Unser Sonnensystem

Die acht Hauptplaneten unseres Sonnensystems

Die Planetenumlaufbahnen

Die inneren Planeten

ISS International Space Station

Die äusseren Planeten

Grössenverhältnisse der Planeten

Unsere Milchstrasse
 

Start

Die Planteten-Umlaufbahnen

Die inneren Planeten

ISS Space Station, calculate next pass

Die äusseren Planeten

Planetary Photojournal

ESO

Zeitzonen

Earth-View

Grössenverhältnisse in unserem Sonnensystem

Mit einem Modell kannst du dir die Grössenverhältnisse und Entfernungen im Sonnensystem einigermassen gut vorstellen. Nimm an, wir würden das Sonnensystem so weit schrumpfen lassen, dass die Sonne nur noch so gross wie ein Gymnastikball (70 cm) ist. Die Tabelle zeigt dir, wie gross und in welchem Abstand dann die Planeten zu finden wären:

Wenn also in diesem Modell die Sonne ein grosser Gymnastikball von 70 cm Durchmesser ist, hat die Erde die Grösse einer Erbse, die die Sonne in 75 m Abstand umkreist. Jupiter kannst du dir als Apfelsine in 400 m Entfernung vorstellen, während Pluto stecknadelkopfgross 3 km entfernt ist. Der nächste Stern ist in diesem Modell aber immer noch 20´000 km entfernt - das ist in Australien!
 

Sonne

Sun Zentralstern des Sonnensystems. Gemessen an anderen Sternen ist die Sonne nur ein Stern mittlerer Grösse und durchschnittlich hell, obgleich die überwiegende Mehrheit der Sterne in ihrer Nachbarschaft noch kleiner und somit lichtschwächer sind. Die Sonne ist ein Zwergstern des Spektraltyps G2 mit einer Oberflächentemperatur von ungefähr 5700 Kelvin. Wie alle Sterne stellt sie eine Kugel aus heissem Gas dar, die ihre Energie durch die Kernfusion im Zentrum bei Temperaturen um 15 Millionen Kelvin gewinnt. Jede Sekunde verliert die Sonne durch atomare Verschmelzung von Wasserstoff in Helium rund 4 Millionen Tonnen an Masse.

Jenseits des Kerns erstreckt sich die Strahlungszone, in der hochenergetische, während der Fusion erzeugte Photonen mit Elektronen und Ionen zusammenstossen und in Form von Licht und Hitze zurückgestrahlt werden. Auf die Strahlungszone folgt die Konvektionszone. Hier steigen Gasströme auf, in denen die Energie an die Oberfläche transportiert wird, bevor das Gas wieder absinkt, um sich erneut aufzuheizen. Diese Zirkulationsströme sind die Ursache für die gesprenkelte Oberflächenstruktur der Sonne, die sogenannte Granulation. Die Oberflächenschichten, die sogenannte Photosphäre, in der das Licht erzeugt wird, welches unsere Augen auffangen, sind nur wenige hundert Kilometer dick.

Auf die Photosphäre folgt weiter aussen die Chromosphäre der Sonne. Sie ist während einer totalen Sonnenfinsternis als leuchtender rosafarbener Kranz um die Sonne sichtbar. Aus der Chromosphäre schiessen Spiculen und Protuberanzen heraus. Nach aussen setzen sich die dünnsten Schichten der Sonnenatmosphäre fort und bilden die Korona, die schliesslich in den interplanetaren Raum übergeht.

Merkur

Mercury Der sonnennächste und kleinste der terrestrischen Planeten. Die Beobachtung Merkurs von der Erde aus ist sehr schwierig, da er zum einen sehr klein ist und sich zum anderen am Himmel nicht weiter als 28° von der Sonne entfernt. Aus diesem Grunde zeigt Merkur ebenso wie der zweite innere Planet, Venus, ähnlich wie der Mond Phasen. Bis zum Vorbeiflug der Sonde Mariner 10 in den Jahren 1974 und 1975 war nur wenig über die Oberfläche und die sonstige Eigenschaften des Planeten bekannt. Die Sonde lief auf einer Bahn um die Sonne, auf der sie dreimal an dem Planeten vorbeiflog, bevor ihr Treibstoff zur Höhensteuerung zur Neige ging und sie sich nicht mehr kontrollieren liess. Mit den übermittelten Aufnahmen liessen sich etwa 35 Prozent der Oberfläche kartieren.

Etwa 70 Prozent des erfassten Gebietes sind stark von Kratern zerfurcht. Die auffälligste Formation ist das Caloris-Becken, ein riesiger Einschlagkrater mit einem Durchmesser von 1300 Kilometern, der einem Viertel des Planetendurchmessers entspricht. Sein verhältnismässig ebener Boden ist durch geschmolzenes Material aus der Asthenosphäre entstanden, das auch Abschnitte des Auswurfmaterials überflutet hat. Der Einschlag ereignete sich vor etwa 3,8 Milliarden Jahren und führte zu einem zeitweiligen Wiederaufleben des bereits seit rund hundert Millionen Jahren erloschenen Vulkanismus, wodurch das ebene Terrain innerhalb des Beckens und in dessen Umgebung entstanden. Auf der gegenüberliegenden Seite des Planeten findet man ein merkwürdig chaotisches Gebiet, das vermutlich durch die beim Aufschlag ausgelöste Schockwelle entstanden ist.

Auffällig sind ebenfalls gewundene Böschungen (Rupes). Sie erstrecken sich zwischen einigen hundert und 3000 Meter hohen Bergrücken, die vermutlich entstanden, als sich die Kruste beim Abkühlen des Planeten zusammenzog. In einigen Fällen durchziehen sie auch Krater.

Der Planet rotiert so langsam, dass ein Tag zwei Jahren entspricht. Hierdurch entstehen enorme Temperaturunterschiede. Im sonnennächsten Punkt (Perihel) treten auf der Tagseite Temperaturen bis zu 430°C auf, während sie auf der Nachtseite auf -170°C absinken.

Wegen dieser hohen Temperaturen und der geringen Masse kann der Merkur keine Atmosphäre halten. Es wurden jedoch geringe Mengen an Schwefel und Helium nachgewiesen. Sie werden vermutlich frei, wenn Mikrometeorite auf der Oberfläche einschlagen, wenn radioaktive Elemente im Oberflächenmaterial zerfallen, oder sie werden aus dem Sonnenwind eingefangen.

Die Dichte des Merkur ist nur wenig geringere Dichte als die der Erde. Zieht man die geringe Grösse und damit einen geringeren Druck im Innern in Betracht, so kommt man zu der Vermutung, dass etwa 70 Prozent der Gesamtmasse in einem ausgedehnten Eisenkern stecken müssen, der etwa 75 Prozent des Radius einnimmt. Auch ein schwaches Magnetfeld, das etwa ein Prozent des irdischen erreicht, spricht für einen metallischen Kern.
 

Venus

Venus Von der Sonne aus gesehen der zweite Planet des Sonnensystems. Er gehört zu den terrestrischen Planeten und ist in der Beschaffenheit der Erde ähnlich und nur wenig kleiner als diese. Wie die Erde ist die Venus von einer ausgeprägten Atmosphäre umgeben.

Von allen Planeten kommt die Venus der Erde am nächsten und ist nach Sonne und Mond das hellste Objekt am Himmel. Da ihre Umlaufbahn innerhalb der Erdumlaufbahn liegt, kann sie am Himmel nie weiter als 47° von der Sonne entfernt stehen. Aus diesem Grund ist sie entweder abends am Westhimmel oder morgens am Osthimmel zu sehen und wird entsprechend als Morgen- oder Abendstern bezeichnet.

Aufgrund ihrer Lage innerhalb der Erdumlaufbahn durchläuft die Venus die Phasen ähnlich dem Mond. Zum Zeitpunkt ihrer grössten Helligkeit und Erdnähe ist die Sichelgestalt schon in einem kleinen Teleskop zu sehen. Die Oberfläche von Venus ist ständig von dichten, stark reflektierenden Wolken bedeckt, die im sichtbaren Licht nur wenige Strukturen zeigen, im ultravioletten Licht aber eine Bandstruktur aufweisen, einschliesslich einer charakteristischen Y-förmigen Struktur. Diese Wolken bestehen aus Schwefelsäure-Tröpfchen, die sich durch die Einwirkung des Sonnenlichts auf in der Atmosphäre vorhandenem Kohlendioxid, Schwefel Verbindungen und Wasserdampf bilden.

Die Atmosphäre besteht überwiegend aus Kohlendioxid. Der Druck an der Oberfläche ist 90mal höher als auf der Erde. Die aussergewöhnlich hohe Oberflächentemperatur von 450°C ist eine Folge des Treibhauseffekts.

Venus war in den 70er und 80er Jahren das Ziel zahlreicher sowjetischer und amerikanischer Raumsonden, namentlich der sowjetischen Venera- und Vega-Programme und der amerikanischen Pioneer Venus-Sonden. Die extremen Temperaturen und Drucke stellen erhebliche Probleme dar; viele der Raumsonden wurden nach relativ kurzer Zeit zerstört, manchmal sogar bevor sie Daten übermitteln konnten. Dennoch war es möglich, die chemische Zusammensetzung einiger Gesteinsproben zu bestimmen und Panoramaaufnahmen der unmittelbaren Umgebung der Landestellen zu übermitteln, auf denen eine wüste Felsenlandschaft zu sehen war.

Die ersten Radarkarten, die von Raumsonden auf einer Umlaufbahn um die Venus angefertigt wurden, zeigten, dass der überwiegende Teil der Oberfläche aus ausgedehnten Ebenen mit mehreren grossen Plateaus besteht, die Höhen von einigen Kilometern erreichen. Die beiden grössten Hochebenen sind Ishtar Terra auf der nördlichen Halbkugel und Aphrodite Terra in der Äquatorregion. Die Maxwell Montes mit einer Höhe von 11 Kilometern über dem mittleren Niveau der Planetenoberfläche stellen die höchste Erhebung dar.

1990 trat die US-Raumsonde Magellan in eine Umlaufbahn um die Venus ein und begann mit der Kartierung der Oberfläche, wobei sie auf eine hochentwickelte Radartechnik zurückgreifen konnte, die eine wesentlich bessere Auflösung als bisher lieferte. Zahlreiche Hinweise sowohl auf Einschlagstrukturen als auch auf Vulkanismus in der jüngeren Vergangenheit wurden entdeckt. Im Vergleich zum Sonnensystem ist die Venusoberfläche jung: Der älteste Krater entstand vor 800 Millionen Jahren. Dennoch wurde kein Hinweis auf noch aktiven Vulkanismus gefunden.

Durch die dichte Atmosphäre und hohe Oberflächentemperatur unterscheidet sich die Form der Einschlagkrater erheblich von denen anderer Planeten und Monde. Kleine Meteoriten verglühen vollständig beim Eintritt in die Atmosphäre, so dass es keine kleinen Krater gibt. Das beim Aufprall eines grossen Meteoriten ausgeworfene Material fliegt nicht weit und ist um den Krater in aufgeschmolzener Form verstreut.

Eine grosse Anzahl vulkanischer Strukturen konnte identifiziert werden: Lava-Ströme, kleine Dome mit 2 bis 3 Kilometern Durchmesser, grosse Vulkankegel mit Hunderten von Kilometern Durchmesser, Coronae und sog. Arachnoiden. Die Coronae der Venus sind runde oder ovale vulkanische Strukturen, die von Gebirgskämmen, Rillen und radialen Linien umgeben sind. Sie erscheinen wie eingestürzte Vulkane und unterscheiden sich von allem, was man bisher auf anderen Planeten und Monden gesehen hat. Die Arachnoiden, die diesen Namen aufgrund ihres spinnenähnlichen Aussehens erhielten, weisen die gleiche Form wie die Coronae auf, sind aber kleiner. Nach einer anderen Theorie sind die Arachnoiden Vorläufer der Coronae. Die hellen, sich nach aussen über viele Kilometer ausdehnenden hellen Linien deuten auf Formationen hin, die möglicherweise entstanden sind, als Magma vom Inneren des Planeten aufstieg und die Oberfläche aufbrach.
 

Erde

Earth Der dritte Planet von der Sonne. Aus Sicht der Astronomie gehört die Erde - neben Merkur, Venus und Mars - zur Gruppe der terrestrischen Planeten. Ursprung, Struktur und Entwicklung der Erde sowie des Monds werden häufig mit den entsprechenden Vorgängen auf diesen Planeten verglichen.

Die Erde verfügt über eine Atmosphäre, deren Dichte zwischen der der Venus und des Mars liegt. Sie besitzt als einziger Planet ausgedehnte Ozeane mit flüssigem Wasser. Das komplexe Zusammenspiel zwischen Ozeanen, Atmosphäre und Planetenoberfläche bestimmt das Energiegleichgewicht und den Temperaturbereich. Wolken bedecken im Schnitt 50 Prozent der Erde; der Wärmestau innerhalb der Atmosphäre (Treibhaus-Effekt) lässt die mittlere Temperatur um über 30 Grad ansteigen.

Die gegenwärtige Atmosphäre setzt sich aus 77 Prozent molekularen Stickstoff, 21 Prozent molekularen Sauerstoff, 1 Prozent Wasserdampf und 0,9 Prozent Argon zusammen. Kohlendioxid stellt den wichtigsten Spurenanteil. Die grosse Sauerstoffkonzentration, deren Ursprung 2 Milliarden Jahre zurückliegt, ist eine direkte Folge des Pflanzenbewuchses. Der Sauerstoff ermöglicht in grossen Höhen die Bildung der Ozonschicht, die die Oberfläche vor der tödlichen Ultraviolettstrahlung der Sonne schützt.

Die Erde ist der einzige grössere Planet, von dem man weiss, dass er geologisch aktiv ist. Die grossräumigen Merkmale entstanden durch den Aufbau, die Zerstörung, die relative Verschiebung und die Wechselwirkung zwischen den etwa einem Dutzend Platten der Erdkruste - sie bilden die Lithosphäre -, welche sich auf der weniger festen, darunter liegenden Asthenosphäre verschieben. Zusammenstösse zwischen den Platten verursachen entlang der Plattengrenzen Faltengebirge und Erdbebenzonen.

Seismische Wellen infolge von Erdbeben geben durch die Art ihrer Ausbreitung Aufschluss über die innere Struktur der Erde. Im Zentrum liegt ein metallischer Kern aus geschmolzenem Eisen und Nickel, der möglicherweise einen festen Kern umschliesst. Die Temperatur im Zentrum beträgt etwa 4000°C. Über diesem Kern liegt ein Silikatmantel. Die äusserste Kruste ist unter den Ozeanen etwa 10 Kilometer dick, unter den Kontinenten etwa 30 Kilometer.

Die Oberfläche der Erde ist nach planetarischen Massstäben noch sehr jung. Das Basaltgestein, das die Meeresböden bildet, gehört zu den jüngsten Gesteinen. Die präkambrischen Rücken, die etwa 10 Prozent der Erdoberfläche ausmachen, sind die ältesten; sie kommen den von Kratern übersäten Gebieten, die einen Grossteil der Oberflächen anderer Planeten bilden, am nächsten. Durch Verwitterung sind nahezu alle Spuren ehemaliger Einschlagkrater auf der Erde verschwunden.

Der geschmolzene Metallkern verursacht das Magnetfeld und die Magnetosphäre der Erde. Eine Schicht elektrisch geladener Teilchen in einer Höhe zwischen 50 und 500 Kilometern bildet die Ionosphäre. Geladenen Teilchen, die in den Gebieten zwischen 60° und 75° geographischer Breite durch das Magnetfeld eingefangen werden, erzeugen das Phänomen des Polarlichts. Satellitenmessungen zeigten, dass die Erde auch eine starke Radioquelle im Kilometerwellenbereich ist, allerdings werden diese Wellen in grossen Höhen erzeugt und können daher am Boden nicht nachgewiesen werden.
 

Mond

Moon (moon of Earth) Der einzige natürliche Satellit der Erde. Er ist ein fester, mit Kratern übersäter Körper, der weder über flüssiges Wasser noch eine Atmosphäre verfügt. Er wurde zwischen 1969 und 1972 von amerikanischen Astronauten während der Apollo-Missionen untersucht und ausführlich von Sonden in der Mondumlaufbahn kartographiert.

Gezeitenkräfte haben bewirkt, dass der Mond der Erde nun stets dieselbe Seite zuwendet - sieht man von dem verhältnismässig kleinen Effekt der Libration ab. Da der Mond lediglich das auf ihn einfallende Sonnenlicht reflektiert, zeigt er beim Umlauf um die Erde innerhalb eines Monats den bekannten Phasen-Zyklus. Die Grösse der von der Erde aus sichtbaren, beleuchteten Seite hängt von den jeweiligen Positionen von Erde, Sonne und Mond ab, die sich kontinuierlich während des Umlaufe ändern.

Auf der Vorderseite sind zwei Arten von Geländetypen zu finden: stark mit Kratern zerklüftete, helle Hochländer ('terrae', dt. 'Länder') und die dunkleren, weniger mit Kratern übersäten 'Maria' (dt. 'Meere'). Die Maria sind nahezu kreisförmig und entstanden in der Frühzeit des Mondes, als grosse Meteorite auf seiner Oberfläche einschlugen. Eine andere Art von Oberflächenformation wurde durch Auswurfmaterial. gebildet. Weite Gebiete weisen deutliche Spuren des vom Märe Imbrium und Märe Orientale stammenden Auswurfmaterials auf.

Über die Entstehung des Mondes herrscht nach wie vor Unklarheit; er existierte jedoch bereits vor 4,5 Milliarden Jahren als eigenständiger Körper. Nach der gegenwärtig favorisierten Erklärung entstand er durch einen gewaltigen Einschlag eines Asteroiden, der mit der noch jungen Erde kollidierte. Ergebnisse des Lunar Prospector weisen darauf hin, dass der Mond über einen sehr kleinen Kern von 700 km Durchmesser verfügt, was der Impakttheorie entsprechen würde.

In der Frühzeit war der Mond heiss und geschmolzen. Als er abkühlte, entstand die feste Kruste, die jedoch einem heftigen Meteoriten-Bombardement ausgesetzt war, deren grösste Einschläge die grossen Maria erzeugten. Diese füllten sich dann mit dunkler basaltischer Lava. Die vulkanische Aktivität kam vor mindestens 2 Milliarden Jahren zum Erliegen.

Die Rückseite des Mondes unterscheidet sich wesentlich von der Vorderseite und weist keine grossen, lavaüberfluteten Mare-Becken auf.
 

Mars

Mars Der von der Sonne aus gesehen vierte Planet, der wegen seiner bereits mit blossem Auge erkennbaren roten Färbung häufig auch Roter Planet genannt wird.

Der Mars gehört zu den terrestrischen Planeten, sein Durchmesser ist etwa halb so gross wie der der Erde. Lange Zeit wurde er als der wahrscheinlichste Ort für die Existenz ausserirdischen Lebens angesehen. Unterstützt wurde diese Vermutung durch die Entdeckung der Polkappen, die jahreszeitliche Änderungen aufweisen. Im 19. Jahrhundert gab es mehrere Beobachter, darunter insbesondere Percival Lowell, die meinten, auf der Oberfläche ein ausgedehntes, von intelligenten Wesen angelegtes System von Kanälen ausmachen zu können. Die Ergebnisse der Raumsonden haben bislang keinerlei Hinweise auf lebende Organismen geliefert. Allerdings wurden durch Untersuchungen an Meteoriten, die vermutlich vom Mars stammen, Spekulationen entfacht, dass es in ferner Vergangenheit, als es auf Mars noch feuchter und wärmer gewesen war, mikroskopisches Leben gegeben haben könnte - die Möglichkeit der Existenz lebender Organismen in unterirdischem Gestein auf der Mars kann bislang nicht ausgeschlossen werden

Zu den erfolgreichen US-Sonden zum Mars gehören: Mariner 4 im Jahr 1965, 1969 Mariner 6 und 7, 1971 Mariner 9 und 1976Viking 1 und 2. Nach dem Fehlschlag des Mars Observer 1993 starteten die USA den Mars Pathfinder. der im Juli 1997 landete, und den Mars Global Surveyor. der 1999 aus der Marsumlaufbahn mit der Kartierung der Oberfläche begann. Der Mars gilt für viele als ein realistisches Ziel für eine bemannte Landung im frühen 21. Jahrhundert.

Der Mars verfügt über eine relativ geringe Dichte, die 3,95mal grösser ist als die von Wasser. Hieraus schliesst man, dass 25 Prozent seiner Masse in einem Eisenkern stecken. Die Kruste weist hohe Anteile an Olivin und Eisenoxid auf, was ihm seine rote Färbung verleiht. Er besitzt ein schwaches Magnetfeld, dessen Feldstärke nur zwei Prozent der irdischen ausmacht.

Er besitzt eine dünne Atmosphäre, deren Druck am Boden nur 0,7 Prozent von dem auf der Erde beträgt. Sie besteht zu 95,3 Prozent aus Kohlendioxid, 2,7 Prozent aus molekularem Stickstoff und 1,6 Prozent Argon. Sauerstoff ist nur in geringen Spuren vorhanden. Trotz der geringen Dichte kommt es hin und wieder zu Staubstürmen, die den gesamten Planeten einhüllen können.

Ebenfalls kann es zu Wolken- und Dunstbildung kommen. Morgennebel entsteht in Tälern, und orographische Wolken treten auf, wenn ein kühler Wind die Atmosphäre über die hohen Berge insbesondere der Tharsis- Region weht. Im Winter ist die Nordpolkappe in einen Schleier aus eisigem Dunst und Staub eingehüllt. Über dem Südpol ist dieser Effekt weniger stark ausgeprägt.

Die Polkappen sind mit einer dünnen Schicht aus Eis, wahrscheinlich einem Gemisch aus Wassereis und gefrorenem Kohlendioxid, bedeckt. Aufnahmen mit hoher Auflösung zeigen spiralförmige und vom Wind verwehte Ablagerungen. Die Nordpolregion ist von ausgedehnten Dünen umgeben. Die Ausdehnung der Eiskappen schwankt mit den Jahreszeiten. Dieser Effekt wird, ebenso wie auf der Erde, durch die Neigung der Rotationsachse (um 25°) gegen die Umlaufebene verursacht.

Da ein Marsjahr etwa zwei Erdjahren entspricht, dauern auch die Jahreszeiten doppelt so lang. Wegen der starken Exzentrizität der Marsbahn sind sie jedoch unterschiedlich lang. Der Sommer auf der Südhalbkugel, wenn sich der Planet nahe am Perihel befindet, ist kürzer und heisser als auf der Nordhalbkugel. Jahreszeitliche Änderungen in der Erscheinungsform von Oberflächenmerkmalen werden mit physikalischen und chemischen Vorgängen erklärt.

Die Topographie zeigt auf zwei Hemisphären ein unterschiedliches Aussehen, wobei die beiden Hälften durch einen Kreis markiert werden, der um etwa 35° gegen den Äquator geneigt ist. Der südliche Teil besteht grösstenteils aus altem, stark mit Kratern zerfurchtem Gelände. Hier findet man auch die grossen Becken der Hellas, Argyre und Isidis Planitia. Die nördliche Hemisphäre wird dagegen von jüngerem, weniger mit Kratern übersäten Gelände dominiert, das zudem 2 bis 3 Kilometer tiefer liegt als das südliche. Die höchsten Gebiete sind die grossen Vulkane des Tharsis und Elysium Planitia. In beiden Gegenden gibt es riesige, erloschene Vulkane, von denen der grösste Olympus Mons ist.

Diese Vulkangebiete befinden sich am östlichen und westlichen Ende eines enormen Canyon-Systems, den Valles Marineris, das sich über eine Länge von 5000 Kilometern in der Äquatorgegend erstreckt und im Durchschnitt 6 Kilometer tief ist. Vermutlich entstand es durch eine Faltung, bei der sich der Tharsis-Rücken aufschob. Einige Beobachtungen von Kanälen deuten darauf hin, dass es früher flüssiges Wasser auf dem Mars gegeben hat. Kanäle in den Valles Marineris scheinen durch plötzliche Überflutungen entstanden zu sein. Ausserdem gibt es einige stark gewundene, ausgetrocknete Flussbetten mit zahlreichen Nebenflüssen, die ausschliesslich in den stark mit Kratern zerfurchten Gebieten auftreten.

Zwei kleine Monde, Phobos und Deimos. umrunden den Mars in geringem Abstand auf nahezu kreisförmigen Bahnen, die in der Äquatorebene liegen. Von der Erde aus sind sie nur schwer beobachtbar. Da sie sich stark von ihrem Planeten unterscheiden, vermuten einige Astronomen, dass es sich um eingefangene Asteroiden handelt.
 

Asteroidengürtel 

asteroid belt Ein zwischen 2,0 und 3,3 AE von der Sonne entfernter Abschnitt im Sonnensystem, in dem der weitaus grösste Teil der Asteroidenbahnen liegt. Innerhalb des Gürtels finden sich Bereiche, in denen sich die Umlaufbahnen konzentrieren und die Asteroiden Gruppen und Familien bilden, daneben gibt es aber auch leere Abschnitte, die sogenannten Kirkwood-Lücken. Der relative Anteil der verschiedenen Asteroiden-Typen variiert innerhalb des Gürtels merklich. Am inneren Rand sind 60 Prozent der Körper silikathaltig und 10 Prozent kohlenstoffhaltig; am äusseren Rand liegt der Anteil der C-Typen bei 80 Prozent, der der S-Typen bei 15 Prozent. Der Asteroidengürtel markiert die Übergangszone zwischen innerem und äusserem Sonnensystem. 

Asteroid 

asteroid (kleiner Planet) Ein kleines felsiges Objekt im Sonnensystem. Der grösste, Ceres, misst nahezu 1000 Kilometer im Durchmesser, darunter gibt es Asteroiden aller Grössen, von denen die kleinsten etwa 100 Meter Durchmesser aufweisen. (Kleinere Objekte werden als Meteoroiden bezeichnet.) Einige tausend Asteroiden sind mittlerweile eindeutig identifiziert, man nimmt jedoch an, dass es etwa eine halbe Million mit Durchmessern über 1,6 Kilometern gibt. Die Gesamtmasse aller Asteroiden beträgt zusammengenommen jedoch weniger als ein Tausendstel der Erdmasse. Die meisten Asteroidenbahnen sind im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter, in einer Entfernung zwischen 2,0 und 3,3 AE von der Sonne, konzentriert. Es finden sich aber auch Asteroide auf sonnennäheren Umlaufbahnen; dazu gehören die Amor-Gruppe. die Apollo-Gruppe sowie die Aten-Gruppe. In grösserer Entfernung von der Sonne befinden sich die Zentauren und die Trojaner. die auf der Jupiterbahn liegen.

Asteroiden werden nach dem Spektrum des von ihnen reflektierten Sonnenlichts klassifiziert: 75 Prozent sind sehr dunkle, kohlenstoffhaltige C-Typen. 15 Prozent sind gräuliche, silikathaltige (steinige) S-Typ-Asteroide. und die verbleibenden 10 Prozent sind metallhaltige Asteroide vom M-Typ. Dazu kommt eine Anzahl seltener Varianten. Die Klassifizierung ist an die der Meteoriten angelehnt. Asteroide und Meteoride weisen eine ähnliche chemische Zusammensetzung auf, weshalb anzunehmen ist, dass Asteroide das Stammaterial der Meteorite bilden.

Die dunkelsten Asteroide reflektieren nur etwa 3 bis 4 Prozent des auf sie einfallenden Sonnenlichts, während die hellsten bis zu 40 Prozent zurückstrahlen. Bei vielen ändert sich mit der Rotation auch die Helligkeit. Im allgemeinen sind sie von unregelmässiger Gestalt; die kleinsten Asteroide rotieren am schnellsten und weisen die unregelmässigsten Formen auf.

Die Raumsonde Galileo besuchte auf ihrem Weg zum Jupiter zwei Asteroiden, Gaspra (am 29. Oktober 1991) und Ida (am 28. August 1993). Die NEAR-Sonde Shoemaker flog 1997 an Mathilde vorbei und nahm im Jahr 2000 eine Umlaufbahn um Eros ein. Detaillierte Bilder zeigen deren felsige, von zahlreichen Kratern übersäten Oberflächen. Ida verfügt zudem über einen kleinen Mond. Von der Erde aus ist es möglich, mittels Beobachtungen durch Radarteleskope wie das Arecibo-Observatorium dreidimensionale Informationen über die Struktur der Asteroiden zu erhalten.

Asteroide sind vermutlich die Überreste des Materials, aus dem sich das Sonnensystem gebildet hat. Unterstützt wird diese Ansicht durch die Verteilung der Asteroiden-Typen innerhalb des Asteroidengürtels, die sich mit zunehmender Entfernung von der Sonne ändert. Kollisionen zwischen den Asteroiden führen mit der Zeit zu ihrer Zertrümmerung.
 

Jupiter  

Jupiter Der grösste Planet im Sonnensystem und der fünfte von der Sonne. Nach Venus ist er von der Erde aus gesehen der zweithellste Planet.

Jupiter ist zehnmal so gross wie die Erde und erreicht ein Zehntel der Sonnengrösse. Seine Masse beträgt 0,1 Prozent der Sonnenmasse, in seiner Zusammensetzung gleicht er dem Zentralgestirn – er besteht zu 90 Prozent aus Wasserstoff (der in Jupiter in molekularer Form vorliegt) und zu etwa 10 Prozent aus Helium. Von den Spurengasen sind die wichtigsten Wasserdampf, Methan und Ammoniak. Es gibt unter den Wolkenschichten keine feste Oberfläche. Stattdessen findet mit dem nach unten hin zunehmenden Druck ein langsamer Übergang vom gasförmigen zum flüssigen Zustand statt, gefolgt von einem plötzlichen Übergang zu einer metallischen Flüssigkeit, in der die Atome von ihren Elektronen befreit sind. Ganz im Zentrum könnte sich ein kleiner Kern aus Gestein oder vielleicht Eis befinden

 Durch seine innere Energiequelle - die Wärme, die während seiner Entstehung durch den Gravitationskollaps erzeugt wurde -, strahlt der Planet zwischen 1,5 und zweimal so viel Wärme ab, wie er von der Sonne absorbiert.

Im visuellen Licht erkennt man, dass die Scheibe des Jupiter von abwechselnd hellen und dunklen Gürteln durchzogen ist. Die Ergebnisse von vier Raumsonden, die Jupiter zwischen 1973 und 1981 erreichten (Pioneer 10 und 11, Voyager 1 und 2), haben die Komplexität der Flussverteilung innerhalb dieser Bänder deutlich gemacht. Es gibt fünf oder sechs auf jeder Hemisphäre, die mit Windströmungen korrelieren. Weisse oder farbige Ovale erscheinen als relativ langlebige Merkmale. Das bekannteste und auffälligste ist der Grosse Rote Fleck, der bereits seit etwa 300 Jahren beobachtet wird. Der Ursprung dieses Merkmals, das so breit ist wie die Erde, ist unsicher. Nach gängiger Theorie könnte es sich im wesentlichen um einen riesigen Antizyklon handeln.

Die farbigen Wolken befinden sich in den höchsten Schichten - die Dicke dieser Schichten macht nur 0,1 bis 0,3 Prozent des Gesamtradius aus. Die Herkunft der starken Färbung gibt nach wie vor Rätsel auf, obwohl es als sicher gilt, dass Spurenanteile der Atmosphäre daran beteiligt sind. Die Färbung der Wolken variiert mit der Höhe: Blaue Bereiche sind die tiefsten, gefolgt von den braunen, weissen und schliesslich den roten, die sich in höchsten Regionen finden.

Eine von der Raumsonde Galileo ausgesetzte Atmosphärenkapsel sank 1995 an einem Fallschirm durch die obere Jupiteratmosphäre und funkte Daten über die dort vorkommenden Bestandteile und die physikalischen Bedingungen. Erdgebundene Beobachtungen der Eintrittsstelle der Kapsel zeigten, dass es sich dabei um einen relativ wolkenfreien Fleck handelte, wodurch sich erklärte, warum nahezu keine Spuren der erwarteten drei Wolkenschichten - Ammoniakkristalle ganz oben, Ammoniakhydrosulphid in der Mitte und Wasser und Eiskristalle ganz unten - gefunden wurden. Die Windgeschwindigkeit war mit bis zu 530 km/h sogar höher als angenommen. Die Kapsel registrierte vor dem Eintritt in die Atmosphäre einen intensiven Strahlungsgürtel.

Die Existenz eines schwachen Rings um Jupiter wurde erstmals 1974 aufgrund der Pioneer-11-Ergebnisse vermutet; die Voyager-Bilder lieferten schliesslich die direkte Bestätigung. Der Hauptteil des Rings liegt zwischen 1,72 und 1,81 Jupiter-Radien vom Zentrum des Planeten entfernt. Aufgrund der Beschaffenheit des Rings müssen viele Teilchen eine Grösse von wenigen Mikrometern aufweisen. Der Ring muss ununterbrochen aufgefüllt werden. Die dafür in Betracht kommende Quelle stellt vermutlich eine Ansammlung von Felsbrocken in der Umlaufbahn dar, die kontinuierlich von Hochgeschwindigkeits-Partikeln bombardiert werden.

Man kennt heute sechzehn Jupiter-Monde, die in vier Gruppen aufgeteilt werden: Die vier kleinen inneren Monde (Metis, Adrastea, Amalthea und Thebe) sowie die vier grossen Galileischen Monde (lo, Europa, Ganymed und Kallisto) befinden sich auf Kreisbahnen in der Äquatorebene. Die dritte Gruppe (Leda, Himalia, Lysithea und Elara) besteht aus Monden in einer Kreisbahn, die zwischen 25° und 29° gegen die Äquatorebene geneigt sind und deren Radien 11 bis 12 Millionen Kilometer betragen. Die Monde der äussersten Gruppe (Ananke, Carme, Pasiphae und Sinope) sind kleine Körper auf retrograden Bahnen, die relativ exzentrische Ellipsen und deutlich gegen die Äquatorebene geneigt sind. Diese Bahnen liegen alle im Abstand zwischen 21 und 24 Millionen Kilometer von Jupiter entfernt. Die vier Galileischen Monde und ihre Bahnbewegungen sind mit einem kleinen Teleskop oder einem Feldstecher leicht zu erkennen.

1955 wurde die Radioemission des Jupiter entdeckt. Es war der erste Hinweis auf ein starkes Magnetfeld, das 4000mal stärker ist als das der Erde. Die Magnetosphäre ist infolgedessen 100mal grösser. Die Radioemission wird von Elektronen verursacht, die sich spiralförmig um die Feldlinien bewegen. Eingefangene Elektronen in der Nähe des Planeten verursachen Synchrotronstrahlung im Bereich der Dezimeter-Wellenlängen. Dekameterstrahlung, die nur in bestimmten Gebieten des Planeten beobachtet wird, hat mit der Wechselwirkung zwischen Jupiters Ionosphäre und seinem Mond lo zu tun, dessen Bahn innerhalb eines riesigen Plasmatorus liegt. Durch diese Wechselwirkung kommt es auch zu Polarlichterscheinungen. Von den Voyager-Sonden wurde auch Strahlung im Kilometer-Wellenlängenbereich entdeckt, die ihren Ursprung in hohen Breiten nahe des Planeten und im Plasmatorus hat.
 

Saturn  

Saturn Der sechste Planet im Sonnensystem, vom Zentrum aus gezählt. Saturn gehört zu den vier Riesenplaneten und ist nach Jupiter der zweitgrösste Planet. Sein Äquatordurchmesser ist 9,4mal grösser als der der Erde, seine Masse übertrifft die der Erde um das 95fache. Dennoch beträgt seine durchschnittliche Dichte nur das 0,7fache der Dichte von Wasser. Zum Hauptanteil seiner Masse tragen Wasserstoff und Helium bei. Saturn verfügt über einen inneren Kern, der zehn bis fünfzehn Erdmassen auf sich vereinigt und aus einer Mischung von Gestein und Eis besteht. Die darauffolgende Schicht aus Wasserstoff steht unter extremem Druck, so dass der Wasserstoff hier metallische Eigenschaften annimmt. Die äussere Planetenhälfte besteht aus einer dichten Atmosphäre. Der direkten Beobachtung zugänglich sind Wolkenbänder in der oberen Atmosphäre.

Normalerweise weist die Strukturierung der Wolkenbänder bei Saturn keine starken Farbkontraste auf. Dennoch entdeckte man hier Ende September 1990 einen grossen weissen Fleck, der wochenlang anwuchs und schliesslich einen grossen Teil der Äquatorregion einnahm. Offenbar handelte es sich dabei um aufsteigendes, tiefer liegendes Atmosphärenmaterial. Derartige Erscheinungen kehrten bislang in einem regelmässigen Rhythmus von 30 Jahren wieder, das entspricht etwa der Zeit, die Saturn für einen Sonnenumlauf benötigt. Ähnliche Flecken wurden bereits in den Jahren 1876,1903, 1933 und 1960 in der nördlichen Hemisphäre des Planeten zur Zeit des Saturnsommers beobachtet. Weniger ausgeprägte Ausbrüche erscheinen von Zeit zu Zeit. Einen beobachtete das Hubble Space Telescope 1994.

Durch die elektronische Nachbearbeitung der Photos, welche die Raumsonden Voyager 1 und Voyager 2 während ihrer Vorbeiflüge 1980 und 1981 von Saturn aufnahmen, wurden komplizierte Zirkulationsströmungen sichtbar, wie sie auch auf Jupiter beobachtet werden. Saturn rotiert ziemlich schnell. Der Planet dreht sich in 10 Stunden und 32 Minuten einmal um seine Achse, doch hängt die Rotationsgeschwindigkeit der Wolkenhülle auch von der geographischen Breite ab. Aufgrund der enormen Drehgeschwindigkeit ist Saturn an den Polen deutlich abgeflacht; der polare und der äquatoriale Umfang des Planeten unterscheiden sich um 11 Prozent.

Auffälligstes Merkmal sind die spektakulären Ringe, die Saturn umgeben. Sie liegen in der Äquatorebene und sind im Winkel von 27° gegen die Bahnebene um die Sonne geneigt. Die Saturnringe können bereits in einem kleinen Teleskop bewundert werden. So wie sich die relativen Positionen von Erde und Saturn ändern, präsentiert sich auch das Ringsystem dem Betrachter unter verschiedenen Blickwinkeln. Manchmal

erscheinen die Ringe weit geöffnet, zu anderen Zeiten zeigen sie sich von der Kante, so dass sie sogar für eine Weile unsichtbar werden. Die Ringe scheinen in einer Reihenfolge von Regionen unterschiedlicher Helligkeit geteilt zu sein, die durch dunkle Bereiche voneinander getrennt sind. Die wohl markantesten Teilungen sind die Cassini- und die Enckesche Teilung. Die Photos, die die Voyager-Sonde von den Saturnringen erstellte, enthüllten ein aus vielen tausend zarten, konzentrischen Reifen bestehendes Ringsystem, das in der Aufsicht einen ähnlichen Anblick wie die Rillen einer Schallplatte bietet. Die Saturnringe sind nur etwa je einen Kilometer dick und bestehen aus einer Vielzahl grösserer Gesteinsbrocken und kleinerer Teilchen, die sich wahrscheinlich auf einen Grössenbereich zwischen hundert Metern und einem Mikrometer verteilen.

Bis zum Jahr 1980 kannte man insgesamt 10 Satelliten des Saturn. Seither wurden weitere gefunden; einige wurden 1980 mit Hilfe von Teleskopen entdeckt, als das Ringsystem sich von der Kante präsentierte und die Monde vom Streulicht angestrahlt wurden, andere spürten die Raumsonden Voyager 1 und 2 in den Jahren 1980 und 1981 auf. Inzwischen gelten 18 Monde als gesichert, die Existenz dreier weiterer gilt als wahrscheinlich. Möglicherweise gibt es aber noch mehr Monde, die bislang jedoch noch nicht bestätigt werden konnten.
 

Uranus  

Uranus Der siebte grosse Planet von der Sonne aus gesehen, 1781 von William Herschel entdeckt. Er ist gerade hell genug, um bei guten Bedingungen mit dem blossen Auge gesehen zu werden. Von der Erde erscheint er selbst in grossen Teleskopen als strukturlose, grünliche Scheibe. 1986 ging die Raumsonde Voyager 2 nahe am Uranus und seinen Monden vorbei und lieferte Nahaufnahmen. Zehn kleine Monde wurden von Voyager 2 entdeckt; fünf grössere - Miranda, Ariel, Umbriel, Titania und Oberen - waren bereits zuvor bekannt.

Uranus ist einer der vier Riesenplaneten des Sonnensystems, der über den vierfachen Durchmesser der Erde und die fünfzehnfache Masse verfügt. Er besteht fast ausschliesslich aus Wasserstoff und Helium. Man nimmt an, dass es einen kleinen, felsigen Kern im Innern des Planeten gibt, der von einem dicken, eisigen Mantel aus gefrorenem Wasser, Methan und Ammoniak umgeben ist. Die äusserste Schicht ist eine Atmosphäre aus Wasserstoff und Helium mit einem kleinen Anteil molekularer Verbindungen.

Sogar auf den Voyager-Nahaufnahmen erscheint Uranus weich und nahezu strukturlos, obwohl es Anhaltspunkte für eine schwache Bänderung parallel zum Äquator gibt. Ein Kuriosum des Planeten ist seine fast in der Ebene des Sonnensystems liegende Rotationsachse (im Gegensatz zu den nahezu senkrecht stehenden Achsen der anderen Planeten). Die interne Rotationsperiode beträgt 17 Stunden und 14 Minuten.

1977 wurden schwache Ringe in der Äquatorebene des Uranus entdeckt. Die Ringe sind jeder nur wenige Kilometer breit und von der Erde nicht sichtbar. Sie wurden gefunden, als Uranus einen Stern 8. Grösse bedeckte, da die Ringe leichte Einsenkungen in der beobachteten Helligkeit des Sterns kurz vor und kurz nach der Bedeckung durch die Planetenscheibe verursachten. Spätere Bedeckungen von Beta Scorpii und Sigma Sagittarii bestätigten die Entdeckung. Das Ringsystem wurde später von Voyager 2 1986 aufgenommen, wobei zwei weitere Ringe festgestellt wurden. Insgesamt sind es nun elf.
 

Neptun

Neptune Der von der Sonne aus gesehen achte Planet. (Aufgrund seiner exzentrischen Umlaufbahn steht Pluto - befindet er sich nahe am Penhel - für etwa zwanzig Jahre lang näher an der Sonne, wodurch Neptun der neunte und sonnenfernste Planet wird; dies war das letzte Mal zwischen 1979 und 1999 der Fall.) Neptun gehört zu den vier 'Riesen'-Planeten. Er besitzt einen kleinen Gesteinskern, der von einem Mantel aus gefrorenem Wasser, Methan und Ammoniak umgeben ist. Sein Durchmesser ist fast viermal so gross wie der der Erde. Die äussere Atmosphäre besteht im wesentlichen aus molekularem Wasserstoff sowie 15 bis 20 Massenprozent Helium und geringen Mengen Methan.

Johann Gottfried Galle entdeckte Neptun am 23. September 1846 am Berliner Observatorium, nachdem John Couch Adams in England und Urbain J. J. Leverrier in Frankreich seine Existenz und seine Position am Himmel unabhängig voneinander vorausgesagt hatten. Ihre Berechnungen basierten auf Differenzen zwischen der vorausgesagten und der tatsächlich beobachteten Bahn des Uranus seit seiner Entdeckung im Jahre 1781, die sie der Schwerkraftwirkung eines unbekannten Planeten zuschrieben.

Von der Erde aus gesehen ist Neptun ein Objekt 7. oder 8. Grösse und damit mit blossem Auge nicht sichtbar. Mit starker Vergrösserung und einem grossen Teleskop erscheint der Planet als blaue Scheibe, deren Färbung von Methan in der oberen Atmosphäre herrührt.

Im August 1989 machte die Sonde Voyager 2 erstmals Nahaufnahmen von dem Planeten. Beobachtungen mit dem Hubble Space Telescope (HST), das atmosphärische Details erkennen kann, begannen 1994. Neptun ähnelt in mancherlei Hinsicht, etwa in Grösse und Aufbau, seinem Nachbarplaneten Uranus. Im Gegensatz zu Uranus gibt es in der sehr dynamischen Neptunatmosphäre jedoch zahlreiche Wolkenstrukturen. Das auffälligste war der Grosse Dunkle Fleck, den Voyager 2 entdeckt hatte, der eine ähnliche Ursache zu haben scheint wie der Grosse Rote Fleck auf Jupiter. Etwa 20° südlich des Äquators rotiert er gegen den Uhrzeigersinn mit einer Periode von 16 Tagen. Oberhalb von ihm bilden sich helle, zirrusähnliche Wolken und weitere, kleine dunkle Flecken. Allerdings war er bei den Beobachtungen des HST 1994 völlig verschwunden. Mittlerweile hat sich ein anderer dunkler Fleck, den Voyager nicht gesehen hat, auf der Nordhalbkugel gebildet. Auch er wurde von hellen Wolken begleitet. Spätere Beobachtungen mit dem HST zeigten, dass sich die Wolkenmuster ändern, die darunter liegende Bandstruktur der Atmosphäre aber stabil bleibt.

Es gibt zwei wesentliche Wolkenschichten in der oberen Atmosphäre. Die höchste besteht aus Methaneiskristallen, darunter liegt eine  durchsichtigere Schicht, die möglicherweise gefrorenes Ammoniak und Wasserstoffsulfit aufweist. Darüber hinaus existiert ein sehr hoch liegender Dunst aus Kohlenwasserstoffen, die durch die Einwirkung des Sonnenlichts auf das Methan entstehen.

Voyager 2 registrierte regelmässige Radioausbrüche. Neptun besitzt also ein Magnetfeld und ist von einer Magnetosphäre umgeben. Die Ausbrüche ereignen sich in Abständen von 16,11 Tagen, was offensichtlich der Rotationsperiode des festen Kerns entspricht. Die atmosphärischen Gebilde rotieren hingegen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und bewegen sich darüber hinaus über verschiedene Breiten hinweg. Windgeschwindigkeiten bis zu 2200 km/h wurden gemessen. Die Magnetfeldachse ist um 47° gegen die Rotationsachse geneigt. Man vermutet, dass das Magnetfeld eher im Mantel als im Kern entsteht.

Aus der insgesamt abgestrahlten Energie ergibt sich eine mittlere Temperatur von 59 Kelvin. Bis heute ist unklar, warum Neptun 2,7mal mehr Energie abstrahlt, als er von der Sonne erhält.

Bereits von der Erde aus hatte man bei Sternbedeckungen des Planeten Hinweise auf die Existenz von nicht vollständigen 'Ringbögen' erhalten. Voyager 2 entdeckte nun vier dünne Ringe, die an einigen Stellen Verdickungen besassen. Dieses waren die von der Erde aus registrierten Ringfragmente. Darüber hinaus fand man mit der Sonde sechs weitere Monde, so dass die Gesamtzahl zusammen mit den damals bereits bekannten Triton und Nereide auf insgesamt acht anwuchs. Einer der neu entdeckten Monde, Proteus, ist mit einem Durchmesser von 400 Kilometern sogar doppelt so gross wie Nereide.
 

Pluto

Pluto Der neunte Planet im Sonnensystem, der am 18. Februar 1930 von Clyde Tombaugh am Löwen-Observatorium als Objekt 15. Grösse entdeckt wurde. Die Suche nach einem Planeten jenseits des Neptun begann im Jahre 1905, als man Abweichungen zwischen der beobachteten und der berechneten Bewegung von Uranus und Neptun fand. Heute weiss man allerdings, dass Pluto lediglich ein Fünftel der Mondmasse besitzt und insofern Uranus und Neptun gravitativ nicht stören kann.

Die Plutobahn ist stärker gegen die Ekliptik geneigt und weist eine stärkere Elliptizität auf als jede andere Planetenbahn. Sein Abstand von der Sonne schwankt zwischen 30 und 50 AE. Sein Perihel erreichte er 1989, und zwischen 1979 und 1999 war er der Sonne näher als Neptun.

Durch die Entdeckung des Mondes Charon wurde es möglich, den Durchmesser und die Masse Plutos genauer zu bestimmen. Der heute beste Wert für den Durchmesser ist 2320 ± 25 Kilometer. Plutos durchschnittliche Dichte ist etwa doppelt so gross wie die von Wasser. Der Planet besteht vermutlich aus einer dicken Wassereisschicht, die teilweise hydratisierten Felsen umgibt. Charon und Pluto sind in einer synchronen Rotation mit einer Periode von 6,39 Tagen gefangen. Plutos Rotationsachse ist 122° gegen die Ekliptikebene geneigt, so dass der Planet - wie Uranus - sich retrograd dreht und gleichsam 'auf der Seite liegt'.

Zwischen 1985 und 1990 kam es zu einer Reihe von gegenseitigen Bedeckungen der beiden Objekte. Eine solche Serie von Ereignissen findet von der Erde aus gesehen nur zweimal im Laufe eines Plutojahres von 248 Erdjahren statt. Dabei war es möglich, die spektralen Signaturen von Pluto und Charon zu unterscheiden und die ersten groben Albedo- Karten der Plutooberfläche zu erstellen. Sie bestätigten die früheren Vermutungen ein stark uneinheitlichen und veränderlichen Oberfläche, die auf Helligkeitsänderungen während der Rotationsperiode, aber auch auf längerer Zeitskala basierten. Im Gegensatz zu Charon, der grau ist, ist Plutos Oberfläche rötlich gefärbt. Mit Infrarotspektroskopie entdeckte man schon 1976 Methaneis auf Pluto. Die Bedeckung eines Sterns durch Pluto im Jahr 1988 enthüllte die Existenz einer dünnen, ausgedehnten Atmosphäre. Stickstoff- und Kohlenmonoxid-Eis wurden 1992 auf der Oberfläche entdeckt. Die Oberflächentemperatur beträgt etwa 40 K. 1996 zeigten Beobachtungen mit dem Hubble Space Telescope erstmals breite helle und dunkle Strukturen auf der Plutooberfläche.
 

Die Milchstrasse und der Standort unseres Sonnensystems

Jeder, der in einer dunklen, sternklaren Nacht von der nördlichen Hemisphäre aus an den Himmel geschaut hat, kennt das schwach leuchtende Band, das aus dem tiefen Süden im Sternbild Schütze emporsteigt, durch den Adler und Schwan zieht, das Sternbild Cassiopeia umarmt und sich dann allmählich hinter Perseus und Orion verliert, um schliesslich wieder im Süden im Sternbild Puppis (Schiffsheck) unter dem Horizont zu verschwinden. Es ist seit undenkbaren Zeiten bekannt. In jeder Mythologie hat es seinen Platz - ein Strom von Licht, eine geheiligte Strasse, ein Pfad der Geister. Für uns ist es die Milchstrasse. Jeder, der die Milchstrasse von der nördlichen Hemisphäre aus gesehen hat, kennt sie als spärlich glimmendes Band. Auf der Südhalbkugel hingegen ist die Milchstrasse viel heller und bei weitem spektakulärer. Vom Schiffsheck zieht sie weiter in das Sternbild Carina (Schiffskiel).

Dort ist sie reich strukturiert und hell genug, um sie auch von einem durch Lichtverschmutzung beeinträchtigten Beobachtungsstandort in einer grösseren Stadt erkennen zu können. Gleichbleibend hell schlängelt sie sich entlang der Sterne des südlichen Kreuzes (Crux), wo durch eine davorliegende Staub- und Gaswolke - den Kohlensack - sozusagen ein "Stück Licht" von ihr verschluckt wird. Von dort aus ist sie durch eine enge, dunkle Gasse zweigeteilt und zieht durch das grosse Sternbild Centaurus, gewinnt im Schwanz des Skorpions an Glanz und erreicht schliesslich den Schützen. Betrachtet man sie gegen einen tief dunklen Himmel, und steht sie nahezu senkrecht über dem Beobachter, so erreicht die Milchstrasse ihre grösste Breite (über 30°) im Sternbild Schütze, wo sie immer noch durch ein dunkles Band in zwei Hälften gespalten ist. Dieses Band setzt sich weiter fort, und die Milchstrasse nähert sich nordwärts durch das Sternbild Aquila (Adler) dem Cygnus (Schwan). Die volle Länge des dunklen Bandes lässt sich nur vom Süden aus betrachten. Es ist allgemein bekannt, dass die Milchstrasse im Okular eines Fernrohrs nicht wie ein leuchtendes Band erscheint, sondern sich als eine Ansammlung einer riesigen Menge einzelner Sterne erweist - so zahlreich, dass das Leben eines Menschen nicht ausreichte, um sie alle zu zählen. Sterne in solcher Fülle findet man nur in einem Objekttyp - einer Galaxie. Die Milchstrasse (genauer: das Milchstrassensystem) ist eine solche Galaxie, und die einfache Tatsache, dass sie den ganzen Himmel umschliesst, zeigt, dass wir mitten in ihr leben. Es ist unsere Galaxie, die wir von den anderen dadurch sprachlich hervorheben, dass wir sie Galaxis nennen.

Panorama der Milchstrasse. Deutlich erkennt man die Dunkelwolken, die einen grossen Teil der Milchstrasse verdecken. Das galaktische Zentrum liegt ein wenig rechts der Bildmitte

Klassifikation des Milchstrassensystems

Welcher Typ von Galaxie ist das Milchstrassensystem? Galaxien haben im wesentlichen drei Formen: spiralförmig, elliptisch und irregulär. Die Milchstrasse ist in der Region um das Sternbild Schütze recht symmetrisch, weswegen man eine Einordnung in die Rubrik "irreguläre Galaxien" ausschliessen kann. Elliptische Galaxien sind nahezu sphärische Ansammlungen von Sternen. Wenn wir nun innerhalb eines solchen Sternsystems lebten, müssten wir die Sterne, aus denen es sich zusammensetzt, in jeder Richtung am Himmel sehen. Die Begrenztheit der Milchstrasse auf ein recht schmales Band zeigt jedoch, dass unsere Galaxie im wesentlichen flach ist. Somit muss sie eine Spiralgalaxie sein.

Diese Spiralklassifikation ist von der südlichen Hemisphäre aus leicht nachzuvollziehen. Das Sonnensystem liegt in einem der Spiralarme. so dass mindestens einer uns wie ein Mantel einhüllt, während sich andere zwischen uns und dem galaktischen Zentrum winden. Wie andere Spiralgalaxien, enthält auch unsere Galaxis Bänder undurchsichtiger Staubwolken längs der Spiralarme und einen zentralen Bauch oder bulge, ähnlich einer kleinen elliptischen Galaxie, an dem die Spiralarme ansetzen. Diese Aufwölbung liegt, von der Erde aus gesehen, im Schützen, und dies ist auch der Grund, warum sich dort die Milchstrasse verbreitert. Vor diesem "bulge" verläuft ein hervorstechender Spiralarm, der die grosse Helligkeit in der Centaurus-Crux-Carina-Region verursacht. Im Sternbild Carina schwenkt er von uns weg, so dass er, praktisch von der Kante gesehen, durch eine grosse Zahl von Sternen und Nebeln für die extreme Helligkeit und Komplexität der Milchstrasse in diesem Bereich sorgt. Unmittelbar ausserhalb dieses Arms - und daher sehen wir es vorgelagert - liegt das Band aus Gas und Staub. Das ist eine Region, in der sich Sterne erst noch bilden werden, und die den dunklen, sich vom Schwan zum südlichen Kreuz erstreckenden Streifen hervorruft. Jenseits des Schiffskiels sehen wir auf den schwächeren Arm, der sich ausserhalb der Sonne vorbeikrümmt. Er zieht über den nördlichen Himmel und gewinnt an Helligkeit, während wir ihm graduell einwärts in Richtung Schwan folgen. Obwohl das Auge eines erfahrenen Beobachters diese Gebilde leicht erkennt, hat es eine lange Zeit gedauert, bis die Struktur der Galaxis entschlüsselt war. Aber auch heute noch gibt es einige strittige Details, wie zum Beispiel die Zahl der vorhandenen Spiralarme. 

Die Verteilung des neutralen Wasserstoffs in der Milchstrasse, beobachtet bei 21cm Wellenlänge. Durch radioastronomische Beobachtungen wurde in den 50er Jahren die Spiralstruktur unserer Milchstrasse mithilfe des Doppler-Effekts entschlüsselt. Aus dem dunklen Sektor rechts konnten keine Informationen gewonnen werden. Die Position der Sonne ist durch einen Pfeil gekenzeichnent.

Im Jahre 1931 entdeckte K. Jansky die Radioemission aus der Richtung des Schützen. Nicht lange danach wurden schon die ersten Radiokarten des Himmels angefertigt. Diese Karten zeigten u.a. ein Band, das der Milchstrasse genau folgte. Die Mechanismen, die sichtbares Licht bzw. Radiostrahlung erzeugen, sind grundverschieden, und nur wenige kosmische Objekte produzieren beides in vergleichbaren Beträgen. Am nördlichen Himmel fand man nur eine schwache Radioemission, die aber in Richtung Sagittarius beträchtlich anschwoll. Der Unterschied zwischen "Radio-Galaxis" und optisch sichtbarer Milchstrasse war einfach dadurch gegeben, dass die Radiowellen die Dunkelwolken ungehindert durchdringen können. Diese zeigten, wie die Galaxis aussähe, wenn wir alle Sterne sehen könnten, und lenkten unsere Aufmerksamkeit auf das eigentliche Zentrum der Milchstrasse (galaktisches Zentrum), Sagittarius A. Mit der Entwicklung der Radioastronomie begannen detailliertere Beobachtungen. Eine der wichtigsten war das Studium der Strahlung von interstellaren Wasserstoffatomen bei einer Wellenlänge von 21 cm. Radioastronomische Untersuchungen dieser 21-cm-Linie können Gaswolken "sichtbar" machen, die mit den Spiralarmen assoziiert sind - unabhängig davon, ob sie hinter (optisch) undurchsichtigen Wolken stehen oder nicht. So konnten die Radioastronomen eine Karte erstellen, die erstmals die Spiralarme der Galaxis zeigte. Dabei gab sich aber die Spiralstruktur des Milchstrassensystems nur höchst verschwommen zu erkennen, und es bedurfte viel Erfahrung und Phantasie, um den Verlauf der Spiralarme in die Karten einzeichnen zu können. Unlängst wurden von Australien aus bei der Strahlung des weit weniger häufig vorkommenden Gases Kohlenmonoxid ähnliche Beobachtungen angestellt, die ein viel klareres Bild ergaben, das zeigt, dass unsere Galaxis vier Spiralarme besitzt. Der Blick von unserem Standort inmitten der galaktischen Scheibe aus wird uns niemals in die Lage versetzen können, die Struktur der Galaxis vollständig zu enthüllen. Was möglich ist, ist eine Beschreibung, die zum Teil von Studien unserer eigenen und teilweise von unseren Kenntnissen über andere Spiralgalaxien stammt. Etwa 100 Milliarden Sterne bevölkern die Galaxis, was etwas über dem Durchschnitt für Spiralgalaxien liegt. Dies entspricht etwa der Zahl der Reiskörner, die man in das Volumen einer Kirche mittlerer Grösse packen kann. Das Milchstrassensystem besteht jedoch zum grössten Teil aus leerem Raum: Wenn wir ein Modell bauen würden, in dem die Sterne durch Reiskörner dargestellt sind, dann müssten wir etwa eine Handvoll auf die FIäche Mitteleuropas verstreuen, um die Sterndichte in der Sonnenumgebung nachzubilden. Der Durchmesser des gesamten Milchstrassenmodells wäre in diesem Massstab etwa 400000 km, etwas mehr als die Entfernung Erde-Mond. In astronomischen Längeneinheiten ausgedrückt, beträgt der Durchmesser der Galaxis nahezu 100000 Lichtjahre, wobei die äussere Grenze allerdings nicht gut definiert ist, und wir leben etwa 28000 Lichtjahre vom galaktischen Zentrum entfernt.

Sternpopulationen in der Milchstrasse

Der Bauch von Sternen ("bulge") im zentralen Teil enthält diejenigen Sterne, die sich relativ früh in der Geschichte der Galaxis gebildet haben, obwohl in einigen Gebieten im galaktischen Zentrum auch heute noch Sternentstehung stattfindet. Die alten Sterne im "bulge" haben sich von der Hauptreihe wegentwickelt (siehe Hertzsprung-Russell-Diagramm). Viele von ihnen sind zu kühlen Riesen geworden, während solche, die Hauptreihensterne geblieben sind, klein (Zwergsterne) und auch relativ kühl sind. Deswegen ist ihre mittlere Farbe gelb. Sie werden gemeinsam als Population-II-Sterne bezeichnet. Im Kontrast dazu ist die galaktische Scheibe, die sich bis über die Umlaufbahn der Sonne hinaus erstreckt und die Spiralarme enthält, eine Stätte der Sternentstehung, wie man es im Orion-Nebel und ähnlichen Nebelgebilden (z.B. im Rho-Ophiuchi-Dunkelwolken-System) beobachten kann. Das Licht der jungen Sterne in der Scheibe wird von den heissesten, hellsten Vertretern beherrscht und ist deswegen im Mittel blau (u.a. O-Sterne, B-Sterne; OB-Assoziationen). Diese Sorte nennen wir Population-I-Sterne. Zwischen den Sternen und insbesondere zwischen den gekrümmten Spiralarmen finden sich Wolken interstellarer Materie, die noch für viele Milliarden Jahre das Grundmaterial zur Sternbildung liefern werden.

Ähnlich wie die Planeten unserer Sonne umrunden, so laufen auch die Sterne unserer Galaxis um das Milchstrassenzentrum. Jeder Stern hat dabei eine Rotationsgeschwindigkeit, die ihm von der Masse an Material (Sterne, Gas und unsichtbare Objekte, wie Schwarze Löcher) innerhalb seines Orbits diktiert wird. Da die Bahnen nicht genau kreisförmig sind, vermischen sich die Sterne untereinander. Im "bulge" sind einige Bahnen elliptisch, andere schwingen in komplexer Weise auf und nieder (Schnelläufer) - vergleichbar mit einer Sinus-Schwingung, die man auf einen leicht gestauchten Zylinder zu malen versucht. Unsere Sonne umkreist das galaktische Zentrum mit einer Geschwindigkeit von etwa 220 km/s und benötigt deshalb für einen Umlauf etwa 200 Millionen Jahre. Diesen Zeitraum nennt man das "kosmisches Jahr". Seit ihrer Entstehung vor etwa 6 Milliarden Jahren hat sie das Zentrum mit ihren Planeten demnach ungefähr 30mal umrundet. Wenn wir die Bewegungen der äussersten Sterne unserer Galaxis messen, können wir ihre Gesamtmasse bestimmen. Diese Messung ist jedoch nur teilweise durchführbar, da wir Geschwindigkeiten nur in Richtung der Sichtlinie (mit Hilfe des Doppler-Effekts) bestimmen können und nicht senkrecht dazu. Eine weitere Komplikation ist unsere eigene Bewegung, die ihrerseits nicht genau bekannt ist. Verschiedene statistische Analysen der gemessenen Bewegungen schlagen für die Masse der Galaxis das Billionenfache (1000 Milliarden) der Sonnenmasse vor, was etwa das Zehnfache dessen ist, was man aus der sichtbaren galaktischen Materie schliesst. Ob die "Extramasse" wirklich existiert (dunkle Materie) oder nur eine statistische Besonderheit ist, und welches Material dafür verantwortlich sein könnte, wenn die Massenschätzung doch stimmt, verbleibt als ungelöstes Forschungsthema.

Einige wichtige Daten zum Milchstrassensystem 

1 Lichtjahr = 9'460'800'000'000 km (9,46 Billionen km)