne entfernt) ist kleiner als die Erde und die Venus (0,107 MErde). Seine Atmosphäre besteht hauptsächlich aus Kohlendioxid mit einem Oberflächendruck von 6,1 Millibar (0,088 psi; 0,18 inHg); das sind etwa 0,6 % des Drucks auf der Erde, aber ausreichend, um Wetterphänomene zu unterstützen. Seine Oberfläche ist mit Vulkanen wie dem Olympus Mons und Grabenbrüchen wie den Valles Marineris gespickt und zeigt eine geologische Aktivität, die bis vor 2 Millionen Jahren angedauert haben könnte. Seine rote Farbe stammt vom Eisenoxid (Rost) in seinem Boden. Der Mars hat zwei winzige natürliche Satelliten (Deimos und Phobos), von denen man annimmt, dass es sich entweder um eingefangene Asteroiden oder um ausgeworfene Trümmer eines massiven Einschlags in der Frühzeit des Mars handelt. ⓘ
Asteroidengürtel
Asteroiden, mit Ausnahme des größten, Ceres, gehören zu den kleinen Körpern des Sonnensystems und bestehen hauptsächlich aus feuerfesten Gesteins- und Metallmineralien sowie aus etwas Eis. Sie sind zwischen einigen Metern und Hunderten von Kilometern groß. Asteroiden, die kleiner als ein Meter sind, werden in der Regel als Meteoroiden und Mikrometeoroiden (in Korngröße) bezeichnet, wobei die genaue Unterteilung zwischen den beiden Kategorien im Laufe der Jahre umstritten war. Seit 2017 bezeichnet die IAU Asteroiden mit einem Durchmesser zwischen etwa 30 Mikrometern und 1 Meter als Mikrometeoroiden und bezeichnet kleinere Partikel als "Staub". ⓘ
Der Asteroidengürtel befindet sich in der Umlaufbahn zwischen Mars und Jupiter, zwischen 2,3 und 3,3 AE (340 und 490 Millionen km; 210 und 310 Millionen Meilen) von der Sonne entfernt. Es wird angenommen, dass es sich um Überreste aus der Entstehung des Sonnensystems handelt, die aufgrund der Gravitationswirkung des Jupiters nicht zusammenwachsen konnten. Der Asteroidengürtel enthält Zehntausende, möglicherweise Millionen von Objekten mit einem Durchmesser von über einem Kilometer. Trotzdem dürfte die Gesamtmasse des Asteroidengürtels kaum mehr als ein Tausendstel der Masse der Erde betragen. Der Asteroidengürtel ist nur sehr dünn besiedelt; Raumschiffe passieren ihn routinemäßig ohne Zwischenfälle. ⓘ
Ceres
Ceres (2,77 AE (414 Millionen km) von der Sonne entfernt) ist der größte Asteroid, ein Protoplanet und ein Zwergplanet. Er hat einen Durchmesser von knapp unter 1.000 km und eine Masse, die groß genug ist, um durch seine eigene Schwerkraft in eine Kugelform gezogen zu werden. Bei seiner Entdeckung im Jahr 1801 wurde Ceres als Planet betrachtet, aber als weitere Beobachtungen weitere Asteroiden ans Licht brachten, wurde es üblich, ihn eher zu den Kleinplaneten als zu den Hauptplaneten zu zählen. Im Jahr 2006 wurde er erneut als Zwergplanet eingestuft, als die IAU-Definition des Begriffs Planet festgelegt wurde. ⓘ
Pallas und Vesta
Pallas (2,77 AE von der Sonne) und Vesta (2,36 AE von der Sonne) sind nach Ceres die größten Asteroiden im Asteroidengürtel. Sie sind die beiden anderen Protoplaneten, die mehr oder weniger intakt überlebt haben. Mit einem Durchmesser von etwa 520 km waren sie groß genug, um in der Vergangenheit eine planetarische Geologie zu entwickeln, aber beide haben große Einschläge erlitten und wurden aus ihrer runden Form gerissen. Fragmente von Einschlägen auf diese beiden Körper überleben anderswo im Asteroidengürtel als die Pallas- und Vesta-Familie. Beide wurden bei ihrer Entdeckung im Jahr 1802 bzw. 1807 als Planeten betrachtet und dann wie Ceres mit der Entdeckung weiterer Asteroiden allgemein als Kleinplaneten angesehen. Einige Autoren haben heute begonnen, Pallas und Vesta zusammen mit Ceres wieder als Planeten im Sinne der geophysikalischen Definition des Begriffs zu betrachten. ⓘ
Asteroiden-Gruppen
Die Asteroiden im Asteroidengürtel werden aufgrund ihrer Bahneigenschaften in Asteroidengruppen und -familien unterteilt. Kirkwood-Lücken sind scharfe Einbrüche in der Verteilung der Asteroidenbahnen, die den Bahnresonanzen mit Jupiter entsprechen. Asteroidenmonde sind Asteroiden, die größere Asteroiden umkreisen. Sie sind nicht so deutlich zu unterscheiden wie Planetenmonde, da sie manchmal fast so groß sind wie ihre Partner (z. B. der von 90 Antiope). Zum Asteroidengürtel gehören auch die Kometen des Hauptgürtels, die möglicherweise die Quelle des Wassers auf der Erde waren. ⓘ
Jupiter-Trojaner befinden sich in einem der L4- oder L5-Punkte des Jupiters (gravitativ stabile Regionen, die einem Planeten in seiner Umlaufbahn voraus- oder nachfolgen); der Begriff Trojaner wird auch für kleine Körper in jedem anderen Lagrange-Punkt von Planeten oder Satelliten verwendet. Hilda-Asteroiden befinden sich in einer 2:3-Resonanz mit Jupiter, d. h. sie umkreisen die Sonne dreimal für je zwei Jupiterumläufe. Das innere Sonnensystem enthält erdnahe Asteroiden, von denen viele die Bahnen der inneren Planeten kreuzen. Einige von ihnen sind potenziell gefährliche Objekte. ⓘ
Äußeres Sonnensystem
In der äußeren Region des Sonnensystems befinden sich die Riesenplaneten und ihre großen Monde. Auch die Zentauren und viele kurzperiodische Kometen kreisen in dieser Region. Aufgrund ihrer größeren Entfernung von der Sonne enthalten die festen Objekte im äußeren Sonnensystem einen höheren Anteil an flüchtigen Stoffen wie Wasser, Ammoniak und Methan als die Objekte im inneren Sonnensystem, da diese Verbindungen aufgrund der niedrigeren Temperaturen fest bleiben können. ⓘ
Äußere Planeten
Die vier äußeren Planeten, auch Riesenplaneten oder Jupiterplaneten genannt, machen zusammen 99 % der bekannten Masse aus, mit der sie die Sonne umkreisen. Jupiter und Saturn haben zusammen mehr als das 400-fache der Masse der Erde und bestehen überwiegend aus den Gasen Wasserstoff und Helium, weshalb sie auch als Gasriesen bezeichnet werden. Uranus und Neptun sind weit weniger massiv - jeweils weniger als 20 Erdmassen (MErde) und bestehen hauptsächlich aus Eis. Aus diesen Gründen schlagen einige Astronomen vor, sie in eine eigene Kategorie, die der Eisriesen, einzuordnen. Alle vier Riesenplaneten haben Ringe, obwohl nur das Ringsystem des Saturn von der Erde aus leicht zu beobachten ist. Der Begriff Superplanet bezeichnet Planeten außerhalb der Erdumlaufbahn und umfasst somit sowohl die äußeren Planeten als auch den Mars. ⓘ
Die Ring-Mond-Systeme von Jupiter, Saturn und Uranus sind wie Miniaturversionen des Sonnensystems; das System von Neptun unterscheidet sich deutlich davon, da es durch den Einfang seines größten Mondes Triton unterbrochen wurde. ⓘ
Jupiter
Jupiter (5,2 AE (780 Millionen km) von der Sonne entfernt) ist mit 318 MErde das 2,5-fache der Masse aller anderen Planeten zusammen. Er besteht größtenteils aus Wasserstoff und Helium. Die starke innere Hitze des Jupiters führt zu halbpermanenten Erscheinungen in seiner Atmosphäre, wie Wolkenbändern und dem Großen Roten Fleck. Der Planet besitzt eine Magnetosphäre mit einer Stärke von 4,2-14 Gauss, die sich über 22-29 Millionen km erstreckt und ihn in gewisser Hinsicht zum größten Objekt im Sonnensystem macht. Der Jupiter hat 80 bekannte Satelliten. Die vier größten, Ganymed, Callisto, Io und Europa, werden als Galileische Monde bezeichnet: Sie weisen Ähnlichkeiten mit den irdischen Planeten auf, wie z. B. Vulkanismus und innere Erwärmung. Ganymed, der größte Satellit im Sonnensystem, ist größer als Merkur; Callisto ist fast genauso groß. ⓘ
Saturn
Der Saturn (9,5 AE (1,42 Mrd. km) von der Sonne entfernt), der sich durch sein ausgedehntes Ringsystem auszeichnet, weist mehrere Ähnlichkeiten mit Jupiter auf, wie z. B. seine atmosphärische Zusammensetzung und Magnetosphäre. Obwohl Saturn 60 % des Volumens von Jupiter hat, ist er mit 95 % weniger als ein Drittel so massiv. MErde. Saturn ist der einzige Planet des Sonnensystems, der eine geringere Dichte als Wasser hat. Die Ringe des Saturn bestehen aus kleinen Eis- und Gesteinspartikeln. Saturn hat 83 bestätigte Satelliten, die größtenteils aus Eis bestehen. Zwei davon, Titan und Enceladus, zeigen Anzeichen geologischer Aktivität; sie sowie fünf weitere Saturnmonde (Iapetus, Rhea, Dione, Tethys und Mimas) sind groß genug, um rund zu sein. Titan, der zweitgrößte Mond des Sonnensystems, ist größer als Merkur und der einzige Trabant im Sonnensystem, der eine nennenswerte Atmosphäre besitzt. ⓘ
Uranus
Uranus (19,2 AE (2,87 Mrd. km) von der Sonne entfernt), hat mit 14 MErde, die geringste Masse der äußeren Planeten. Als einziger der Planeten umkreist er die Sonne auf seiner Seite; seine Achsneigung beträgt mehr als neunzig Grad gegenüber der Ekliptik. Dies führt zu extremen jahreszeitlichen Schwankungen, da sich die Pole mal zur Sonne hin und dann wieder von ihr weg bewegen. Er hat einen viel kälteren Kern als die anderen Riesenplaneten und strahlt nur sehr wenig Wärme ins All ab. Infolgedessen hat er die kälteste Planetenatmosphäre im Sonnensystem. Uranus hat 27 bekannte Satelliten, von denen Titania, Oberon, Umbriel, Ariel und Miranda die größten sind. Wie die anderen Riesenplaneten verfügt er über ein Ringsystem und eine Magnetosphäre. ⓘ
Neptun
Neptun (30,1 AE (4,50 Milliarden km) von der Sonne entfernt) ist zwar etwas kleiner als Uranus, aber massereicher (17 MErde) und daher dichter. Er strahlt mehr innere Wärme ab als Uranus, aber nicht so viel wie Jupiter oder Saturn. Neptun hat 14 bekannte Satelliten. Der größte, Triton, ist geologisch aktiv, mit Geysiren aus flüssigem Stickstoff. Triton ist der einzige große Satellit mit einer retrograden Umlaufbahn, was darauf hindeutet, dass er nicht zusammen mit Neptun entstanden ist, sondern wahrscheinlich aus dem Kuipergürtel eingefangen wurde. Neptun wird auf seiner Umlaufbahn von mehreren Kleinplaneten, den so genannten Neptun-Trojanern, begleitet, die dem Planeten auf etwa einem Sechstel des Weges um die Sonne voraus- oder nachlaufen, Positionen, die als Lagrange-Punkte bekannt sind. ⓘ
Zentauren
Die Zentauren sind eisige, kometähnliche Körper, deren Umlaufbahnen eine größere Halbachse als die des Jupiters (5,5 AE (820 Millionen km)) und eine kleinere als die des Neptuns (30 AE (4,5 Milliarden km)) haben. Der größte bekannte Zentaur, 10199 Chariklo, hat einen Durchmesser von etwa 250 km (160 Meilen). Der erste entdeckte Zentaur, 2060 Chiron, wurde ebenfalls als Komet (95P) eingestuft, da er eine Koma entwickelt, wie es Kometen tun, wenn sie sich der Sonne nähern. ⓘ
Kometen
Kometen sind kleine Körper des Sonnensystems mit einem Durchmesser von typischerweise nur wenigen Kilometern, die größtenteils aus flüchtigem Eis bestehen. Sie haben stark exzentrische Bahnen, im Allgemeinen ein Perihel innerhalb der Bahnen der inneren Planeten und ein Aphel weit jenseits von Pluto. Wenn ein Komet in das innere Sonnensystem eintritt, führt seine Nähe zur Sonne dazu, dass seine eisige Oberfläche sublimiert und ionisiert, wodurch eine Koma entsteht: ein langer Schweif aus Gas und Staub, der oft mit bloßem Auge sichtbar ist. ⓘ
Kurzperiodische Kometen haben Umlaufbahnen, die weniger als zweihundert Jahre dauern. Langperiodische Kometen haben Umlaufbahnen, die Tausende von Jahren dauern. Bei kurzperiodischen Kometen geht man davon aus, dass sie aus dem Kuipergürtel stammen, während man bei langperiodischen Kometen wie Hale-Bopp davon ausgeht, dass sie aus der Oortschen Wolke stammen. Viele Kometengruppen, wie z. B. die Kreutz-Sungrazer, sind aus dem Auseinanderbrechen eines einzigen Elternteils entstanden. Einige Kometen mit hyperbolischen Bahnen haben ihren Ursprung möglicherweise außerhalb des Sonnensystems, doch ist es schwierig, ihre genauen Bahnen zu bestimmen. Alte Kometen, deren flüchtige Bestandteile größtenteils durch die Sonnenerwärmung ausgetrieben wurden, werden oft als Asteroiden eingestuft. ⓘ
Transneptunische Region
Innerhalb der Umlaufbahn des Neptun befindet sich die planetarische Region des Sonnensystems. Jenseits der Neptunbahn liegt das Gebiet der "transneptunischen Region" mit dem donutförmigen Kuipergürtel, in dem Pluto und mehrere andere Zwergplaneten leben, und einer sich überlappenden Scheibe aus verstreuten Objekten, die zur Ebene des Sonnensystems geneigt ist und viel weiter hinausreicht als der Kuipergürtel. Die gesamte Region ist noch weitgehend unerforscht. Sie scheint überwiegend aus vielen Tausend kleinen Welten zu bestehen - die größte hat nur ein Fünftel des Durchmessers der Erde und eine Masse, die weit geringer ist als die des Mondes -, die hauptsächlich aus Gestein und Eis bestehen. Diese Region wird manchmal als die "dritte Zone des Sonnensystems" bezeichnet, die das innere und das äußere Sonnensystem umschließt. ⓘ
Kuipergürtel
Der Kuipergürtel ist ein großer Ring aus Trümmern, der dem Asteroidengürtel ähnelt, aber hauptsächlich aus Objekten besteht, die hauptsächlich aus Eis bestehen. Er erstreckt sich zwischen 30 und 50 AE (4,5 und 7,5 Milliarden km) von der Sonne entfernt. Er besteht hauptsächlich aus kleinen Körpern des Sonnensystems, obwohl die größten von ihnen wahrscheinlich groß genug sind, um Zwergplaneten zu sein. Man schätzt, dass es mehr als 100.000 Kuipergürtel-Objekte mit einem Durchmesser von mehr als 50 km gibt, aber die Gesamtmasse des Kuipergürtels dürfte nur ein Zehntel oder sogar ein Hundertstel der Masse der Erde betragen. Viele Objekte im Kuipergürtel haben mehrere Satelliten, und die meisten haben Umlaufbahnen, die sie außerhalb der Ekliptikebene führen. ⓘ
Der Kuipergürtel lässt sich grob in den "klassischen" Gürtel und die resonanten transneptunischen Objekte unterteilen. Letztere haben Umlaufbahnen, deren Perioden in einem einfachen Verhältnis zu denen des Neptuns stehen: Sie umrunden die Sonne beispielsweise zweimal für je drei Umläufe des Neptuns oder einmal für je zwei Umläufe. Der klassische Gürtel besteht aus Objekten, die keine Resonanz mit Neptun haben, und erstreckt sich von etwa 39,4 bis 47,7 AE (5,89 bis 7,14 Milliarden km; 3,66 bis 4,43 Milliarden Meilen). Die Mitglieder des klassischen Kuipergürtels werden manchmal als "Cubewanos" bezeichnet, nach dem ersten entdeckten dieser Art, der ursprünglich die Bezeichnung 1992 QB1 trug; sie befinden sich noch immer auf nahezu ursprünglichen, niedrig exzentrischen Umlaufbahnen. ⓘ
Pluto und Charon
Der Zwergplanet Pluto (mit einer durchschnittlichen Umlaufbahn von 39 AE (5,8 Milliarden km) von der Sonne entfernt) ist das größte bekannte Objekt im Kuipergürtel. Als er 1930 entdeckt wurde, galt er als neunter Planet; dies änderte sich 2006 mit der Verabschiedung einer offiziellen Definition des Begriffs Planet. Pluto hat eine relativ exzentrische Umlaufbahn, die um 17 Grad zur Ekliptikebene geneigt ist und von 29,7 AE (4,44 Mrd. km) von der Sonne im Perihel (innerhalb der Neptunbahn) bis 49,5 AE (7,41 Mrd. km) im Aphel reicht. Pluto hat eine 2:3-Resonanz mit Neptun, was bedeutet, dass Pluto die Sonne zweimal pro drei Neptunumläufe umkreist. Objekte im Kuipergürtel, deren Umlaufbahnen diese Resonanz aufweisen, werden Plutinos genannt. ⓘ
Charon, der größte von Plutos Monden, wird manchmal als Teil eines binären Systems mit Pluto beschrieben, da die beiden Körper ein Baryzentrum der Schwerkraft über ihren Oberflächen umkreisen (d. h. sie scheinen sich gegenseitig zu umkreisen"). Neben Charon umkreisen vier viel kleinere Monde, Styx, Nix, Kerberos und Hydra, Pluto. ⓘ
Andere
Neben Pluto sind sich die Astronomen im Allgemeinen einig, dass es sich bei mindestens vier weiteren Objekten im Kuipergürtel um Zwergplaneten handelt, und es wurden noch weitere Körper vorgeschlagen:
- Makemake (durchschnittlich 45,79 AE von der Sonne entfernt) ist zwar kleiner als Pluto, aber das größte bekannte Objekt im klassischen Kuipergürtel (d. h. ein Kuipergürtelobjekt, das sich nicht in einer bestätigten Resonanz mit Neptun befindet). Makemake ist nach Pluto das hellste Objekt im Kuipergürtel. Es wurde im Jahr 2005 entdeckt und 2009 offiziell benannt. Seine Umlaufbahn ist mit 29° viel stärker geneigt als die von Pluto. Er hat einen bekannten Mond.
- Haumea (durchschnittlich 43,13 AE von der Sonne entfernt) befindet sich auf einer ähnlichen Umlaufbahn wie Makemake, nur dass er vorübergehend in einer 7:12-Bahnresonanz mit Neptun steht. Wie Makemake wurde er im Jahr 2005 entdeckt. Er hat zwei bekannte Monde, Hiʻiaka und Namaka, und rotiert so schnell (einmal alle 3,9 Stunden), dass er zu einem Ellipsoid gestreckt ist.
- Quaoar (43,69 AE mittlere Entfernung von der Sonne) ist nach Makemake das zweitgrößte bekannte Objekt im klassischen Kuipergürtel. Seine Umlaufbahn ist deutlich weniger exzentrisch und geneigt als die von Makemake oder Haumea. Er hat einen bekannten Mond, Weywot.
- Orcus (durchschnittlich 39,40 AE von der Sonne entfernt) befindet sich in der gleichen 2:3-Bahnresonanz mit Neptun wie Pluto und ist nach Pluto selbst das größte Objekt dieser Art. Seine Exzentrizität und Neigung sind ähnlich wie die des Pluto, aber sein Perihel liegt etwa 120° von dem des Pluto entfernt. Daher ist die Phase der Orcus-Bahn der von Pluto entgegengesetzt: Orcus befindet sich im Aphel (zuletzt 2019), wenn Pluto im Perihel ist (zuletzt 1989), und andersherum. Aus diesem Grund wurde er auch als Anti-Pluto bezeichnet. Er hat einen bekannten Mond, Vanth. ⓘ
Verstreute Scheibe
Die Streuscheibe, die sich mit dem Kuipergürtel überschneidet, sich aber bis in die Nähe von 500 AE erstreckt, gilt als Quelle für kurzperiodische Kometen. Es wird angenommen, dass die Objekte der Streuscheibe durch den Gravitationseinfluss von Neptuns früher Auswärtswanderung in unregelmäßige Bahnen gebracht wurden. Die meisten Streuscheibenobjekte (SDOs) haben Perihelien innerhalb des Kuipergürtels, aber Aphelien weit außerhalb davon (einige mehr als 150 AE von der Sonne entfernt). Die Bahnen der SDOs können auch bis zu 46,8° gegenüber der Ekliptikebene geneigt sein. Einige Astronomen betrachten die Streuscheibe lediglich als eine weitere Region des Kuipergürtels und bezeichnen Streuscheibenobjekte als "verstreute Kuipergürtelobjekte". Einige Astronomen klassifizieren auch Zentauren als Kuipergürtel-Objekte, die nach innen gestreut sind, zusammen mit den nach außen gestreuten Bewohnern der Streuscheibe. ⓘ
Eris und Gonggong
Eris (durchschnittlich 67,78 AE von der Sonne entfernt) ist das größte bekannte Objekt der Streuscheibe und hat eine Debatte darüber ausgelöst, was einen Planeten ausmacht, da er 25 % massereicher ist als Pluto und etwa den gleichen Durchmesser hat. Er ist der massivste der bekannten Zwergplaneten. Er hat einen bekannten Mond, Dysnomia. Wie Pluto ist seine Umlaufbahn stark exzentrisch, mit einem Perihel von 38,2 AE (etwa Plutos Entfernung von der Sonne) und einem Aphel von 97,6 AE, und er ist in einem Winkel von 44° steil zur Ekliptikebene geneigt. ⓘ
Gonggong (durchschnittlich 67,38 AE von der Sonne entfernt) befindet sich auf einer vergleichbaren Umlaufbahn wie Eris, allerdings in einer 3:10-Resonanz mit Neptun. Er hat einen bekannten Mond, Xiangliu. ⓘ
Entfernteste Regionen
Der Punkt, an dem das Sonnensystem endet und der interstellare Raum beginnt, ist nicht genau definiert, da seine äußeren Grenzen von zwei Kräften, dem Sonnenwind und der Schwerkraft der Sonne, beeinflusst werden. Die Grenze des Einflusses des Sonnenwindes liegt etwa bei der vierfachen Entfernung Plutos von der Sonne; diese Heliopause, die äußere Grenze der Heliosphäre, wird als Beginn des interstellaren Mediums angesehen. Man geht davon aus, dass die Hill-Sphäre der Sonne, der effektive Bereich ihrer gravitativen Dominanz, bis zu tausendmal weiter reicht und die hypothetische Oortsche Wolke umfasst. ⓘ
Heliosphäre
Die Heliosphäre ist eine Sternwindblase, eine von der Sonne beherrschte Region des Weltraums, deren Grenzen dort liegen, wo der Sonnenwind mit dem interstellaren Medium kollidiert. Diese Kollision findet am Terminationsschock statt, der sich etwa 80-100 AE von der Sonne im Aufwind des interstellaren Mediums und etwa 200 AE von der Sonne im Abwind befindet. Hier verlangsamt sich der Wind dramatisch, verdichtet sich und wird turbulenter, wodurch eine große ovale Struktur entsteht, die als Heliosheath bekannt ist. Es wird angenommen, dass diese Struktur ähnlich wie ein Kometenschweif aussieht und sich auch so verhält. Auf der windzugewandten Seite erstreckt sie sich über weitere 40 AE, während sie auf der windabgewandten Seite ein Vielfaches dieser Entfernung beträgt. Die Erkenntnisse der Raumsonden Cassini und Interstellar Boundary Explorer deuten darauf hin, dass er durch die einschränkende Wirkung des interstellaren Magnetfelds in eine Blasenform gezwungen wird, aber die tatsächliche Form bleibt unbekannt. ⓘ
Die äußere Begrenzung der Heliosphäre, die Heliopause, ist der Punkt, an dem der Sonnenwind endgültig endet und der interstellare Raum beginnt. Voyager 1 und Voyager 2 passierten den Endschock und traten in die Heliosphäre bei 94 bzw. 84 AE von der Sonne ein. Voyager 1 soll die Heliopause im August 2012 und Voyager 2 im Dezember 2018 durchquert haben. ⓘ
Die Form und Gestalt des äußeren Randes der Heliosphäre wird wahrscheinlich durch die Fluiddynamik der Wechselwirkungen mit dem interstellaren Medium sowie durch die im Süden vorherrschenden solaren Magnetfelder beeinflusst, d. h. sie ist stumpf geformt, wobei die nördliche Hemisphäre 9 AE weiter reicht als die südliche. Jenseits der Heliopause, in etwa 230 AE, liegt der Bugschock, ein Plasmasog, den die Sonne auf ihrer Reise durch die Milchstraße hinterlässt. ⓘ
Losgelöste Objekte
Sedna (mit einer durchschnittlichen Umlaufbahn von 520 AE von der Sonne) ist ein großes, rötliches Objekt mit einer gigantischen, stark elliptischen Umlaufbahn, die von etwa 76 AE im Perihel bis 940 AE im Aphel reicht und 11.400 Jahre dauert. Mike Brown, der das Objekt 2003 entdeckte, behauptet, dass es nicht zur Streuscheibe oder zum Kuipergürtel gehören kann, da sein Perihel zu weit entfernt ist, um von der Neptunwanderung beeinflusst worden zu sein. Er und andere Astronomen halten es für das erste einer völlig neuen Population, die manchmal als "distant detached objects" (DDOs) bezeichnet wird und zu der auch das Objekt 2000 CR105 gehören könnte, das ein Perihel von 45 AE, ein Aphel von 415 AE und eine Umlaufzeit von 3.420 Jahren hat. Brown bezeichnet diese Population als "innere Oort-Wolke", weil sie sich möglicherweise durch einen ähnlichen Prozess gebildet hat, obwohl sie viel näher an der Sonne liegt. Sedna ist höchstwahrscheinlich ein Zwergplanet, auch wenn seine Form noch nicht bestimmt werden konnte. Das zweite eindeutig losgelöste Objekt, dessen Perihel mit etwa 81 AE weiter entfernt ist als das von Sedna, ist 2012 VP113, das 2012 entdeckt wurde. Sein Aphel ist mit 458 AE nur etwa halb so groß wie das von Sedna. ⓘ
Oortsche Wolke
Die Oortsche Wolke ist eine hypothetische kugelförmige Wolke aus bis zu einer Billion eisiger Objekte, die als Quelle für alle langperiodischen Kometen gilt und das Sonnensystem in einer Entfernung von etwa 50.000 AE (etwa 1 Lichtjahr (ly)) von der Sonne und möglicherweise sogar bis zu 100.000 AE (1,87 ly) umgibt. Man nimmt an, dass sie aus Kometen besteht, die durch gravitative Wechselwirkungen mit den äußeren Planeten aus dem inneren Sonnensystem herausgeschleudert wurden. Die Objekte der Oortschen Wolke bewegen sich sehr langsam und können durch seltene Ereignisse wie Kollisionen, die Gravitationswirkung eines vorbeiziehenden Sterns oder die galaktische Gezeitenkraft, die von der Milchstraße ausgeübt wird, gestört werden. ⓘ
Grenzen
Ein Großteil des Sonnensystems ist noch unbekannt. Es wird geschätzt, dass das Gravitationsfeld der Sonne die Gravitationskräfte der umliegenden Sterne bis zu einer Entfernung von etwa zwei Lichtjahren (125.000 AE) dominiert. Niedrigere Schätzungen für den Radius der Oortschen Wolke gehen hingegen davon aus, dass sie nicht weiter als 50.000 AE entfernt ist. Der größte Teil der Masse kreist in der Region zwischen 3.000 und 100.000 AE. Trotz Entdeckungen wie Sedna ist die Region zwischen dem Kuipergürtel und der Oortschen Wolke, ein Gebiet mit einem Radius von mehreren zehntausend AE, noch immer praktisch unkartiert. Es ist schwierig, etwas über diese Region des Weltraums zu erfahren, da man auf die wenigen Objekte angewiesen ist, deren Umlaufbahnen zufällig so gestört sind, dass sie näher an die Sonne herankommen, und selbst dann war es oft nur möglich, diese Objekte zu entdecken, wenn sie hell genug waren, um als Kometen registriert zu werden. In den unerforschten Regionen des Sonnensystems könnten noch Objekte entdeckt werden. Die am weitesten entfernten bekannten Objekte, wie der Komet West, haben Aphelien um 70.000 AE von der Sonne. ⓘ
Galaktischer Kontext
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. 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. ⓘ
Die Lage des Sonnensystems in der Milchstraße ist ein Faktor in der Entwicklungsgeschichte des Lebens auf der Erde. Ihre Umlaufbahn ist nahezu kreisförmig, und die Bahnen in der Nähe der Sonne haben in etwa die gleiche Geschwindigkeit wie die der Spiralarme. Daher durchquert die Sonne die Arme nur selten. Da sich in den Spiralarmen eine weitaus größere Konzentration von Supernovae, Gravitationsinstabilitäten und Strahlung befindet, die das Sonnensystem stören könnten, hat dies der Erde lange Zeiträume der Stabilität beschert, in denen sich das Leben entwickeln konnte. Die wechselnde Position des Sonnensystems im Verhältnis zu anderen Teilen der Milchstraße könnte jedoch periodische Aussterbeereignisse auf der Erde erklären, so die Shiva-Hypothese oder verwandte Theorien, die jedoch umstritten bleiben. ⓘ
Himmlische Nachbarschaft
Das Sonnensystem ist von der Lokalen Interstellaren Wolke umgeben, obwohl nicht klar ist, ob es in die Lokale Interstellare Wolke eingebettet ist oder direkt außerhalb des Randes der Wolke liegt. Im Umkreis von 300 Lichtjahren um die Sonne, der so genannten Lokalen Interstellaren Wolke, gibt es noch mehrere andere interstellare Wolken. Letztere ist ein sanduhrförmiger Hohlraum oder eine Superblase im interstellaren Medium mit einem Durchmesser von etwa 300 Lichtjahren. Die Blase ist von Hochtemperaturplasma durchdrungen, was darauf hindeutet, dass sie das Produkt mehrerer kürzlicher Supernovae sein könnte. ⓘ
Die Lokale Blase ist eine kleine Superblase im Vergleich zu den benachbarten breiteren Radcliffe-Wellen und den linearen Split-Strukturen (ehemals Gould-Gürtel), die jeweils mehrere tausend Lichtjahre lang sind. Alle diese Strukturen sind Teil des Orion-Arms, in dem sich die meisten der mit bloßem Auge sichtbaren Sterne der Milchstraße befinden. Die Dichte der gesamten Materie in der lokalen Nachbarschaft beträgt 0,097±0,013 M☉-pc-3. ⓘ
Im Umkreis von zehn Lichtjahren um die Sonne gibt es relativ wenige Sterne, der nächstgelegene ist das Dreifach-Sternsystem Alpha Centauri, das etwa 4,4 Lichtjahre entfernt ist und sich möglicherweise in der G-Wolke der lokalen Blase befindet. Alpha Centauri A und B sind ein eng verbundenes Paar sonnenähnlicher Sterne, während der der Erde am nächsten liegende Stern, der kleine rote Zwerg Proxima Centauri, das Paar in einer Entfernung von 0,2 Lichtjahren umkreist. Im Jahr 2016 wurde ein potenziell bewohnbarer Exoplanet in der Umlaufbahn von Proxima Centauri entdeckt, der Proxima Centauri b genannt wird und der nächste bestätigte Exoplanet in der Nähe der Sonne ist. ⓘ
Die nächsten bekannten Fusoren, die der Sonne am nächsten sind, sind die roten Zwerge Barnard's Star (5,9 ly), Wolf 359 (7,8 ly) und Lalande 21185 (8,3 ly). Die nächstgelegenen Braunen Zwerge gehören zum Doppelsternsystem Luhman 16 (6,6 ly), und der nächstgelegene bekannte abtrünnige oder frei schwebende Planet mit weniger als 10 Jupitermassen ist der subbraune Zwerg WISE 0855-0714. ⓘ
In unmittelbarer Nähe (8,6 ly) befindet sich Sirius, der hellste Stern am Nachthimmel der Erde, mit etwa der doppelten Sonnenmasse, der vom erdnächsten Weißen Zwerg, Sirius B, umkreist wird. Weitere Sterne im Umkreis von zehn Lichtjahren sind das Doppelsternsystem Luyten 726-8 (8,7 ly) und der einsame Rote Zwerg Ross 154 (9,7 ly). Der sonnenähnliche Einzelstern, der dem Sonnensystem am nächsten liegt, ist Tau Ceti in 11,9 Lichtjahren Entfernung. Er hat etwa 80 % der Masse der Sonne, aber nur etwa die Hälfte ihrer Leuchtkraft. ⓘ
Die nächstgelegene und mit bloßem Auge sichtbare Gruppe von Sternen außerhalb der unmittelbaren Himmelsumgebung ist die Ursa Major Moving Group in etwa 80 Lichtjahren Entfernung, die ebenso wie der nächstgelegene und mit bloßem Auge sichtbare Sternhaufen, die Hyaden, am Rande der Lokalen Blase liegt. Die nächstgelegenen Sternentstehungsgebiete sind die Corona-Australis-Molekülwolke, der Rho-Ophiuchi-Wolkenkomplex und die Taurus-Molekülwolke; letztere liegt knapp jenseits der Lokalen Blase und ist Teil der Radcliffe-Welle. ⓘ
Vergleich mit extrasolaren Systemen
Im Vergleich zu vielen anderen extrasolaren Systemen zeichnet sich das Sonnensystem durch das Fehlen von Planeten im Inneren der Merkurbahn aus. Im bekannten Sonnensystem gibt es auch keine Supererden, d. h. Planeten, die ein- bis zehnmal so massiv sind wie die Erde, obwohl der hypothetische Planet Neun, falls er existiert, eine Supererde jenseits des Sonnensystems sein könnte, wie wir es heute kennen. Ungewöhnlich ist, dass es nur kleine Gesteinsplaneten und große Gasriesen gibt; anderswo sind Planeten mittlerer Größe typisch - sowohl Gesteins- als auch Gasplaneten -, so dass es keine "Lücke" gibt, wie sie zwischen der Größe der Erde und der des Neptun (mit einem 3,8-mal so großen Radius) besteht. Außerdem haben diese Supererden engere Bahnen als Merkur. Dies führte zu der Hypothese, dass alle Planetensysteme mit vielen nahe beieinander liegenden Planeten beginnen und dass normalerweise eine Abfolge von Zusammenstößen zu einer Verdichtung der Masse zu einigen wenigen größeren Planeten führt, aber im Fall des Sonnensystems führten die Zusammenstöße zu deren Zerstörung und Auswurf. ⓘ
Die Bahnen der Planeten des Sonnensystems sind nahezu kreisförmig. Im Vergleich zu anderen Systemen haben sie eine geringere Bahnexzentrizität. Obwohl es Versuche gibt, dies zum Teil mit einer Verzerrung in der Radialgeschwindigkeitsnachweismethode und zum Teil mit langen Wechselwirkungen einer recht großen Anzahl von Planeten zu erklären, bleiben die genauen Ursachen ungeklärt. ⓘ
Die Perspektive der Menschheit
Das Wissen der Menschheit über das Sonnensystem ist im Laufe der Jahrhunderte schrittweise gewachsen. Bis zum Spätmittelalter und der Renaissance glaubten die Astronomen von Europa bis Indien, dass die Erde im Zentrum des Universums steht und sich kategorisch von den göttlichen oder ätherischen Objekten unterscheidet, die sich am Himmel bewegen. Obwohl der griechische Philosoph Aristarchos von Samos über eine heliozentrische Neuordnung des Kosmos spekuliert hatte, war Nikolaus Kopernikus die erste bekannte Person, die ein mathematisch vorhersagbares heliozentrisches System entwickelt hat. Der Heliozentrismus triumphierte nicht sofort über den Geozentrismus, aber die Arbeit von Kopernikus hatte ihre Verfechter, insbesondere Johannes Kepler. Mit Hilfe eines heliozentrischen Modells, das Kopernikus insofern verbesserte, als es nicht nur kreisförmige, sondern auch elliptische Umlaufbahnen zuließ, und den präzisen Beobachtungsdaten von Tycho Brahe erstellte Kepler die Rudolphinischen Tabellen, die genaue Berechnungen der Positionen der damals bekannten Planeten ermöglichten. Pierre Gassendi nutzte sie, um einen Merkurtransit im Jahr 1631 vorherzusagen, und Jeremiah Horrocks tat dasselbe für einen Venustransit im Jahr 1639. Damit wurden der Heliozentrismus und die elliptischen Bahnen Keplers nachdrücklich gerechtfertigt. ⓘ
Im 17. Jahrhundert machte Galilei den Einsatz des Teleskops in der Astronomie bekannt; er und Simon Marius entdeckten unabhängig voneinander, dass der Jupiter von vier Trabanten umkreist wird. Christiaan Huygens knüpfte an diese Beobachtungen an und entdeckte den Saturnmond Titan und die Form der Saturnringe. Im Jahr 1677 beobachtete Edmond Halley einen Merkurtransit an der Sonne, was ihn zu der Erkenntnis führte, dass die Beobachtung der Sonnenparallaxe eines Planeten (idealerweise anhand des Venustransits) zur trigonometrischen Bestimmung der Entfernungen zwischen Erde, Venus und Sonne genutzt werden konnte. Halleys Freund Isaac Newton wies in seinem Meisterwerk Principia Mathematica von 1687 nach, dass sich die Himmelskörper nicht wesentlich von den irdischen unterscheiden: Auf der Erde und am Himmel gelten die gleichen Gesetze der Bewegung und der Schwerkraft. ⓘ
Der Begriff "Sonnensystem" fand 1704 Eingang in die englische Sprache, als John Locke ihn für die Sonne, die Planeten und die Kometen verwendete. 1705 erkannte Halley, dass es sich bei wiederholten Sichtungen eines Kometen um dasselbe Objekt handelte, das regelmäßig alle 75 bis 76 Jahre wiederkehrte. Dies war der erste Beweis dafür, dass etwas anderes als die Planeten die Sonne wiederholt umkreist, obwohl Seneca dies im 1. Sorgfältige Beobachtungen des Venustransits von 1769 ermöglichten es den Astronomen, die durchschnittliche Entfernung zwischen Erde und Sonne auf 93.726.900 Meilen (150.838.800 km) zu berechnen, nur 0,8 % größer als der heutige Wert. Der Uranus, der seit der Antike gelegentlich beobachtet wurde, wurde 1783 als ein Planet erkannt, der den Saturn umkreist. 1838 gelang es Friedrich Bessel, eine Sternparallaxe zu messen, eine scheinbare Verschiebung der Position eines Sterns, die durch die Bewegung der Erde um die Sonne verursacht wird, und lieferte damit den ersten direkten, experimentellen Beweis für den Heliozentrismus. Neptun wurde einige Jahre später, im Jahr 1846, als Planet identifiziert, da seine Anziehungskraft eine geringfügige, aber nachweisbare Abweichung von der Umlaufbahn des Uranus verursachte. ⓘ
Im 20. Jahrhundert begann der Mensch mit der Erforschung des Sonnensystems, indem er Teleskope ins All schickte. Seitdem sind Menschen im Rahmen des Apollo-Programms auf dem Mond gelandet; die Apollo-13-Mission war mit 400.171 Kilometern die am weitesten von der Erde entfernte Mission eines Menschen. Alle acht Planeten wurden von Raumsonden besucht; die äußeren Planeten wurden zuerst von den Voyager-Sonden besucht, von denen eine (Voyager 1) das am weitesten entfernte Objekt der Menschheit und das erste im interstellaren Raum ist. Darüber hinaus haben Sonden auch Proben von Kometen und Asteroiden zurückgebracht, die Korona der Sonne durchflogen und Objekte im Kuipergürtel überflogen. Sechs der Planeten haben oder hatten einen eigenen Orbiter, mit Ausnahme von Uranus und Neptun. ⓘ
Aufbau
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. ⓘ
Entstehung
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. ⓘ
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. ⓘ
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. ⓘ
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. 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. ⓘ