Karlas Wecker klingelt. Draußen hängen dunkle Wolken am Himmel, aber das stört sie nicht. „Das schlechte Wetter ist mir egal”, sagt sie fröhlich. „Denn ich fliege heute ins Sonnensystem.” Karla hat am Abend zuvor ihren Ausflug sehr genau geplant, denn sie will die kleinen Objekte im Sonnensystem besuchen. Sie weiß, dass es gar nicht so einfach sein wird, diese zu finden. Vermutlich wird sie auch suchen müssen. „Mein Bordcomputer wird mir helfen”, sagt sie entschlossen und packt ihren Proviant in den Rucksack.
„Alle kennen die großen Planeten,“ murmelt Karla, während sie ihren Rucksack in der Rakete verstaut, „aber ich will die winzigen Dinge finden, aus denen vor langer, langer Zeit alles entstanden ist!“ Sie startet ihre Rakete „Sternenblitz“. Karla ist immer wieder fasziniert, wie schnell die Erde unter ihr kleiner und kleiner wird. „Welch schöner und lebensfreundlicher Platz“, denkt sie. „Hoffentlich passen die Menschen gut darauf auf.“
Um zu den kleinen Objekten im Sonnensystem zu gelangen, fliegt Karla zunächst ins äußere Sonnensystem. Nachdem sie am Mars vorbeigeflogen ist, sieht sie bald viele kleine Steine. „Achtung, Asteroidengürtel!“, ruft sie ihrem Bordcomputer zu. Überall um sie herum sind nun die Asteroiden zu sehen, einige ganz klein, andere so groß wie Häuser.
Doch bevor Karla die Asteroiden untersucht, will sie ein anderes Objekt im Asteroidengürtel untersuchen: einen Zwergplaneten, der Ceres heißt. Ceres sieht etwas anders als die anderen Asteroiden aus, denn er ist eine richtige Kugel und hat einen Durchmesser von 940 Kilometern. Ceres’ Oberfläche besteht aus Stein und ist voller kleiner Krater. „So schön”, staunt Karla und presst die Nase ans Fenster. Im Asteroidengürtel gibt es sonst keine weiteren Zwergplaneten und Karla untersucht die Asteroiden, die immer wieder in Sicht kommen.
Die Asteroiden haben zum Teil sehr bizarre Formen. Größere Asteroiden haben fast eine runde Form, und viele kleinere sind langgezogen oder flach, oval oder beliebig geformt. „Es gibt die unterschiedlichsten Strukturen”, freut Karla sich. Aber bisher hat sie noch nicht die Objekte gesehen, nach denen sie sucht. Auch auf dem Computer erscheinen keine Signale.
Karla könnte den ganzen Tag dem Tanz der Asteroiden zusehen, doch sie hat noch einen langen Weg vor sich und steuert ihre Rakete weiter ins äußere Sonnensystem. „Wunderschöne Objekte. Aber jetzt muss ich weiter”, sagt sie und stellt den Bordcomputer auf ihr nächstes Ziel ein. Denn Karla hat ein ganz besonderes Ziel, den Zwergplaneten Pluto. Pluto befindet sich hinter der Neptunbahn. „Pluto hat einmal zu den Planeten gehört, aber ihm wurde dieser Status aberkannt, als eine Definition für ‘Planet’ gefunden werden musste”, erklärt Karla ihrem Bordcomputer. „Aber das weißt du ja alles!”, lacht sie.
Bevor sie Pluto weiter untersucht, geht Karla zu ihrem Bordcomputer. „Warum finde ich denn keine Staubteilchen?”, fragt sie laut. „Eigentlich sollte ich doch überall Signale der Staubteilchen erhalten.” Karla dreht an den Knöpfen des Computers, aber egal, was sie einstellt, es kommt kein Signal. „Seltsam”, denkt Karla. „Ich muss mir die Messinstrumente noch einmal ansehen. Vielleicht ist etwas kaputt.” Sie dreht an den Knöpfen ihres Bordcomputers. Sie zoomt in die Aufnahme der Signale, sie erhöht die Intensität, sie drückt hier und dreht da. Plötzlich blinkt der Bildschirm auf und dann ist alles schwarz.
„Was habe ich gemacht? Bist du da?”, fragt Karla ihren Bordcomputer. Keine Antwort. Karla drückt weiter auf die Knöpfe, doch der Bildschirm bleibt schwarz. Langsam steigt Panik in ihr auf, ihre Rakete hat auch keine Steuerung mehr. „Bleib ruhig, denk nach”, sagt sie sich leise und atmet tief durch. Sie überlegt, welche Knöpfe sie zuvor gedrückt hat.
Einer dieser Knöpfe regelt die Frequenz ihres Funkscanners. Damit sucht sie normalerweise nach Radiowellen von Planeten. „Moment mal, vielleicht habe ich die falsche Frequenz erwischt!“ Sie stellt den Regler vorsichtig zurück. Da hört sie ein leises Piep … piep … piep. „Was ist das denn?“ Auf dem Bildschirm erscheint eine blinkende Linie und daneben ein Zahlencode. „Das ist kein Fehler!“, ruft Karla begeistert und erleichtert. „Das ist ein Signal von einem Satelliten!“ Sie sieht in ihren Daten nach. „Vielleicht ist das sogar ein alter Forschungssatellit, der noch irgendwo zwischen Mars und Jupiter schwebt!“ Karla grinst. „Ich habe aus Versehen eine Botschaft aus dem All empfangen!“
Da ihre Messinstrumente wieder funktionieren, kann sie nun beginnen, Pluto zu vermessen und speichert alle Daten in ihrem Computer. Doch ihre Gedanken sind woanders. „Die Messinstrumente funktionieren einwandfrei. Warum finde ich keine Staubteilchen?”, fragt sie sich besorgt. Sie entfernt sich weiter vom Sonnensystem, aber ihre Messinstrumente zeigen keine Signale der kleinen Teilchen. Auf ihrer Suche findet sie drei weitere Zwergplaneten: Eris, Haumea und Makemake. „Schau mal, Haumea sieht aus wie ein Ei”, lacht sie.
Karla ist nun weit von der Sonne entfernt im Kuipergürtel, wo es ähnlich wie im Asteroidengürtel kleine Gesteinskörper gibt. Doch diese Körper sind nicht harte Steine, wie die Asteroiden, sondern sind porös und bestehen aus Eis und Gestein. „Von hier kommen die Kometen”, erklärt sie ihrem Bordcomputer, der dies natürlich weiß und sanft lächelt. „Aber nicht alle”, gibt er zurück. „Nein, das stimmt. Einige stammen aus der Oortschen Wolke und vielleicht gibt es einige Kometen aus dem interstellaren Raum”, erklärt Karla weiter. Wenn der Bordcomputer nicken könnte, würde er es vermutlich tun. „Auf zur Oortschen Wolke”, ruft Karla aufgeregt.
Doch bevor Karla die Koordinaten ihres nächsten Ziels eingeben kann, gibt es einen heftigen Ruck in der Rakete. Karla sieht, dass auch die Kuipergürtelobjekte hin- und herschwanken und plötzlich sieht sie ein Objekt, das sich zur Seite wegdreht und mit großer Geschwindigkeit auf ihre Rakete zusteuert. „Objekt auf Kollisionskurs. Ich weiche aus”, schrillt es aus dem Bordcomputer. Karla muss sich festhalten, als ihre Rakete lossaust. Das Kuipergürtelobjekt verpasst die Rakete nur um wenige Meter und fliegt mit großer Geschwindigkeit auf das Zentrum des Sonnensystems zu. Karla atmet erleichtert aus und schaut dem Objekt nach. „Das wird ein neuer Komet”, sagt sie. „In den nächsten Nächten können wir vielleicht ein Spektakel beobachten.”
„Jetzt aber schnell zur Oortschen Wolke”, sagt Karla und dreht die Rakete wieder auf die richtige Bahn. „Mal sehen, ob wir Objekte finden.” Auf dem Weg hält Karla weiter Ausschau nach den fehlenden Staubteilchen, bisher gibt es kein einziges Signal. Um sie herum ist alles still. Kein Geräusch, kein Licht – nur sie und ihre Rakete. Für einen Moment fühlt sie sich winzig, aber auch frei. Die Oortsche Wolke entpuppt sich als eher leer. Hier und da sieht Karla kleine Objekte. Sie hatte eigentlich etwas mehr erwartet von dem Bereich, aus dem die langperiodischen Kometen stammen sollen. „Na gut. Dann lass uns nach Hause fahren”, sagt Karla leicht enttäuscht. Sie ist heute nicht zufrieden mit ihrer Forschungsreise. „Wo sind nur die Staubteilchen?”
Sie dreht die Rakete um und tippt die Koordinaten der Erde in den Bordcomputer. Sie dreht an den Knöpfen, um die Messinstrumente auszuschalten und genießt den Blick aus dem Fenster. Plötzlich hört Karla einen leisen Ton und sie schaut sich überrascht um. „Was war das denn?”, überlegt sie. Dann gibt es ein weiteres Signal und Karla sieht auf einmal, dass ihr Bordcomputer ein Signal anzeigt. „Ich hatte die Messinstrumente doch ausgeschaltet”, wundert sie sich. Doch als sie genau hinsieht, sind die Messinstrumente noch an, sie hatte sie nicht ausgeschaltet, sondern nur auf eine andere Frequenz gestellt. Dann erscheint wieder ein Signal, ein ganz leichtes.
Karla betrachtet die nun vermehrt auftretenden Signale, doch wenn sie aus dem Fenster schaut, sieht sie nichts. Sie wertet die gemessenen Zahlen der Signale aus. „Die Staubteilchen, da sind sie ja!”, ruft sie schließlich fröhlich. „Ich musste nur die Frequenz ändern. Die Staubteilchen sind überall!” Auf dem gesamten Rückweg gibt es immer wieder Signale. Karla freut sich sehr, denn sie hat auch Staubteilchen aus den Anfängen des Sonnensystems gefunden. Aus diesem Staub ist alles entstanden, die Asteroiden, die Zwergplaneten, die Planeten und die Sonne. Karla ist fasziniert. Obwohl das Sonnensystem so weit und leer scheint, gibt es doch überall etwas zu finden.
Als Karla wieder zu Hause ist, sichert sie zunächst ihre Messdaten. Es ist wichtig, dass alles genau dokumentiert wird. Sie erinnert sich an das Funksignal, das ihr zunächst so viel Angst bereitet hat. „Manchmal muss man die Dinge nur anders betrachten – so wie ich die Frequenz verändern musste. Auch im Leben finden wir oft Antworten, wenn wir unsere Perspektive ändern“, denkt sie. Dann geht sie in ihr Haus und kuschelt sich in ihr warmes Bett. Als sie einschläft, träumt sie von ihrem nächsten Abenteuer. „Ich werde zum Mond fliegen, oder zum Mars”, sagt sie noch, bevor sie einschläft.
Erklärungen zu den Geschichten
für interessierte Kinder und Erwachsene
In unserem Sonnensystem gibt es viele verschiedene Objekte, nicht nur die Sonne und ihre Planeten, sondern auch Zwergplaneten, Asteroiden, Kuipergürtelobjekte, Kometen und Staub.
Im Folgenden werde ich einige Informationen zu diesen Objekten aufschreiben. Die Forschung beschäftigt sich mit all diesen Objekten und sie werden entweder von der Erde aus oder mithilfe von Satelliten und Raumsonden untersucht.
Zwergplaneten
Seit 2006 gibt es den Begriff der Zwerplaneten, denn zu dieser Zeit wurde eine Definition für den Begriff „Planet“ und „Zwergplanet“ erstellt. Zuvor wurden alle großen Objekte im Sonnensystem als Planeten eingestuft. Aber durch die Entwicklung immer besserer Instrumente wurden immer mehr Objekte gefunden, die zu den Planeten hätten gezählt werden können. Daher kam der Wunsch auf, den Begriff „Planet“ zu definieren.
In diesem Zusammenhang wurde der Begriff Zwergplanet gebildet, zu dem seit 2008 fünf Objekte zählen.
Die fünf Zwergplanten im Sonnensystem sind Ceres im Asteroidengürtel und Pluto, Eris, Makemake und Haumea, die sich hinter der Neptunbahn befinden (diese werden auf transneptunische Zwergplaneten oder Plutoiden genannt).
Es gibt weitere Objekte, die darauf warten, als Zwergplaneten eingestuft zu werden, darunter sind n10 Objekte, die einen Durchmesser größer als 800 km haben.
Asteroiden
Asteroiden sind Objekte, die im Asteroidengürtel zwischen den Bahnen von Mars und Jupiter um die Sonne kreisen. Das größte Objekt im Asteroidengürtel ist der Zwergplanet Ceres. Es wird vermutet, dass Ceres nicht zu einem größeren Planten wachsen konnte, da Jupiter sehr schnell gewachsen ist und dadurch einen gravitativen Einfluss auf die Objekte im Asteroidengürtel genommen hat (siehe unten).
Der Asteroidengürtel ist in drei Bereiche aufgeteilt, die durch Lücken abgegrenzt werden, in denen sich keine Objekte befinden. Die Objekte in diesen Bereichen werden je nach Bahn und Zusammensetzung in neun Familien unterteilt. Vermutlich entstanden die Asteroiden jeder Familie durch das Auseinanderbrechen eines großen Asteroiden, z.B. durch eine Kollision mit einem anderen Asteroiden.
Kuipergürtelobjekte und Kometen
Hinter der Neptunbahn befindet sich der Kuipergürtel. Anders als im Asteroidengürtel haben sich die Objekte im Kuipergürtel nie zu einem großen Objekte verbunden, sondern sind pristine Objekte des Sonnensystems. Sie sind porös und enthalten Eis, während die Asteroiden eher feste Gesteinsbrocken sind.
Es kommt vor, dass die Bahn der Objekte im Kuipergürtel durch den gravitativen Einfluss größerer Objekte gestört wird, so dass diese Objekte ins Innere des Sonnensystem gelangen können. Wenn sich diese Gesteinsbrocken in der Nähe der Sonne befinden, beginnt das Eis in diesen Objekten zu verdampfen. Dadurch wird auch Staub freigesetzt und es bilden sich Schweife: ein Schweif aus Gas und ein Schweif aus Staub. Wir nennen ein solches Objekt Komet. Es ist herrlich Kometen von der Erde aus zu sehen. Einige Kometen kommen ständig zurück ins innere Sonnensystem, wie der Komet Halley, der alle 74 Jahre zurückkehrt. Andere Kometen brauchen mehrere tausend Jahre um zurückzukehren und andere Kometen verschwinden im Weltall und kommen nicht mehr zum Sonnensystem zurück.
Staub
Das Sonnensystem hat sich aus Staub und Gas gebildet. Dieser Staub ist weiterhin im Sonnensystem zu finden oder kann neu entstehen, wenn es zur Kollision von größeren Objekten kommt.
Wir können den Staub in der Form des Zodialkallichts beobachten, aber nur wenn wir den Abendhimmel kurz nach Sonnenuntergang an einem sehr dunklen Ort beobachten, an dem es kein Streulicht gibt. Dieser Staub wird interplanetarer Staub genannt.
Warum ist ein Planet rund?
Wie alle Objekte im Sonnensystem, entstehen auch die Planeten durch die Ansammlung von Staub. Zunächst treffen sich Staubteilchen zufällig und haften zusammen. Je größer ein Objekt wird, umso größer wird seine Masse, dadurch wird seine Gravitation größer, wodurch weitere Teilchen an der Oberfläche anhaften.
Je größer die Masse wird, umso größer wird die Temperatur im Inneren des Objekts. Ist die Masse und damit die Temperatur sehr groß, beginnt das Gestein des Objekts zu schmelzen. Zu diesem Zeitpunkt bildet sich eine Kugel, denn dies ist die energetisch günstigste Form, die ein Körper einnehmen kann.
Was zu diesem Zeitpunkt auch passiert, ist, dass sich die schweren Materialien, z.B, Metalle, in die Mitte der Kugel bewegen, und die leichteren Materialen weiter am Rand der Kugel sind. Dieser Prozess wird Differenzierung genannt.
Was ist ein Planet?
2006 präsentierte die International Astronomical Union (IAU) die Definition eines Planeten:
Ein Planet ist ein astronomischer Körper mit folgenden Eigenschaften:
- Er befindet sich auf einer Bahn um die Sonne.
- Er hat eine runde Form aufgrund seiner Eigengravitation.
- In der Umgebung seiner Bahn gibt es keine weiteren Objekte.
Für einen Zwergplaneten gelten die ersten beiden Punkte. Auf der Bahn der Zwergplaneten gibt es also andere Objekte.
Kleinkörper werden dann alle anderen Objekte genannt.
Wie werden die Bahn eines Objekts im Sonnensystem beschrieben?
Die Bahn eines Planeten oder anderen Objekts wird durch verschiedene Werte bestimmt:
- die Entfernung vom Stern oder der großen Bahnhalbachse (a), bei einer elliptischen Bahn
- der Exzentrizität: die Abweichung von einer Kreisbahn,
- der Inklination: der Winkel der Abweichung von der mittleren Planetenebene (Ekliptik), der Ebene auf der sich die Planeten um die Sonne drehen
Was ist ein Komet?
Ein Komet besteht aus einem Kern, einem Halo um den Kern, und zwei Schweifen. Der Kern ist ein poröser Stein, der Eis enthält. In den kalten Bereichen des Sonnensystems ist der Stein nicht aktiv, das heißt es gibt keinen Halo und keine Schweife. Erst wenn sich der Kometenkern der Sonne nähert, wird der Kern heiß, das Eis evaporiert und Teile des Gesteins werden als kleine Brocken und Staub abgegeben. Es bilden sich zwei Schweife, ein Schweif aus Gas und ein Schweif aus kleinen Gesteinen und Staub. Der Gasschweif ist leicht blau und immer von der Sonne weg gerichtet, der Staubschweif ist eher gelb und ist in die Richtung der Kometenbahn gebeugt. Das Foto, das in der Geschichte abgebildet ist, zeigt den Halo und besonders die zwei Scheife.
Warum entstand zwischen Mars und Jupiter kein Planet?
Es gibt eine Formel, mit der berechnet wurde, bei welchen Entfernungen sich Planeten im Sonnensystem befinden, das ist das sogenannte Titius-Bode Gesetz. Nach diesem Gesetz müsste sich zwischen Mars und Jupiter ein Planet befinden, doch anstatt eines großen Planeten befindet sich dort der Zwergplanet Ceres und viele Asteroide.
Es wird angenommen, dass Jupiter sehr schnell gewachsen ist und dass sich aufgrund seiner großen Masse und der dadurch entstehenden Gravitationskraft, die Bahn der Asteroiden so verändert hat, dass sie sich nicht zu einem Planten zusammenfinden konnten.
Es wird beobachtet, das sie Asteroiden nicht auf beliebigen Bahnen kreisen, sondern ein bestimmtes Muster bilden. Es gibt Bereiche, im Asteroidengürtel, wo keine Asteroiden vorkommen, sich also Lücken gebildet haben. An diesen Stellen kommt es regelmäßig zu nahen Begegnungen mit Jupiter, wodurch die Asteroiden Energie bekommen, durch die sie aus dem Asteroidengürtel entfernt werden.
Man kann sich das so vorstellen, als stieße man ein Kind auf einer Schaukel regelmäßig im richtigen Moment an, so dass es an Schwung gewinnt, irgendwann wird es zu hoch schaukeln. Die Asteroiden, die sich einmal in den Lücken im Asteroidengürtel befanden, wurden in ähnlicher Weise regelmäßig von Jupiter angestoßen und bekamen so viel Energie, dass sie auf andere Bahnen verschoben wurden.
In dem Graphen unten ist dargestellt, wie viele Asteroiden sich entlang des Asteroidengürtels zwischen Mars und Jupiter befinden. Die Einheit an der x-Achse (unten) ist Astronomischen Einheiten (AE) und ist die Entfernung von der Sonne. Eine Astronomische Einheit ist die Entfernung von der Erde zur Sonne (150 Millionen km). Auf der y-Achse ist die Anzahl der Asteroiden dargestellt.
Mars befindet sich bei 1.52 AE und Jupiter bei 5.2 AE. Dazwischen liegen die Asteroiden.
Bei 2.5, 2.8 und 2.95 AE sieht man ganz deutlich Lücken. An diesen Stellen werden die Asteroiden durch Jupiter immer wieder angestoßen, bekommen viel Energie und verlassen den Asteroidengürtel.
Aufgrund dieses gravitativen Einflusses von Jupiter auf die Objekte im heutigen Asteriodengürtel konnte sich nie ein Planet zwischen Mars und Jupiter bilden.
Einiger dieser Fakten sind beliebig kompliziert und ich habe diese hier nur prinzipiell und zum Teil nur ansatzweise dargestellt, damit du erstmal eine grobe Idee von der Physik bekommst.
Falls du Fragen hast oder ich einige Punkte detaillierter erklären soll, schick mir doch bitte einen Kommentar. Dann werde ich diese Seite erweitern oder dir Informationen zum Thema schicken.