Planetenkunde

Was ist ein Planet?

Ein Planet ist ein Himmelskörper, der sich um eine Sonne dreht. In unserem Sonnensystem gibt es 9 Planeten. Die Bahnen der Planeten sind dabei nicht so rund wie ein Kreis, sondern so oval wie eine Ellipse. Eine Ellipse kann man sich als zusammengedrückten Kreis vorstellen. Manche Bahnen der Planeten und auch der Monde sind mehr zusammengedrückte Kreise und andere weniger. Fast alle Umlaufbahnen der Planeten unseres Sonnensystems liegen auf einer Ebene, bis auf die äußere, die von Pluto. Sie ist ein wenig gekippt und kreuzt beinahe die Bahn des Planeten Neptun an 2 Stellen. Aber eben nur fast.

Umdrehung, Rotation

Weil sich Planeten um sich selbst drehen, sind sie in den Millionen Jahren fast zu Kugeln geworden. Die gedachte Linie, um die sich die Planeten selbst herumdrehen, nennt man "Achse". Oben und Unten an der Achse hat jeder Planet seine Pole. Den oben nennt man "Nordpol" und den unten nennt man "Südpol". Malt man nun in der Mitte um den gesamten Planeten noch einen Strich, dann hat man den "Äquator". Die Monde kreisen um den Planeten entlang dieser Äquatorebene. Beim Saturn kann man deutlich sehen, dass in dessen Umlaufbahn allerhand Brocken und Staub um ihn kreisen. All das fliegt in dieser Äquatorebene um ihn herum. Diese Planetenringe sind sehr dünn, können aber gleichzeitig sehr breit sein. Alle großen Planeten unseres Sonnensystems haben solche Ringe. Aber nur beim Saturn leuchten sie so hell. Die Achsen der Planeten sind ein klein wenig geneigt. Bei dem Planeten Uranus ist die Neigung so hoch, dass die Achse auf einer Linie mit der Umlaufbahn liegt. Dies ist aber der einzige Planet, bei dem die Neigung der Achse so groß ist. Mit oder gegen den Uhrzeigersinn drehen Dreht sich etwas in dieselbe Richtung wie die Zeiger auf der Uhr, dann sagt man: Es dreht sich im Uhrzeigersinn, andernfalls dreht es sich gegen den Uhrzeigersinn. Im Uhrzeigersinn (rechtsdrehend) Gegen den Uhrzeigersinn (linksdrehend) Die meisten Himmelskörper, ob Fels- oder Eisbrocken, ob Planet oder Mond, sind linksdrehend, drehen sich also gegen den Uhrzeigersinn.

Der Aufbau der Planeten

Ein Planet ist in mehreren Schichten aufgebaut. Das kann man sich vorstellen wie bei einen Pfirsich. Der hat eine Haut, das ist bei einem Planeten die Kruste, er hat Pfrisichfleisch, das ist dann der Mantel, und einen Kern, eben wie bei einem Planeten. Der Kern und der Mantel können fest oder flüssig sein. Die Kruste kann aus Gestein bestehen. Auf der Oberfläche des Planten kann allerlei herumliegen, oder es können sich Krater, Berge und Meere darauf befinden.

Die Atmosphäre

Das Teilwort "sphäre" kommt aus dem Griechischen und heißt "Kugelschale". Die Vorsilbe "Atmo" bedeutet so etwas wie Luft, etwas, das man atmen könnte. Es ist also eine Art Luftkugel, die um den Planeten herum ist. In ihr schwirren Wolken umher, und sie schützt vor dem Sonnenwind oder den Meteoriten. Man muss sich eine Atmosphäre als eine Kugel vorstellen, in der der Planet den Kern darstellt. In einer Atmosphäre können aber auch Gase sein, die man nicht atmen kann, weil sie sehr giftig sind. Und wenn es sehr kalt auf dem Planeten ist, kann das, was wir als Gas kennen, auch flüssig sein oder gar schon gefroren. Umgekehrt, kann es flüssig sein, was wir in festem Zustand kennen, wenn es sehr heiß auf dem Planeten ist. Nur die Erde hat genau das Luftgemisch, das wir zum Atmen brauchen. Wolken bilden sich immer nur in der Atmosphäre. Damit sie überhaupt in einer gewissen Höhe fliegen können, müssen sie leichter sein als das Gemisch in der Atmosphäre. Auch Monde können eine Atmosphäre haben, aber nur einer, der Titan, hat eine richtig dicke Atmosphäre.

Die Farben

Die Farben hängen davon ab, aus welchen Stoffen der Planet oder dessen Atmosphäre besteht und wie das Licht der Sonne darauf scheint. So sorgt der Stoff Schwefel auf der Oberfläche oder als Gas in der Atmosphäre für ein braun-gelbes Farbenspiel. Der Stoff Eisen hingegen färbt den Planeten etwas rötlich und das Gemisch Methan (Erdgas) sorgt im Sonnenlicht für ein helles Blau. Auf der Erde ist z.B. gefrorenes Wasser (Eis) und dampfförmiges Wasser (Wolken) weiß. Flüssiges Wasser (Meere) ist hingegen blau, wenn man vom Weltall aus auf die Erde schaut. Sand und Berge ergeben bräunliche Farbtöne. Da nicht überall dieselbe Mischung an Stoffen in der Atmosphäre oder auf der Oberfläche vorkommt, sehen alle Planeten und Monde eben anders aus, keiner gleicht dem anderen.

Die Monde

Die Monde drehen sich um die Planeten. Ihre Bahnen sind ebenfalls Ellipsen und keine Kreise. Um manchen Planeten drehen sich mehr als 10 Monde, manch anderer hat gar keinen Mond. Die meisten Monde drehen sich so schnell, wie sie an Zeit brauchen, einmal um den Planeten zu kreisen, was dazu führt, dass sie dem Planeten immer dieselbe Seite zeigen. Es kommt auch vor, dass gleich 2 oder gar 3 Monde auf derselben Bahn kreisen. Auch die meisten Monde drehen sich gegen den Uhrzeigersinn, aber einige, wie etwa der Titan vom Saturn, drehen sich im Uhrzeigersinn. Alle Monde haben wie die Planeten eigene Namen erhalten, bis auf einen. Unser Mond heißt immer noch einfach nur "Unser Mond". "Luna" ist ein Wort für "Mond" in einer anderen Sprache, aber kein richtiger Name.

Dunkle Materie 

Sie ist überall: Sie erfüllt den Raum zwischen den Galaxien und fernen Welteninseln, sie verdichtet sich in den Milchstraßensystemen und durchsetzt sogar die Umgebung unseres Planetensystems. Die Rede ist von "Dunkler Materie". Der Name ist Programm, denn alles an ihr ist dunkel: ihre Herkunft, ihre Eigenschaften, ihre Zusammensetzung. Nur eines ist klar: Sie ist Materie, ist also "schwer". Es muss sie geben, sonst lassen sich Beobachtungen an Galaxien und Sternbewegungen nicht erklären. Möglicherweise durchdringen sogar Myriaden von exotischen Teilchen jetzt - in diesem Augenblick - unseren Körper, ohne dass wir das Geringste merken. Wie kann man so sicher sein, dass es "Dunkle Materie" gibt?

Unser Sonnensystem rast mit einer ungeheuren Geschwindigkeit um das Zentrum der Milchstraße herum: es sind 22 Kilomter pro Sekunde - das entspricht fast 800.000 Stundenkilomtern! Eine solche Drehgeschwindigkeit würde unser Planetensystem vom Zentrum herausschleudern, genauso wie ein Auto, das sich mit hoher Geschwindigkeit in einer Straßenkurve, fast herausgeschleudert werden kann. Es muss also eine ebensogroße Kraft dem die Waage halten. Diese Kraft wäre die Massenanziehung der Milchstraße, also all der Massen zwischen uns und dem Zentrum der Milchstraße. Hier aber taucht die erste Schwierigkeit auf und ein indirekter Hinweis auf "dunkle Materie": Zählt man alle Massen zusammen, erhält man einfach nicht genug Materie, die dieser gewaltigen Fliehkraft Paroli bieten kann. Es muss also noch eine andere Form von Materie da sein - die Dunkle Materie. Dunkel, weil sie offensichtlich nicht leuchtet und auch kein Gassstaub ist und allen direkten Beobachtungen bisher entzogen hat.

Einen weiteren direkteren Hinweis erhält man aus einem ununterbrochenen Scannen unseres Sternenhimmels. So zeigte sich beispielweise bei einem Stern der großen Magellanschen Wolke, einer Begleitergalaxie unserer Milchstraße, ein Helligkeitsausbruch über etwa 50 Tage. Die einzig mögliche Erklärung dafür ist: Ein "dunkler" Stern der Milchstraße hatte sich vor ihn geschoben und mit seiner Masse wie eine Linse die Helligkeit des Sterns verstärkt. Beobachtungen dieser Art gibt es seit 1992 in Fülle. Unsere Milchstraße muss nach Berechnungen der Astronomen zu fast 90 Prozent aus dieser unbekannten Materie bestehen, sonst flöge sie auseinander. Fremde Galaxienhaufen enthalten - so die neuesten Zahlen - sogar bis zu 99 Prozent Dunkle Materie. Die "normale" Materie, die die Pyhsiker in ihren Laboratorien und Teilchenbeschleunigern bisher kannten, ist also nur die klitzekleine Spitze eines wahrhaft riesigen Eisberges.

Woraus kann dieser dunkle Stoff nach Einschätzung der Astronomen denn überhaupt bestehen? Aus den Rechnungen zum Urknall ist bekannt, dass es für die "normale" Materie - die baryonische Materie - einen oberen Grenzwert geben muss. Im Durchschnitt kann das All nicht mehr als ein Wasserstoffatom pro Kubikmeter enthalten - ein wahrhaft "mageres" Gewicht. Die bereits identifizierte Dunkle Materie macht aber eine höhere Massendichte aus - und demnach, so kann man messerscharf schließen - besteht diese dunkle Materieform zum überwiegenden Teil nicht aus "normalen" Atomen. Für den (kleinen) baryonischen Anteil der Dunklen Materie gibt es aussichtsreiche Kandidaten: so genannte Rote, Braune oder Schwarze Zwerge. Das sind Sterne mit deutlich geringerer Masse als unsere Sonne und mit erheblich geringerer Leuchtkraft. Sie sind also deswegen für die Astronomen und ihre Fernrohre quasi dunkel. Aber welche Kandidaten gibt es für den überwiegenden, den nicht-baryonischen, exotischen Teil der Dunklen Materie? Möglicherweise handelt es sich um Elementarteilchen, die bis heute noch unbekannt sind.

Geschichte des Universums

Mit den größten Fernrohren erblickt man das Weltall bis zu 15 Mrd. Lichtjahren Entfernung in jede Richtung und findet es erfüllt von mehr als 100 Mrd. Sternensystemen. Man schätzt heute den Radius des Weltalls auf 18 Mrd. Lichtjahre.Die Vorstellung von der unendlichen Ausdehnung des Weltalls ist durch die allgemeine Relativitätstheorie als falsch erkannt worden.Nach Einstein ist der Raum gekrümmt und die Raumkrümmung abhängig von der mittleren Dichte der im Raum enthaltenen Materie. Das Weltall ist geschlossen und endlich, aber unbegrenzt. Wegen der Fluchtbewegung der Galaxien nimmt die Materiedichte (und damit die Raumkrümmung) ständig ab. Der Radius des Weltalls ist daher nicht konstant, sondern nimmt stetig zu, das Weltall dehnt sich aus. Je weiter die Objekte entfernt sind, die wir mit Teleskopen beobachten, desto tiefer blicken wir zurück in die Vergangenheit. Schon das Licht der Magellanschen Wolken, unserer nächstgelegenen Galaxie, ist über 165 000 Jahre alt und also noch vor der letzten Großen Eiszeit zu Lebzeiten der Neandertaler entstanden. Die fernsten bekannten Objekte, die Quasare, mit einer Entfernung von bis zu 15 Milliarden Lichtjahren, entsandten ihr Licht also zu einer Zeit, in der es unsere Sonne und die Erde noch gar nicht gab.

BIG BANG

Die Urknalltheorie wird heute kaum noch von einem Astronomen bezweifelt. Der Priester und Astronom Georges Lemaitre kam 1927 auf die Idee. Er behauptete , daß bei einer radioaktiven Explosion eines Uratoms, in dem alle Masse und Energie enthalten war, ein expandierendes Universum entstanden sei. Der Kernphysiker und Kosmologe Georg Gamow erarbeitete mit Ralph Alpher und Hans Bethe das Modell eines heißen und dichten frühen Universums, und entwickelte so die Urknalltheorie. Seine großartige Vorhersage, daß das Universum heute bis auf wenige  Grad über Null abgekühlt sei, wurde durch die Entdeckung der kosmischen Hintergrundstrahlung 1965 bestätigt.
Nach heutigen Erkenntnissen entstand das Weltall aus reiner Energie und war unmittelbar nach dem Urknall kleiner als ein Atomkern. Die Unregelmäßigkeiten, die in der Verteilung der Energie entstanden, sind heute als Flecken in der kosmischen Hintergrundstrahlung messbar. In der Phase der Inflation dehnte sich das Universum schlagartig innerhalb einer billionstel Sekunde auf astronomische Größe aus, die Unregelmäßigkeiten wuchsen mit. Nach dieser Ausdehnung kondensierte ein Teil der Energie zu Materie, und es entstanden Elementarteilchen und Atome. Wegen der Unregelmäßigkeiten wurde die Materie nicht gleichförmig verteilt und es entstanden Gaswolken aus denen später Galaxien und Sterne wurden.
Das Universum expandiert seit 14 Milliarden Jahren und wird dies weiter, bis in alle Ewigkeit  tun. In 100 Billionen Jahren werden die letzten Sterne verglühen und der Grossteil wird zu Weißen Zwergen mit sehr geringer Leuchtkraft werden. Nach 100 Quintillionen Jahren lösen sich die Atomkerne auf, es kommt zum totalen Zerfall der Materie. Es wird dunkel im Kosmos, und allein die Schwarzen Löcher existieren weiter. Schließlich, wenn die unvorstellbare Zeitspanne von 10¹⁰⁰ Jahren vergangen ist, verdampfen auch die Schwarzen Löcher, das All versinkt in völliger Dunkelheit. Es existiert nichts mehr als der kalte und leere Raum, der sich immer noch weiter ausdehnen wird. Die Möglichkeit das das Universum Tochteruniversen gebirt die sich dann abnabeln, kann nicht ausgeschlossen werden.