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Asteroidengürtel

Asteroidengürtel

Der Asteroiden- oder Hauptgürtel ist jener Bereich des Sonnensystems zwischen den Bahnen von Mars und Jupiter, in dem der Großteil der Asteroiden oder Kleinplaneten um die Sonne wandert. Er wird heute mit etwa 2,0 bis 3,4 AE angegeben; schon vor 100 Jahren berechnete ihn Johann Palisa mit 2,2 bis 3,6 AE.

Entdeckung

Aufgrund einer als Titius-Bode-Reihe bezeichneten empirische Formel, die Aussagen über die Ordnung der Planeten macht, wurde gegen Ende des 18. Jahrhunderts mit der systematischen Suche nach einem laut dieser Formel „fehlenden“ Planeten in diesem Bereich begonnen. Mit seiner Entdeckung des später als Ceres benannten größten Asterioden am 1. Januar 1801 glaubte Giuseppe Piazzi den Planeten gefunden zu haben. Doch kamen in den folgenden Jahren nach und nach weitere ähnliche Entdeckungen hinzu – zum Beispiel Pallas (1802) und Vesta (1807). Bis 1890 wusste man schon von 300 Asteroiden in dieser „Planetenlücke“ – bis heute sind es über 100.000 Objekte; darunter auch welche die, wie im Falle von Ida und seinem Begleiter Dactyl, sogar einen eigenen kleinen Mond haben. Es wird heute allgemein angenommen, dass der Asteroidengürtel gleichzeitig mit dem restlichen Sonnensystem aus einem Urnebel hervorgegangen ist und aufgrund der Einwirkung des Jupiter nicht zu einem Planeten zusammenwachsen konnte. Eine in der Vergangenheit populäre These, nach der es an der entsprechenden Stelle einmal einen kleinen Planeten gab, der aber durch die Kollision mit einem größeren Asteroiden in Stücke gerissen wurde, wird heute kaum noch vertreten.

Die Objekte

Es handelt sich um Objekte jeglicher Größe, von kleinen, unregelmäßig geformten Brocken bis zu dem größten bekannten Kleinplaneten im Hauptgürtel, Ceres, dessen Durchmesser mit etwa 945 Kilometern etwa einem Drittel des Durchmessers unseres Erdmondes entspricht. Bis auf den hellsten, Vesta, sind sie von der Erde aus nicht mit bloßem Auge auszumachen. Die Gesamtmasse aller Asteroiden des Gürtels ist kleiner als die des Erdmondes. Die Zusammensetzung der Asteroiden ist nicht im gesamten Hauptgürtel gleich. Im inneren Bereich (zwischen 2,0 und 2,5 AE) dominieren helle Objekte der Spektralklassen E (Albedo ~0,4) und S (Albedo ~0,2), auch die V-Klasse ist dort angesiedelt. Es handelt sich dabei um silikatreiche Objekte, die im Laufe ihrer Geschichte teilweise oder auch ganz aufgeschmolzen wurden. Ab einem Abstand von etwa 2,5 AE dominieren die dunklen, kohlenstoffhaltigen Asteroiden der Spektralklasse C (Albedo ~0,05). Ihre Zusammensetzung unterscheidet sich deutlich von den Asteroiden im inneren Bereich des Hauptgürtels: Sie dürften aus einer Mischung von Eis und Gestein hervorgegangen sein, die nur mäßig erhitzt wurde. Im äußeren Bereich des Asteroidengürtels treten dann vermehrt Objekte der Spektralklassen D und P auf. Diese sind dem C-Typ zwar ähnlich, wurden aber in ihrer Geschichte offenbar kaum nennenswert erhitzt, sodass auf ihrer Oberfläche noch Eis vorhanden sein könnte. Mit zunehmendem Abstand von der Sonne ist also eine Entwicklung von Objekten mit komplexer geologischer Vergangenheit hin zu primitiven (wenig veränderten) Asteroiden feststellbar.

Verteilung, Lücken

Die Asteroiden sind im Hauptgürtel nicht gleichmäßig verteilt, da die Gravitation des Planeten Jupiter – er vereint rund 70 Prozent der Gesamtmasse der Planeten unseres Sonnensystems in sich – Bahnstörungen verursacht. Bei ganzzahligen Verhältnissen der Umlaufzeiten der Asteroiden und des Jupiter treten Resonanzen auf, die den Gravitationseffekt verstärken. In diesen Bereichen sind keine stabilen Asteroidenbahnen möglich, so dass hier Lücken im Hauptgürtel auftreten. Nach dem Astronomen Daniel Kirkwood, der diese Lücken bereits 1866 festgestellt hatte, wurden sie Kirkwoodlücken genannt.

Sonstige Asteroidenvorkommen

Etwa zehn Prozent der bekannte Kleinplaneten laufen nicht auf Bahnen zwischen Mars und Jupiter.
- Innerhalb der Marsbahn bewegen sich die Amor-Typ-, Apollo-Typ- und Aten-Typ-Asteroiden.
- Auf den Bahnen der Planeten Mars, Jupiter und Neptun laufen Asteroiden um die Sonne, die als Trojaner bezeichnet werden.
- Jenseits des Neptun bewegen sich Transneptune bzw. Objekte des Kuipergürtels (KBO - Kuiper Belt Objects). In diesem Bereich werden mehr Objekte vermutet als im Hauptgürtel, aufgrund der großen Entfernung sind sie aber schwieriger nachzuweisen. Zudem finden sich unter den Transneptunen auch einige Objekte, deren Durchmesser über 1000 km liegt, und somit die größten Asteroiden im Hauptgürtel übertreffen. Ein weiterer Asteroidengürtel, die Vulcanoiden, ist innerhalb der Merkurbahn zu erwarten, konnte aber bisher wegen der Sonnennähe nicht direkt nachgewiesen werden.

Asteroidengürtel in der Fiktion

Asteroidengürtel bieten in Science-Fiction-Filmen ein dramaturgisches Element, sind in der Regel aber masslos übertrieben dargestellt. Szenen wie die Verfolgungsjagd in den Star-Wars-Filmen Das Imperium schlägt zurück oder Angriff der Klonkrieger zeigen extrem dichte Felder aus sich schnell bewegenden Objekten, die nur durch Pilotenkunst zu meistern sind. Die bislang einzige 'echte' Darstellung eines Asteroidengürtels war in 2001 - Odysee im Weltraum, welcher eine Szene enthält in der das Schiff einem einsamen Asteroiden begegnet.
Eine Raumfahrt durch den Asteroidengürtel bedeutet in der Regel nur eine geringe Gefahr, wie die zahlreichen Raumsonden die ihn durchquerten beweisen - tatsächlich sind aufwändige Kursberechnungen nötig um einen Asteroiden zu treffen, da sich die scheinbar große Zahl von etwa 100.000 auf ein immenses Raumgebiet verteilt.

Literatur

- Sternenbote: Jahrgang 45/12, Seite 222-234: Die Asteroiden - Dramatik und Schutt im Planetensystem: Gottfried Gerstbach: Artikel auf der Seite des Autors im PDF-Format abrufbar: http://www.g.gerstbach.at/papers/Asteroid1202gg.pdf

Weblinks

- [http://cfa-www.harvard.edu/iau/mpc.html Minor Planet Center] (Englisch) Kategorie:Asteroid ja:小惑星帯 ko:소행성대 simple:Asteroid belt

Sonnensystem

Das Sonnensystem, auch Solarsystem oder manchmal auch unser Planetensystem genannt, ist die Sonne mit ihren Planeten, Monden, Kleinplaneten, Kometen und Kleinkörpern wie den Meteoroiden, sowie die Gesamtheit aller Gas- und Staubteilchen, die durch die Anziehungskraft der Sonne zu einem System zusammengehalten werden. Dem Planetensystem der Sonne gehört auch unsere Erde an.

Aufbau

Im Zentrum des Sonnensystems befindet sich als Zentralstern die Sonne mit etwa 1,39 Millionen Kilometern Durchmesser, in der fast 99,9 % der Gesamtmasse des Systems konzentriert sind. Um die Sonne herum bewegen sich hauptsächlich die Planeten (siehe auch Tabelle der Planeten). Im Allgemeinen spricht man von den neun Planeten; dem im Mittel am weitesten entfernten Planeten Pluto wird jedoch seit der Entdeckung anderer Plutinos (ähnlich große Objekte mit vergleichbaren Bahneigenschaften) der Planetenstatus mehr und mehr aberkannt. 2003 wurde ein Objekt entdeckt, das größer als Pluto ist und sich am äußersten Rand unseres Sonnensystems befindet: 2003 UB₃₁₃. Sowohl die Entdecker als auch die NASA stufen das Objekt aufgrund seiner Größe als Planeten ein; die IAU hat jedoch in einer Erklärung mitgeteilt, dass dieses Objekt zumindest bis zu einer neuen klaren Definition für Planeten (welche im Sommer 2006 beschlossen werden soll) nicht als Planet anerkannt wird. Weitere Mitglieder des Sonnensystems sind Millionen von Asteroiden (auch Planetoiden oder Kleinplaneten genannt) und Kometen, die vorwiegend in drei Zonen des Sonnensystems anzutreffen sind, dem Asteroidengürtel, dem Kuipergürtel und der Oortschen Wolke. Der Sonne am nächsten befinden sich die inneren, erdähnlichen Planeten Merkur (Abstand zur Sonne 57,9×10⁶ km, bzw. 0,39 AE), Venus (108,2×10⁶ km, 0,72 AE), Erde (149,6×10⁶ km, 1 AE) und Mars (227,9×10⁶ km, 1,52 AE). Ihr Durchmesser beträgt zwischen 4878 km und 12756 km, ihre Dichte zwischen 3,95 g/cm³ und 5,52 g/cm³. Zwischen Mars und Jupiter befindet sich der so genannte Asteroidengürtel, eine Ansammlung von Kleinplaneten. Die meisten dieser Asteroiden sind nur wenige Kilometer groß (siehe Liste der Asteroiden) und nur wenige haben einen Durchmesser von 100 km oder mehr. Ceres ist mit ca. 960 km der größte dieser Körper. Ihre Bahnen sind teilweise stark elliptisch, einige kreuzen sogar die Merkur- (Icarus) beziehungsweise Uranusbahn (Chiron). Zu den äußeren Planeten zählen die Gasriesen Jupiter (778,3×10⁶ km, 5,2 AE), Saturn (1,429×10⁹ km, 9,53 AE) sowie die Planeten Uranus (2,875×10⁹ km, 19,2 AE) und Neptun (4,504×10⁹ km, 30,1 AE) mit Dichten zwischen 0,7 g/cm³ und 1,66 g/cm³ sowie Pluto (5,900×10⁹ km, 39,5 AE). Seit den 1990ern hat man mehr als 500 Objekte gefunden, die sich jenseits der Neptunbahn bewegen. Diese Objekte bilden den Kuipergürtel, der sich in einem Abstand von 6-7,5 Milliarden km (30-50 AE) zur Sonne befindet und ein Reservoir für die Kometen mit mittleren Umlaufperioden ist. Die Objekte dieser Zone sind wahrscheinlich nahezu unveränderte Überbleibsel aus der Entstehungsphase des Sonnensystems, man nennt sie deshalb auch Planetesimale. Jenseits des Kuipergürtels befindet sich bis zu einem Abstand von etwa 1,5 Lichtjahren (zirka 100.000 AE) die Oortsche Wolke. Man vermutet, dass aus dieser durch Gravitationsstörungen gelegentlich vorbeiziehender Sterne Körper herausgerissen werden und als langperiodische Kometen in die inneren Bereiche des Sonnensystems gelangen. Einige dieser Kometen verbleiben dann auf stark elliptischen Bahnen in der Nähe der Sonne, andere werden von den Planeten, insbesondere von Jupiter, gestört und abgelenkt, so dass sie aus dem Sonnensystem katapultiert werden oder auf Planeten oder in die Sonne stürzen. Den Rand unseres Sonnensystems bildet die Heliopause, die Grenzschicht zwischen Sonnenwind und interstellarem Medium. Man vermutet sie in einer Entfernung von ungefähr 150 AE, das dem 150fachen des Abstands Erde-Sonne oder dem 4fachen von Pluto-Sonne entspricht, der genaue Abstand ist jedoch bis heute nicht bekannt. Die inneren Planeten sowie Jupiter und Saturn waren schon in der Antike bekannt. Sie wurden von den Römern als Götter betrachtet und sind nach diesen benannt. Uranus, Neptun und Pluto wurden zwischen 1781 und 1930 entdeckt und ebenfalls nach römischen Göttern benannt. Innerhalb der von den einzelnen Planeten beherrschten Gravitationsfeldern – ihrer Hill-Späre – befinden sich, außer bei Merkur und Venus, kleinere Himmelskörper als umlaufende Begleiter. Nach dem altbekannten Mond der Erde werden sie analog ebenfalls als Monde, aber auch gleichbedeutend für Begleiter als Trabanten oder Satelliten bezeichnet. Sie sind bis auf den Erdmond und den Plutomond Charon wesentlich kleiner als ihr Planet. Eine definitiv untere Grenzgröße, ab der man nicht mehr von einem Mond spricht, wurde wie bei den Planeten bisher noch nicht offiziell festgelegt. Da astronomische Dimensionen für die meisten Menschen schwer vorstellbar sind, ist ein maßstabsgerecht verkleinertes Modell unseres Sonnensystems hilfreich, um sich die Größenverhältnisse und Distanzen der Objekte unseres Sonnensystems zu veranschaulichen.

Das Sonnensystem im Milchstraßensystem

Die Sonne mit ihren Begleitern ist wie alle Sterne Teil eines Sternsystems. Sie ist mit mindestens 100 Milliarden (manche Schätzungen gehen bis 400 Milliarden) weiteren Sternen ein Mitglied des Milchstraßensystems, der Galaxis, einer Spiralgalaxie 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 ist etwa 26.000 Lichtjahre vom galaktischen Zentrum entfernt und umkreist es mit einer Geschwindigkeit von rund 220 km/s binnen zirka 230 Millionen Jahren, einem galaktischen Jahr. Die Lage der mittleren Bahnebene der Planeten des Sonnensystems entspricht nicht der Äquatorebene der Galaxis, sondern ist sehr stark dagegen geneigt. Der Nordpol der Erdbahnebene liegt an der Himmelsphäre nur etwa 30 Grad vom galaktischen Äquator in dem am Nachthimmel schimmernden Band der Milchstraße entfernt, im Sternbild Drache. Der südliche Ekliptikpol liegt im Sternbild Schwertfisch. Der Nordpol der Galaxis befindet sich 30 Grad über der Ekliptik im Sternbild Haar der Berenike, und der galaktische Südpol im Sternbild Bildhauer. Das Zentrum der Galaxis liegt nahe der Erdbahnebene, perspektivisch im Sternbild Schütze. Von der hellen zentralen Verdickung, der Bulge, ist jedoch in dem für das menschliche Auge sichtbaren Lichtspektrum nicht viel zu sehen, da sie im Scheibenbereich auch von großen Mengen interstellaren Staubes umgeben ist. Der Drehsinn des Milchstraßensystems um sein Zentrum stimmt nicht mit dem Umlaufsinn der Planeten um die Sonne überein. Die Rotation der galaktischen Scheibe erfolgt von Norden gesehen im Uhrzeigersinn, so, als würden die Spiralarme von der Rotation des Zentralbereiches nachgeschleppt; ihr Drehsinn ist gemessen am Sonnensystem gewissermaßen „gegenläufig“. Der sonnennächste Stern ist Proxima Centauri. Sein Abstand zum Sonnensystem beträgt etwa 4,24 Lichtjahre bzw. 268.000 Astronomische Einheiten. Als Grund der Spiralstruktur in der Verteilung der Sterne vermuten viele Astronomen Dichtewellen noch unbekannter Ursache, an denen die Gas- und Staubmassen der galaktischen Scheibe während deren Rotation auflaufen und dadurch zu der Bildung neuer Sterne angeregt werden. Manche Astronomen machen für die anscheinend periodisch auftretenden Massensterben ein erheblich verstärktes Bombardement von Kometen verantwortlich, die bei den regelmäßigen Begegnungen des Sonnensystems mit diesen Dichtewellen in der Oortschen Wolke aus der Bahn gebracht wurden. Die galaktische Region, in der sich das Sonnensystem befindet, ist von interstellarem Staub weitgehend frei. Es ist die sogenannte lokale Blase (engl.: local bubble). Sie erstreckt sich ungefähr 200 Lichtjahre entlang der galaktischen Ebene und etwa 600 Lichtjahre senkrecht dazu. Diese große Blase besteht aus sehr heißem und extrem verdünntem Gas, hauptsächlich Wasserstoff., das uns diesen Staub fern hält. Durch die extrem geringe Dichte von ungefähr 5.000 Teilchen je Kubikmeter bzw. 5 Teilchen je Liter ist seine Temperatur von etwa 4 Millionen Grad Celsius kein Problem für uns. Außerdem wird im Einflussbereich der Sonne der größte Teil dieses Gases durch den ihm entgegenstürmenden Sonnenwind mit abgeschirmt. Entdeckt wurde die Blase durch eine intensive Röntgenstrahlung, die aufgrund der hohen Temperatur von ihr ausgeht. Vor der Röntgenstrahlung schützt uns die Erdatmosphäre, daher konnte die heiße Blase erst von satellitengetragenen Röntgenteleskopen entdeckt werden. Die Entstehung der Blase wird den Druckwellen von etwa 10 Supernovae zugeschrieben, die demnach vor rund 4 Millionen Jahren in einer dichten Staubwolke explodiert sind. Solche Explosionen waren vermutlich auch an der Entstehung des Sonnensystems beteiligt, indem sie die Urwolke des späteren Sonnensystems durch ihre Druckwellen entscheidend vorkomprimierten. Eine noch größere Blase wurde 500 Lichtjahren von uns entfernt in Richtung des Sternbildes Skorpion entdeckt und Loop I genannt. Sie hat einen Durchmesser von etwa 1.000 Lichtjahren. In ihrem Zentrum befindet sich die junge, sogenannte Scorpio-Centaurus-Assoziation. Es wird vermutet, dass das Milchstraßensystem von Hunderten solch heißer Blasen durchsetzt ist.

Die Entstehung des Sonnensystems

Vor etwa 4,6 Milliarden Jahren bewegte sich an Stelle unseres Sonnensystems eine ausgedehnte Materiewolke um das Zentrum der Galaxis. Die Wolke bestand zu über 99 % aus den Gasen Wasserstoff und Helium sowie einem geringen Anteil aus nur mikrometergroßen Staubteilchen, die sich aus schwereren Elementen und Verbindungen, wie Wasser, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, anderen Kohlenstoffverbindungen, Ammoniak und Siliziumverbindungen zusammensetzten. Der Wasserstoff und der überwiegende Teil des Heliums war bereits beim Urknall entstanden. Die schwereren Elemente und Verbindungen wurden im Innern von Sternen erzeugt und bei deren Explosion freigesetzt. Teile der Materiewolke zogen sich infolge der eigenen Schwerkraft zusammen und verdichteten sich. Den Anstoß hierzu könnte die Explosion einer relativ nahen Supernova gegeben haben, deren Druckwellen durch die Wolke wanderten. Diese Verdichtungen führten zu der Bildung von vermutlich mehreren hundert oder gar tausend Sternen in einem Sternhaufen, der sich wahrscheinlich nach einigen hundert Millionen Jahren in freie Einzel- oder Doppelsterne auflöste. Im Folgenden wird die Entwicklung desjenigen „Fragments“ der Materiewolke betrachtet, aus dem sich unser Sonnensystem bildete. Da bei der Kontraktion der Drehimpuls erhalten bleiben muss, hat sich eine schon minimal existierende Rotation der kollabierenden Wolke erhöht, ähnlich wie eine Eiskunstläuferin durch Anlegen der Arme eine schnelle Rotation erreicht. Die dabei entstehenden, nach außen wirkenden Fliehkräfte führten dazu, dass sich die Wolke in den Außenbereichen zu einer rotierenden Scheibe ausbildete. Fast die gesamte Materie der Wolke stürzte jedoch in das Zentrum und bildete einen Protostern, der weiter kollabierte. Im Innern dieses Gaskörpers stiegen Druck und Temperatur so weit an, bis ein Kernfusionsprozess gezündet wurde, bei dem Wasserstoffkerne zu Heliumkernen verschmelzen. Die dabei freigesetzte Energie erzeugte einen Strahlungsdruck, welcher der Gravitation entgegenwirkte und die weitere Kontraktion aufhielt. Ein stabiler Stern - unsere Sonne - war entstanden. Gravitation In der verbleibenden protoplanetare Scheibe führte nach dem bisherigen Modell die Verklumpung von Staubteilchen (Koagulation) zur Bildung von Planetesimalen, den Bausteinen der Planeten. Diese kilometergroßen Gebilde besaßen genug Masse, um sich durch ihre Gravitation mit anderen Planetesimalen zu größeren Objekten zu vereinigen. 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. Offensichtlich verhinderte er auch die Bildung eines größeren Körpers zwischen der Mars- und Jupiterbahn, was zur Entstehung des Asteroidengürtels führte. Einen maßgeblichen Einfluss auf die Prozesse der Planetenentstehung hatte der Abstand der Protoplaneten zur jungen Sonne. In Sonnennähe kondensierten schwerflüchtige Elemente und Verbindungen aus, während leichtflüchtige Gase durch den kräftigen Sonnenwind weggerissen wurden. Hier entstanden die inneren Planeten, Merkur, Venus, Erde und Mars mit festen silikatischen Oberflächen. In den kälteren Außenregionen konnten die entstehenden Planeten auch die leichtflüchtigen Gase, wie Wasserstoff, Helium und Methan festhalten. Hier bildeten sich die „Gasriesen“ Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. 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 deren Erforschung wichtige Hinweise zu dessen Entstehungsgeschichte liefern. Ebenfalls sehr wertvolle Erkenntnisse brachte die Untersuchung von Meteoriten. Dies sind Bruchstücke von Planetoiden, die ins Schwerefeld der Erde gerieten. 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 paradox erscheinende Verteilung des Drehimpulses auf die Sonne und die Planeten, denn 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. So ist auch 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 (C. H. Heller 1993, P. Kroupa 1995).

Merksatz zur Reihenfolge der neun Planeten

Von der Sonne aus gesehen: :„Mein Vater erklärt mir jeden Samstag unsere neun Planeten.“ Hauptartikel: Liste der Merksprüche

Siehe auch

- Astronomisches Objekt
- Ekliptik
- Entstehung des Mondes
- Meteor
- Meteorit
- Meteoroid
- Planetensystem
- Sternensystem
- Tabellarische Übersicht über die Planetendaten

Literatur

- Gürtler, J. und Dorschner, J.: Das Sonnensystem. Wissenschaftliche Schriften zur Astronomie. J. A. Barth Verlag, Leipzig - Berlin - Heidelberg (1993), ISBN 3335002814
- Heller, C. H., 1993, Encounters with protostellar disks. I - Disk tilt and the nonzero solar obliquity, ApJ 408, 337
- Kroupa, P., 1995, The dynamical properties of stellar systems in the Galactic disc, MNRAS 277, 1507 [http://de.arxiv.org/pdf/astro-ph/9508084 PDF bei arXiv]
- Duden Schülerlexikon Astronomie (ISBN 3411714913) / in diesem Buch wird alles über die Astronomie, das Sonnensystem und die Raumfahrt beschrieben

Weblinks

- [http://www.wappswelt.de/tnp/nineplanets/nineplanets.html „Die neun Planeten“]
- [http://www.solarviews.com/germ/homepage.htm „Ansichten des Sonnensystems“]
- [http://www.michaelschultz.de/ Animation des Sonnensystems]
- [http://celestia.sourceforge.net Celestia], freie 3D echtzeit Weltraumsimulation (OpenGL)
- [http://ssd.jpl.nasa.gov/ „Solar System Dynamics“], zum Beispiel mit Informationen über die neuesten Entdeckungen von Monden im Sonnensystem (Englisch)
- [http://solarsystem.nasa.gov/planets/charchart.cfm „The Planets: Orbits and Physical Characteristics“], (Englisch)

Videos

- Real Video (Aus der Fernsehsendung Alpha Centauri):
- [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=000910.rm Wie ist das Sonnensystem entstanden?]
- [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=010121.rm&g2=1 Gibt es einen 10. Planeten?] Kategorie:Sonnensystem ja:太陽系 ko:태양계 ms:Sistem suria nb:Solsystem simple:Solar system th:ระบบสุริยะ

Mars (Planet)

Der Mars ist, von der Sonne aus gesehen, der vierte Planet in unserem Sonnensystem. Er zählt zu den erdähnlichen (terrestrischen Planeten). Aufgrund seiner (blut)roten Farbe wurde er nach dem römischen Kriegsgott Mars benannt und wird oft auch als der Rote Planet bezeichnet. Symbolisiert wird Mars durch einen Kreis mit einem schräg nach rechts oben zeigenden Pfeil: Mars
Das Zeichen, das einen Schild mit einem dahinter stehenden Speer darstellen soll, steht für den römischen Kriegsgott. In der Biologie symbolisiert es das männliche Geschlecht. Mars besitzt zwei kleine, unregelmäßig geformte Monde, Phobos und Deimos (griech. Furcht und Schrecken). Wegen seiner mysteriösen roten Färbung hat der Mars schon immer die Menschen fasziniert. Die Färbung selbst verdankt der Planet Eisenoxid-Staub, der sich auf der Oberfläche und in der Atmosphäre verteilt hat. Somit ist der Mars ein „rostiger“ Planet.

Bahndaten

Der Mars bewegt sich in einem Abstand von 206,62 bis 249,23 Millionen Kilometer (1,524 AE bis 1,666 AE) in 1 Jahr 321 Tagen und 18 Stunden auf einer elliptischen Bahn um die Sonne. Die Bahnexzentrizität (Abweichung von der Kreisform) beträgt 0,0935, wobei die Bahn 1,85° gegen die Ekliptik geneigt ist. Mars besitzt nach Pluto und Merkur die exzentrischste Bahn aller großen Planeten im Sonnensystem.

Physikalische Eigenschaften

Der Mars besitzt mit einem Durchmesser von 6794 km etwa den halben Durchmesser der Erde, ein Viertel ihrer Oberfläche und ein Zehntel ihrer Masse. Die Fallbeschleunigung auf seiner Oberfläche beträgt 3,71 m/s², dies entspricht etwa 38 Prozent der irdischen. Der Mars besitzt eine dünne Atmosphäre. Fallbeschleunigung Er rotiert in rund 24 Stunden und 37 Minuten um die eigene Achse. Da die Rotationsachse des Planeten um 25° 12' gegen die Bahnebene geneigt ist, gibt es – wie auf der Erde – Jahreszeiten. Sie haben jedoch fast die doppelte Dauer der irdischen Jahreszeiten, da ihnen das Marsjahr (687 Tage) zugrunde liegt. Die Rotationsachse weist zudem eine Präzessionsbewegung mit einer Periode von 170.000 Jahren auf. Das Magnetfeld des Mars ist nur sehr schwach ausgeprägt. Die Messung des Magnetfeldes wird erschwert durch die Magnetisierung der Kruste (siehe weiter unten) mit Feldstärken von bis zu 220 Nanotesla und durch externe Magnetfelder mit Stärken zwischen wenigen Nanotesla und bis zu 100 Nanotesla, die durch die Wechselwirkung des Sonnenwindes mit der Marsatmosphäre entstehen und zeitlich sehr stark variieren. Nach den Analysen der Daten des Mars Global Surveyor konnte die Stärke des Magnetfeldes dennoch sehr genau bestimmt werden – sie liegt bei weniger als 0,5 Nanotesla, gegenüber 30 bis 60 Mikrotesla beim Erdmagnetfeld.

Atmosphäre und Klima

Der Mars besitzt eine sehr dünne Atmosphäre, die zu 95 Prozent aus Kohlendioxid besteht. Daneben kommen noch 2,7 Prozent Stickstoff, 1,6 Prozent Argon, geringe Anteile an Sauerstoff und Kohlenmonoxid sowie Spuren von Wasserdampf und anderen Verbindungen oder Elementen vor. Wasser Im Jahre 2003 konnten mittels erdgestützter Teleskope Spuren von Methan nachgewiesen werden. Das Vorhandensein des instabilen Gases Methan in der Atmosphäre weist darauf hin, dass auf dem Mars „Methanquellen“ vorhanden sein müssen oder zumindest vor hunderten von Jahren existierten. Als Quellen kommen aktiver Vulkanismus, Kometeneinschläge oder sogar methanproduzierende Mikroorganismen in Betracht. Das Methan ist nicht gleichmäßig verteilt, sondern weist ein Muster etwas erhöhter Konzentrationen auf. Offensichtlich wird oder wurde der Nachschub an Methan kurzfristig unterbrochen, bevor es sich gleichmäßig in der Atmosphäre verteilen konnte. Derzeit werden Untersuchungsprogramme aufgestellt, um zu klären, welche Quellen in Frage kommen. Bei der biologischen Erzeugung von Methan auf der Erde entsteht fast immer Ethan als Begleitgas, während bei einer vulkanischen Entstehung Schwefeldioxid freigesetzt wird. Die Messung dieser Gase in der Marsatmosphäre könnte eine Klärung bringen. Der atmosphärische Druck beträgt auf der Oberfläche des Mars nur 6,36 mbar (Millibar). Im Vergleich zu durchschnittlich 1013 mbar auf der Erde sind dies nur 0,75 Prozent, das entspricht dem Luftdruck der Erdatmosphäre in 35 Kilometer Höhe. Die dünne Marsatmosphäre kann nur wenig Sonnenwärme speichern, daher sind die Temperaturunterschiede auf der Oberfläche sehr groß. Die Temperaturen erreichen im Sommer (bezogen auf das Marsjahr) in Äquatornähe etwa 20 °C am Tag und bis zu –85 °C in der Nacht. Äquatornähe Abhängig von den Jahreszeiten und der Intensität der Sonneneinstrahlung finden in der Atmosphäre dynamische Vorgänge statt. Die vereisten Polkappen verdunsten im Sommer teilweise, und sublimierter Wasserdampf bildet ausgedehnte Zirruswolken. Die Polkappen selbst bestehen aus Kohlendioxideis und Wassereis. Während des Marsfrühjahrs können in den ausgedehnten flachen Ebenen heftige Staubstürme auftreten, die mitunter große Teile der Marsoberfläche verhüllen. Die Aufnahmen von Marssonden zeigen mitunter Windhosen, die über die Marsebenen ziehen und auf dem Boden dunkle Spuren hinterlassen. Mars erscheint uns heute als trockener Wüstenplanet. Die bislang vorliegenden Ergebnisse der Marsmissionen lassen jedoch den Schluss zu, dass die Marsatmosphäre in der Vergangenheit (vor Milliarden Jahren) wesentlich dichter war und auf der Oberfläche des Planeten reichlich flüssiges Wasser vorhanden war. Die Atmosphäre wurde offensichtlich im Laufe der Zeit vom Sonnenwind regelrecht abgetragen und in den Weltraum mitgerissen. Dies wurde durch die geringe Schwerkraft des Planeten und sein schwaches Magnetfeld begünstigt, das kaum Schutz vor den hochenergetischen Partikeln der Sonne bietet. Vermutlich befinden sich unter der Oberfläche noch größere Mengen an Wasser in Form von Eis.

Geologie

Über den inneren Aufbau des Mars ist nur wenig bekannt, da bislang nur begrenzt seismische Messungen vorgenommen werden konnten. Durch die Analyse der Bahndaten des Mars Global Surveyor konnte jedoch nachgewiesen werden, dass der Mars einen flüssigen Kern mit einem Radius zwischen 1520 und 1840 Kilometer besitzt und damit eine höhere Temperatur aufweist als zuvor angenommen. Es kann jedoch derzeit keine Aussage getroffen werden, ob der Kern wenigstens zum Teil fest ist. Die Dichte des Kerns liegt niedriger, als es bei einem reinen Eisenkern der Fall wäre, so dass er auch Beimengungen von leichteren Elementen wie z.B. Schwefel enthalten muss. seismische Auffallend ist die Dichotomie, die „Zweiteilung“ des Mars. Die nördliche und die südliche Hemisphäre unterscheiden sich deutlich, wobei man von den Tiefebenen des Nordens und den Hochländern des Südens sprechen kann. Der mittlere Großkreis, der die topografischen Hemisphären voneinander trennt, ist rund 40 Grad gegen den Äquator geneigt. Der Massenmittelpunkt des Mars ist gegenüber dem geometrischen Mittelpunkt um etwa drei Kilometer in Richtung der nördlichen Tiefebenen versetzt. Auf der nördlichen Halbkugel sind flache, sand- und staubbedeckte Ebenen vorherrschend, die Namen wie Utopia Planitia oder Amazonis Planitia erhielten. Dunkle Oberflächenmerkmale, die in Teleskopen sichtbar sind, wurden einst für Meere gehalten und erhielten Namen wie Mare Erythraeum, Mare Sirenum oder Aurorae Sinus (diese Namen werden heute nicht mehr verwendet). Die ausgedehnteste dunkle Struktur, die von der Erde aus gesehen werden kann, ist Syrtis Major, die „große Syrte“. Die südliche Halbkugel ist durchschnittlich sechs Kilometer höher als die nördliche und besteht aus geologisch älteren Formationen. Die Südhalbkugel ist zudem stärker verkratert. Syrtis Major Die deutlichen Unterschiede der Topografie können durch innere Prozesse oder aber ein Impaktereignis verursacht worden sein. In letzterem Fall könnte in der Frühzeit der Marsentstehung ein größerer Himmelskörper, etwa ein Asteroid, auf der Nordhalbkugel eingeschlagen sein und die silikatische Kruste durchschlagen haben. Aus dem Innern könnte Lava ausgetreten sein und das Einschlagbecken ausgefüllt haben. Die Kruste des Mars weist eine Dicke zwischen 40 Kilometer unter den nördlichen Tiefebenen auf und nimmt, im Gegensatz zum stufenartigen Übergang an der Oberfläche, nur langsam auf 70 Kilometer am Südpol zu. Dies könnte ein Indiz für innere Ursachen der Zweiteilung des Mars sein. Asteroid Mars besitzt zwei auffällige Polkappen, die zum größten Teil aus gefrorenem Kohlendioxid (Trockeneis) sowie einem geringen Anteil an Wassereis zusammengesetzt sind. Die nördliche Polkappe hat während des nördlichen Marssommers einen Durchmesser von rund 1.000 Kilometern. Ihre Dicke wird auf 5 Kilometer geschätzt. Die südliche Polkappe ist mit 350 Kilometer Durchmesser und einer Dicke von 1,5 Kilometer weniger ausgedehnt. Die Polarkappen zeigen spiralförmige Einschnitte, deren Entstehung bislang nicht geklärt ist. Wenn im Sommer die jeweiligen Polkappen teilweise abschmelzen, werden darunter geschichtete Ablagerungen sichtbar, die möglicherweise abwechselnd aus Staub und Eis zusammengesetzt sind. Im Marswinter nimmt der Durchmesser der jeweils sonnenabgewandten Polkappen durch ausfrierendes Kohlendioxid wieder zu. Trockeneis Längs des Marsäquators verläuft das größte bekannte Canyonsystem des Sonnensystems. Das Valles Marineris erstreckt sich über 4000 Kilometer und ist stellenweise bis zu 7 Kilometer tief. Es handelt sich um einen gewaltigen tektonischen Bruch, der nach Westen hin in einer chaotisch anmutenden Region mit zahlreichen Einbrüchen und Gräben mündet. Nordwestlich des Valles Marineris liegt die Tharsis-Region, ein ausgedehntes Gebiet mit erloschenen Schildvulkanen. Der höchste Vulkan, Olympus Mons, stellt mit einer Höhe von 27 Kilometer die höchste Erhebung im Sonnensystem dar. Die Tharsis-Region bildet einen gewaltigen Wulst auf der Mars-Lithosphäre mit einer Ausdehnung von etwa 4.000 mal 3.000 Kilometer. Offensichtlich stehen die Tharsis-Region und das Valles Marineris in ursächlichem Zusammenhang. Möglicherweise haben vulkanische Kräfte die Oberfläche des Planeten empor gedrückt, wobei die Kruste im Bereich des Valles Marineris regelrecht aufgerissen wurde. Eine Vermutung besagt, dass diese vulkanische Tätigkeit durch ein Impaktereignis ausgelöst wurde, dessen Einschlagstelle das Hellas-Becken auf der gegenüberliegenden Seite des Mars sei. Ein weiteres, wenn auch weniger ausgedehntes vulkanisches Gebiet ist die Elysium-Region nördlich des Äquators, mit den Schildvulkanen Elysium Mons, Hecates Tholus und Albor-Tholus. Auf der Südhalbkugel sind zahlreiche Impaktkrater sichtbar. Der größte, Hellas Planitia – das Hellas Einschlagbecken –, hat bis 2.100 Kilometer Durchmesser. Der zweitgrößte Einschlagkrater des Mars ist Chryse Planitia. An den Landestellen der Marssonden sind Gesteinsbrocken, sandige Böden und Dünen sichtbar. Die Gesteine weisen an der Oberfläche eine blasenartige Struktur auf. Sie ähneln in ihrer Zusammensetzung irdischen Basalten. Die Böden sind offensichtlich durch die Verwitterung von eisenhaltigen vulkanischen Basalten entstanden. Basalt Auf der Marsoberfläche verlaufen Stromtäler, die mehrere hundert Kilometer lang und mehrere Kilometer breit sein können. Die Täler beginnen ziemlich abrupt und haben keine Zuflüsse. Die meisten verlaufen nördlich des Valles Marineris und laufen in einer ausgedehnten Ebene namens Chryse Planitia zusammen. In den Tälern erheben sich mitunter stromlinienförmige Inseln.
Die Täler weisen auf eine vergangene Flutperiode hin, bei der über einen geologisch relativ kurzen Zeitraum große Mengen Wasser geflossen sein müssen. Es könnte sich um Wassereis gehandelt haben, das sich unter der Marsoberfläche befand, durch vulkanische Prozesse geschmolzen wurde und dann abgeflossen ist. Darüber hinaus finden sich an Abhängen und Kraterrändern Spuren von Erosionen, die möglicherweise ebenfalls durch flüssiges Wasser verursacht wurden. Messungen der Magnetfeldlinien durch die Sonde Mars Global Surveyor ergaben, dass Teile der planetaren Kruste unterschiedlich magnetisiert sind, wobei gleichgerichtete Bänder von etwa 1000 Kilometern Länge und 150 Kilometern Breite auftreten. Ihre Größe und Verteilung entspricht einem magnetischen Muster, das in ähnlicher Form auch auf dem Meeresboden der Erde auftritt. Einer im Jahre 1991 entwickelten Theorie nach, die allerdings noch nicht bestätigt werden konnte, können derartige Muster das Ergebnis von Plattentektonik sein. Derartige Prozesse könnten die Entstehung einer dichteren Atmosphäre begünstigt haben, wobei kohlenstoffreiches Gestein aus dem Marsinnern an die Oberfläche gelangte. kohlenstoff Die Marssonde Opportunity fand im Gebiet des Meridiani Planum millimetergroße Kügelchen des Eisenminerals Hämatit. Diese könnten sich vor Milliarden Jahren unter Einwirkung von Wasser abgelagert haben. Darüber hinaus wurden Minerale vorgefunden, die aus Schwefel-, Eisen- oder Bromverbindungen aufgebaut sind, wie z.B. Jarosit. Auf der entgegen gesetzten Hemisphäre des Mars fand die Sonde Spirit in den „Columbia Hills“ das Mineral Goethit, das ausschließlich unter dem Einfluss von Wasser gebildet werden kann.

Entstehungsgeschichte

Anhand der geologischen Formationenvielfalt und der Verteilung von Einschlagskratern kann die Entstehungsgeschichte des Planeten abgeleitet werden. Der Mars entstand, wie die übrigen Planeten des Sonnensystems, vor etwa 4,5 Mrd. Jahren durch Zusammenballung kleinerer Körper, den Planetesimalen. Vor 4 Mrd. Jahren bildete der im Innern noch glutflüssige planetare Körper eine feste Gesteinskruste aus, die einem heftigen Bombardement von Asteroiden und Kometen ausgesetzt war. Die ältesten, heute noch vorhandenen Formationen, wie das Einschlagbecken Hellas Planitia und die verkraterten Hochländer, wie Noachis Terra, wurden vor 3,8 bis 3,5 Mrd. Jahren, in der so genannten Noachischen Periode gebildet. In dieser Periode setzte die Zweiteilung der Marsoberfläche ein, wobei die nördlichen Tiefländer gebildet wurden. Durch starke vulkanische Eruptionen wurden weite Teile des Planeten von Ablagerungen vulkanischer Laven und Aschen bedeckt. Diese wurden an vielen Stellen wieder durch Wind und Wasser abgetragen und ließen ein Netzwerk von Tälern zurück. Das geologische „Mittelalter“ des Mars wird als Hesperianische Periode bezeichnet. Sie umfasst einen Zeitraum vor 3,5 bis 1,8 Mrd. Jahren. In dieser Periode ergossen sich riesige Lavamengen aus ausgedehnten Spalten in der Marskruste und bildeten weite Ebenen, wie Hesperia Planum. Es entstanden auch die ältesten Vulkane der Tharsis- und der Elysium-Region, wobei die Gesteinskruste stark verformt wurde und sich das Valles Marineris ausbildete. Es bildeten sich die gewaltigen Stromtäler, in denen große Wassermengen flossen und sich stellenweise aufstauten. Das jüngste geologische Zeitalter des Mars wird als Amazonische Periode bezeichnet und begann vor 1,8 Mrd. Jahren. In dieser Phase bildeten sich die jüngeren Vulkane der Tharsis- und der Elysium-Region, aus denen große Lavamassen flossen und weite Ebenen, wie Amazonis Planitia, ausbildeten. Gegenwärtig wird die Oberfläche des Mars hauptsächlich durch Winderosion und Hangabrutsche geformt.

Monde

Amazonis Planitia Zwei kleine Monde, Phobos und Deimos (griech. Furcht und Schrecken) umkreisen den Mars. Sie wurden 1877 von dem US-amerikanischen Astronomen Asaph Hall entdeckt und nach den in der Ilias überlieferten beiden Pferden, die den Wagen des Kriegsgottes Ares (lat. Mars) ziehen, benannt. Phobos und Deimos sind zwei unregelmäßig geformte Felsbrocken. Möglicherweise handelt es sich um Asteroiden, die vom Mars eingefangen wurden. Ihre Existenz war schon lange vorher mehrmals beschrieben worden, zuletzt von Voltaire, der in seiner 1750 erschienenen Geschichte Micromégas über zwei Marsmonde schreibt. Es ist wahrscheinlich, dass Voltaire diese Idee von Jonathan Swift übernommen hat, dessen Buch Gullivers Reisen 1726 erschienen war. Darin wird im dritten Teil beschrieben, die Astronomen des Landes Laputa hätten „ebenfalls zwei kleinere Sterne oder Satelliten entdeckt, die um den Mars kreisen, wovon der innere vom Zentrum des Hauptplaneten genau drei seiner Durchmesser entfernt ist und der äußere fünf.“ Damit hat er das Bahnverhalten der Monde für die damalige Zeit erstaunlich gut vorhergesagt. Es wird vermutet, dass Swift von einer Fehlinterpretation Johannes Keplers gehört hatte. Dieser hatte das Anagramm, das Galileo Galilei 1609 an ihn schickte, um ihm die Entdeckung der Phasen der Venus mitzuteilen, als die Entdeckung zweier Marsmonde aufgefasst. Die Umlaufzeit von Phobos ist kürzer als die Rotationszeit von Mars. Der Mond kommt dem Planeten durch die Gezeitenwechselwirkung auf einer Spiralbahn langsam immer näher und wird schließlich auf diesen stürzen oder durch die Gezeitenkräfte auseinander gerissen werden, so dass er für kurze Zeit als Marsring enden wird. Für Phobos berechneten DLR-Forscher, basierend auf neueren Daten der europäischen Raumsonde Mars Express, dass der Mond in ca. 50 Millionen Jahren entweder auf den Roten Planeten stürzen oder auseinander gerissen werden wird. Deimos wird dagegen in einer noch ferneren Zukunft dem Mars entfliehen. Er driftet nämlich durch die Gezeitenwechselwirkung langsam nach außen, wie alle Monde, die langsamer (und nicht retrograd) um einen Planeten kreisen, als dieser rotiert.

Daten zu Phobos und Deimos

Erforschung

Vor dem Raumfahrtzeitalter

Tycho Brahe (1546-1601) maß die Planetenpositionen des Mars mittels Mauerquadrant recht genau und schuf damit die Voraussetzung für Johannes Kepler (1577-1630), der aufgrund Brahes Aufzeichnungen die elliptische Bahn des Planeten berechnete und die drei Keplerschen Gesetze ableitete. Christiaan Huygens (1629-1695) entdeckte eine dunkle, dreieckige Zone (Syrtis Major) auf der Marsoberfläche. Aus deren Positionsveränderungen errechnete er die Eigenrotation des Mars von rund 24,5 Stunden (heutiger Wert: 24,623 h). Giovanni Domenico Cassini beschrieb 1666 die weißen Polkappen des Mars. Wilhelm Herschel (1738-1822) bestimmte 1784 die Neigung der Rotationsachse gegenüber der Umlaufbahn. Wilhelm Beer fertigte 1830 die erste Marskarte an. 1869 veröffentlichte Richard Proctor eine detaillierte Marskarte, die er aus Zeichnungen von William Rutter Dawes erstellte. William Rutter Dawes Giovanni Schiaparelli (1835-1910) nahm 1877 auf der Marsoberfläche linienartige Strukturen wahr, die er „Canali“ (italienisch: Graben) nannte und in einer detaillierten Karte einzeichnete. Schiaparelli machte zunächst keine Angaben über den Ursprung der Strukturen, doch wurden diese als Kanäle und somit als Werk intelligenter Marsbewohner interpretiert. Auf älteren Marskarten sind die Kanäle, die zudem Namen erhielten, eingezeichnet. Während weitere Astronomen seine Beobachtungen bestätigten, wurde die Existenz der Kanäle von anderen Astronomen angezweifelt. Erst der Vorbeiflug der amerikanischen Mariner-Sonden beendete die Spekulationen. Fotos der Marsoberfläche zeigten keine Anzeichen von Kanälen. Diese waren offensichtlich das Ergebnis von optischen Täuschungen.

Im Raumfahrtzeitalter

Vollständige Übersicht aller gestarteten und geplanten Marssonden: Chronologie der Mars-Missionen Chronologie der Mars-Missionen Viele unbemannte Raumsonden sind schon zum Mars geschickt worden, einige waren sehr erfolgreich, aber eine bemerkenswert hohe Anzahl von ihnen versagte. Bei einigen der Fehler handelte es sich schlicht um menschliches Versagen, aber bei vielen anderen ist der Grund für das Scheitern unbekannt. Im Gegensatz zum Erdmond gibt es bis heute keine Gesteinsproben, die vom Mars zurückgebracht wurden, so dass Marsmeteorite die einzige Möglichkeit sind, Material vom Mars in irdischen Laboratorien zu erforschen. Zwei sowjetische Sonden wurden im Oktober 1960 gestartet, um am Mars vorbeizufliegen, erreichten aber noch nicht einmal die Erdumlaufbahn. 1962 versagten drei weitere sowjetische Sonden, zwei von ihnen blieben im Erdorbit, die dritte verlor auf dem Weg zum Mars den Kontakt mit der Erde. Auch ein weiterer Versuch im Jahre 1964 schlug fehl. Zwischen 1962 und 1973 wurden 10 Mariner-Raumsonden vom Jet Propulsion Laboratory der NASA entwickelt und gebaut, um das innere Sonnensystem zu erforschen. Es waren relativ kleine Sonden, die meistens nicht einmal eine halbe Tonne wogen. Mariner 3 und Mariner 4 waren identische Raumsonden, die am Mars vorbeifliegen sollten. Mariner 3 wurde am 5. November 1964 gestartet, aber die Transport-Verkleidung löste sich nicht richtig und die Sonde erreichte den Mars nicht. Drei Wochen später, am 28. November 1964, wurde Mariner 4 erfolgreich auf eine achtmonatige Reise zum roten Planeten geschickt. Am 14. Juli 1965 flog die Sonde am Mars vorbei und lieferte die ersten Nahaufnahmen – insgesamt 22 Fotos – des Planeten.
Die Bilder zeigten mondähnliche Krater, von denen einige von Frost bedeckt zu sein scheinen. 1969 folgten Mariner 6 und Mariner 7 und lieferten insgesamt 200 Fotos. 1969 1971 missglückte der Start von Mariner 8, dafür erhielt die NASA von Mariner 9 mehrere tausend Bilder. Ebenfalls 1971 landete mit der sowjetischen Mars 3 die erste Sonde weich auf dem Mars, nachdem Mars 2 wenige Tage zuvor gescheitert war; der Funkkontakt brach jedoch 20 Sekunden nach der Landung ab, mögliche Ursache war ein gerade tobender heftiger globaler Staubsturm, der den Lander umgeworfen haben könnte. 1971 In den 1970er Jahren landeten die Viking-Sonden erfolgreich auf dem Mars und lieferten die ersten Farbbilder sowie Daten von Bodenproben: Viking 1 schaffte am 20. Juni 1976 als erste US-amerikanische Sonde eine weiche Landung. Die Sowjetunion versuchte noch weitere Landungen auf dem Mars, scheiterte jedoch. Die einzigen Raumsonden, die in den 1980er Jahren zum Mars flogen, waren die beiden sowjetischen Fobos-Sonden. Sie wurden 1988 von Baikonur aus gestartet und sollten den Mars und seinen Mond Phobos untersuchen. Dafür waren sie im Rahmen einer internationalen Kooperation neben sowjetischen auch mit zahlreichen westlichen Instrumenten bestückt. Der Kontakt zu Fobos-1 brach jedoch schon auf dem Weg zum Mars ab, so dass nur Fobos-2 eine Marsumlaufbahn erreichte. Aber bereits nach einem Monat Operationszeit brach der Kontakt zu Fobos-2 wegen eines falschen Ingenieur-Kommandos ebenfalls ab. 1992 wurde die US-Sonde Mars Observer gestartet. Sie ging 1993 kurz vor dem Einschwenken in die Umlaufbahn verloren. 1996 sollte die erste seit dem Zusammenbruch der Sowjetunion russische Raumsonde Mars 96 starten. Doch versagte am 16. November 1996 die Proton-Trägerrakete, so dass Mars 96 nach nur einem Tag in einer niedrigen Erdumlaufbahn wieder in die Erdatmospäre eintrat und verglühte. Proton Besonderes Aufsehen erregte 1997 der Mars Pathfinder, bei dem zum ersten Mal ein kleines Fahrzeug – das Marsmobil (Rover) Sojourner – 16.000 Bilder von der Umgebung der Landestelle machen konnte. Sie landete publikumswirksam am 4. Juli, dem amerikanischen Unabhängigkeitstag, und lieferte viele Aufnahmen, die von der NASA zum ersten Mal sofort im Internet veröffentlicht wurden. Eine weitere erfolgreiche Mission war 1997 der Mars Global Surveyor, bei der die Marsoberfläche in einer hohen Auflösung kartografiert wird; dieser Satellit umkreist noch heute (April 2005) den Mars. Die Marssonden Mars Climate Orbiter (ging wegen einem groben Programmierfehler in der Navigation verloren) und Mars Polar Lander (wahrscheinlich wegen eines fehlerhaften Sensors bei der Landung aus größerer Höhe abgestürzt) stellten 1999 herbe Rückschläge für die Marsforschung dar. Auch die 1998 gestartete japanische Raumsonde Nozomi konnte den Mars nicht erreichen. Seit dem 24. Oktober 2001 umkreist außer dem Global Surveyor noch 2001 Mars Odyssey den roten Planeten, der spezielle Instrumente zur Fernerkundung von Wasservorkommen an Bord hat. Von den bis 2002 insgesamt 33 Missionen zum Mars waren nur 8 erfolgreich, allesamt US-amerikanisch. Am 2. Juni 2003 startete im Rahmen der ersten europäischen Mars-Mission die ESA-Raumsonde Mars Express mit dem Landegerät Beagle 2 erfolgreich zum Mars. Beagle 2 landete am 25. Dezember 2003 auf der Marsoberfläche, allerdings konnte der Kontakt niemals aufgebaut werden, so dass angenommen wird, dass Beagle 2 bei der Landung auf der Oberfläche zerschellte. Mars Express arbeitet jedoch erfolgreich in der Marsumlaufbahn und konnte unter anderem viele Aufnahmen von Formationen machen, von denen man annimmt, dass sie ausgetrocknete oder ausgefrorene Flusstäler sind. 2003 2003 2005)]] Am 10. Juni 2003 wurde die US-amerikanische Marssonde Spirit (MER-A) zum Mars gestartet. An Bord befand sich ein Geländefahrzeug (Rover), welches nach der Landung drei Monate lang Gesteinsproben entnehmen und nach Spuren von ehemals vorhandenem Wasser suchen sollte. Die Landung erfolgte am 4. Januar 2004 im Gusev Krater, seitdem arbeitet die Sonde länger als erwartet erfolgreich auf der Marsoberfläche (Stand: September 2005). Am 8. Juli 2003 wurde die baugleiche Sonde Opportunity (MER-B) mit einer Delta II-Rakete gestartet. Opportunity ist die Schwestersonde von Spirit und gehört wie Spirit auch zur Mars Exploration Rovers Mission (MER). Die Landung erfolgte am 25. Januar 2004 um 6.05 Uhr (MEZ) in der Meridiani Planum Tiefebene. Beide Sonden befinden sich auf den jeweils zueinander komplementären Marshemisphären. Die vom Rover Opportunity gesammelten Beweise, dass der Mars einst warm und feucht war, werden im Jahresrückblick der Fachzeitschrift Science mit der Wahl zum „Durchbruch des Jahres 2004“ gewürdigt. Am 12. August 2005 ist die US-Sonde Mars Reconnaissance Orbiter mit einer Atlas-V Rakete auf die Reise geschickt worden. Die Sonde soll den Mars mit ihren hochauflösenden Kameras kartografieren, um unter anderem nach geeigneten Landestellen für spätere Rover-Missionen zu suchen. Außerdem soll die Sonde für die Hochgeschwindigkeitskommunikation zwischen zukünftigen Raumsonden auf der Marsoberfläche und der Erde dienen. Als nächstes wird 2008 die Sonde Phoenix in der Nähe des Mars-Nordpols landen und dort mit ihren Instrumenten nach Wasser suchen. Dafür trägt sie einen Roboterarm mit sich, mit dem sie bis auf 1 m unter die Oberfläche kommen kann. Im den Jahren 2009/2011 sollen gleich zwei große Rover-Missionen zum Mars fliegen: Mars Science Laboratory der amerikanischen NASA und ExoMars der europäischen ESA. Beide Rover können weite Strecken zurücklegen und werden daher umfassende Untersuchungen in großem Umkreis durchführen können. Dabei soll Mars Science Laboratory in erster Linie zu geologischen Untersuchungen ausgelegt sein und ExoMars speziell nach Spuren von Leben suchen. Nach gegenwärtigen Planungen soll 2009 auch die seit 1996 erste russische Raumsonde Fobos-Grunt zum Marsmond Phobos fliegen, dort Proben entnehmen und sie wieder zur Erde bringen. Weitere Pläne der NASA und ESA zur Erforschung des Mars nach 2010 enthalten unter anderem das Aussetzen von kleineren Flugzeugen in der Atmosphäre und Rückführung von Marsproben zur Erde. Im Januar 2004 kündigte der US-amerikanische Präsident George W. Bush Anstrengungen der USA für eine bemannte Mars-Mission an. Auch das langfristig angelegte europäische Mars-Programm Aurora strebt die Landung eines Menschen auf dem Mars im Jahr 2030 an. Doch aufgrund von sehr hohen finanziellen Mitteln, die zum Vorbereiten und Durchführen einer bemannten Marslandung aufzubringen sind, wird die Mission nur in Zusammenarbeit mehrerer Staaten bewältigt werden können. Darüber hinaus existieren Vorstellungen, den Mars durch Terraforming zukünftig in einen für den Menschen lebensfreundlicheren Planeten umzuwandeln. Terraforming

Vorhandensein von Leben

Terraforming Der Gedanke an die Möglichkeit von Leben auf dem Mars hat oft die Fantasie der Menschen beflügelt. Im 18. Jahrhundert beobachtete man, dass die dunklen Flecken auf der Marsoberfläche ihre Farbe änderten und wuchsen oder schrumpften. Man hielt sie für ausgedehnte Vegetationszonen, deren Ausdehnung sich mit den Jahreszeiten änderten. Durch Schiaparellis „Entdeckung“ der Marskanäle wurden die Spekulationen um intelligentes Leben auf dem Mars angefacht. So entstanden zahlreiche Legenden um vermeintliche Zivilisationen auf dem Mars. Die Diskussionen um die „Marsmenschen“ hielten etwa ein Jahrhundert an. Der US-Amerikaner Percival Lowell, einer der heftigsten Verfechter der Marskanäle-Theorie, gründete sogar eine eigene Sternwarte, um die Marsbewohner zu erforschen. Für ihn waren die Kanäle, (siehe auch Fossa), das Produkt außerirdischer Ingenieure, die geschaffen wurden, um die Marszivilisation vor einer großen Trockenheit zu retten. Lowell beschrieb seine Vorstellungen der Marswelt in zahlreichen Publikationen, die weite Verbreitung fanden. Obwohl nicht alle Astronomen die Kanäle sehen konnten und keine Fotos existierten, hielt sich die Theorie, begleitet von einer heftigen Debatte. Die Vorstellung von außerirdischem Leben übt bis heute eine Faszination auf die Menschen aus, die mit wissenschaftlichem Interesse alleine oft nicht erklärt werden kann. Erst die Ergebnisse der unbemannten Marsmissionen beendeten den Streit um die Kanäle. außerirdischem Leben Als im Juli 1976 der Orbiter 1 der Viking-Mission Bilder der Cydonia-Region machte und diese zur Erde schickte, wurde der Mars in der Öffentlichkeit wieder zum Gesprächsthema. Eine der Aufnahmen zeigte eine Formation auf der Marsoberfläche, die einem menschlichen Gesicht ähnelte, das gen Himmel blickt. In der unmittelbaren Nähe wurden außerdem Strukturen entdeckt, die Pyramiden auf der Erde ähnelten sowie rechteckige Strukturen (von den Wissenschaftlern „Inka-Stadt“ getauft). Erst die Mission Mars Global Surveyor der NASA brachte im April 1998 für viele die Ernüchterung. Alle entdeckten Strukturen waren das Ergebnis natürlicher Erosion. Durch neue Bilder mit wesentlich höherer Auflösung wurde deutlich, dass auf dem Mars keine künstlichen Strukturen außerirdischer Intelligenz vorhanden sind. Viking 1 und 2 hatten unter anderem die Aufgabe, der Frage nach dem Leben auf dem Mars nachzugehen. Dabei wurden ein chemisches und drei biologische Experimente durchgeführt. In dem chemischen Experiment wurde versucht, organische Substanzen im Marsboden nachzuweisen. Dazu wurde ein am MIT entwickelter Gaschromatograf-Massenspektrometer benutzt. Es konnten allerdings keine auf Kohlenstoff aufbauenden organischen Substanzen nachgewiesen werden. Das erste biologische Experiment beruhte auf Stoffwechselaktivitäten von Organismen. Eine Bodenprobe wurde mit einer Nährlösung benetzt und entstehende Gase registriert. Der Marsboden reagierte auf das Experiment mit Abgabe großer Mengen Sauerstoff. Im zweiten Experiment wurde eine Nährlösung mit radioaktiven Kohlenstoffatomen versehen und auf eine Probe gegeben. Als Ergebnis eines Stoffwechsels hätten sie unter den ausgeschiedenen Gasen nachgewiesen werden müssen. Tatsächlich wurden radioaktive Kohlenstoffatome nachgewiesen. Das dritte Experiment war ein Fotosynthese-Experiment. Radioaktiv markiertes Kohlendioxid wurde dem Marsboden zugesetzt. Dieses Kohlendioxid hätte assimiliert werden und später nachgewiesen werden müssen. Auch dieses Ergebnis war positiv. Obwohl die Ergebnisse der biologischen Experimente positiv waren, gaben sie aufgrund des negativen Ergebnisses des Gaschromatografen-Massenspektrometer-Versuchs keinen schlüssigen Beweis für Existenz oder Nichtexistenz von Leben auf dem Mars. Im Jahr 1996 fanden David S. McKay und seine Mitarbeiter Strukturen im Marsmeteoriten ALH84001, die sie als Spuren von fossilen Bakterien deuteten. Allerdings wird die Beweiskraft der gefundenen Strukturen von vielen Wissenschaftlern angezweifelt, da diese auch auf rein chemischem Wege entstehen konnten. Am 23. Januar 2004 entdeckte die europäische Marssonde Mars Express am Südpol des Mars große Mengen gefrorenen Wassers, Ende Juli 2005 auch in einem nahe dem Nordpol gelegenen Krater. Ende März 2004 wurde bekannt, dass Forscher der NASA und der ESA unabhängig voneinander Methan in der Marsatmosphäre nachgewiesen haben. Ob das Methan geologischen Ursprungs ist oder etwa durch den Stoffwechsel von Mikroorganismen gebildet wurde, sollen weitere Untersuchungen zeigen. Ebenfalls Anfang 2004 entdeckte die Marssonde Opportunity Gesteine, die in offenstehendem Wasser abgelagert worden sein müssen und viele regelmäßig verteilte kugelige, bis 1 cm große Hämatit-Konkretionen enthalten. Solche Konkretionen kommen auch auf der Erde vor. Unter irdischen Bedingungen ist wahrscheinlich, dass bei ihrer Entstehung Bakterien beteiligt sind. Ob dies auch für den Mars gilt, könnten nur Laboruntersuchungen auf der Erde zeigen. Weitere Mikrostrukturen, welche die Rover Spirit und Opportunity 2004 entdeckt hatten und in denen ein Teil der interessierten Öffentlichkeit Hinweise auf Leben hatte sehen wollen, erwiesen sich bei näherer Untersuchung als abiotisch oder künstlich, so zum Beispiel Schleifspuren auf durch die Instrumente bearbeiteten Gesteinsoberflächen oder Filamente, die sich als Textilfasern der Lande-Airbags herausstellten. Höheres oder gar intelligentes Leben scheint es auf dem Mars also nicht zu geben, Wissenschaftler halten jedoch primitive Lebensformen (Mikroben) für denkbar.

Beobachtung

Mikrobe Aufgrund der Bahneigenschaften der Planeten „überholt“ die Erde den Mars durchschnittlich alle 779 Tage auf ihrer inneren Bahn. Diesen Zeitraum, der zwischen 764 und 811 Tagen schwankt, nennt man synodische Periode. Befinden sich Sonne, Erde und Mars in einer Linie, so steht der Mars von der Erde aus gesehen in Opposition zur Sonne. Zu diesem Zeitpunkt ist Mars besonders gut zu beobachten, er steht dann als rötlicher „Stern“ auffallend hell am Nachthimmel. Beobachtet man Mars regelmäßig, kann man feststellen, dass er vor und nach einer Opposition am Himmel eine Schleifenbewegung vollführt. Diese Oppositionsschleife ergibt sich aus den Sichtwinkeln, die Mars bietet, während er von der Erde überholt wird. Da die Planeten keine idealen Kreisbahnen aufweisen, sondern sich auf mehr oder weniger stark ausgeprägten elliptischen Bahnen bewegen, weisen Erde und Mars zum Zeitpunkt der Oppositionen unterschiedliche Entfernungen auf. Diese können zwischen 55,6 und 101 Millionen Kilometer betragen. Bei einer geringen Oppositionsentfernung spricht man von einer Perihelopposition, bei einer großen von einer Aphelopposition. Periheloppositionen bieten die besten Gelegenheiten, den Mars von der Erde aus mittels Teleskop zu beobachten. Der Planet hat dann einen scheinbaren Durchmesser bis zu 25,8 Bogensekunden. Bei einer Aphelopposition ist er mit 14,1 Bogensekunden nur etwa halb so groß. Besonders erdnahe Oppositionen fanden zum Beispiel in den Jahren 1766, 1845, 1924 und 2003 statt. Am 28. August 2003 betrug die Distanz Erde – Mars 55,76 Millionen Kilometer. Dies war die geringste Distanz seit etwa 2.000 Jahren. Erst im Jahre 2287 wird der Mars der Erde noch näher kommen, der Abstand beträgt dann 55,69 Millionen Kilometer. Im Teleskop erscheint Mars zunächst als rötliches Scheibchen. Bei höherer Vergrößerung können die Polkappen sowie dunkle Oberflächenmerkmale, wie die Große Syrte, ausgemacht werden. Treten auf dem Mars größere Staubstürme auf, verblassen die Merkmale, da die Oberfläche von einer rötlichen Dunstschicht eingehüllt wird, die sich mitunter über Wochen halten kann. Durch den Einsatz von CCD-Kameras sind mittlerweile auch Amateurastronomen in der Lage, detailreiche Aufnahmen der Marsoberfläche zu erzielen, wie sie vor etwa 10 Jahren nur von den leistungsfähigsten Großteleskopen erstellt werden konnten.

Stellungen

Hauptartikel: Marspositionen bis 2021 In der folgenden Tabelle sind spezielle Stellungen des Mars für die Jahre 2003 bis 2008 angegeben. Neben dem Datum der Opposition ist jeweils auch die scheinbare Helligkeit, der Abstand zur Erde und der Winkeldurchmesser des Mars bei der Erdnähe angegeben, die wegen der Exzentrizität der Marsbahn recht unterschiedlich ausfallen können. Wegen der scheinbaren Rückläufigkeit des Mars entsteht für den Beobachter die sogenannte Marsschleife.

Kulturgeschichte

Im alten Ägypten wurde Mars als „Horus der Rote“ bezeichnet. Da der Planet sich während seiner Oppositionsschleife zeitweise rückläufig bewegt, sprachen die Ägypter davon, dass Mars rückwärts wandere. Der Name der ägyptischen Hauptstadt Kairo leitet sich von „Al Qahira“ ab, dem altarabischen Namen für den Planeten Mars. Im indischen Sanskrit wird der Mars als Mangal (verheißungsvoll), Angaraka (Glühende Kohle) und Kuja (der Blonde) bezeichnet. Er repräsentiert kraftvolle Aktion, Vertrauen und Zuversicht. Aufgrund seiner (blut)roten Färbung wurde Mars in verschiedenen Kulturen mit den Gottheiten des Krieges in Verbindung gebracht. Die Babylonier sahen in ihm Nergal den Gott der Unterwelt, des Todes und des Krieges. Für die Griechen und Römer der Antike repräsentierte er deren Kriegsgötter Ares bzw. Mars. In der nordischen Mythologie steht er für Tyr, den Gott des Rechts und des Krieges. In der Astrologie ist Mars unter anderem das Symbol der Triebkraft. Es wird dem Element Feuer, dem Metall Eisen, den Tierkreiszeichen Widder und Skorpion und dem 1. Haus zugeordnet. Er hat eine männliche Konnotation.

Mars in Literatur, Film und Musik

Der Mars und seine fiktiven Bewohner sind Thema zahlreicher Romane und Verfilmungen. Die klassische Figur des kleinen grünen Männchens mit Antennen auf dem Kopf erschien erstmals 1913 in einem Comic und ist seitdem als Klischee nicht mehr wegzudenken. Vor allem durch Percival Lowells Veröffentlichungen wurde Mars weithin als eine sterbende Welt angesehen, in deren kalten Wüstenregionen alte und weit entwickelte Zivilisationen ums Überleben kämpften. In H. G. Wells bekanntem Roman Krieg der Welten, der 1898 erschien, verlassen die Marsianer ihre Heimatwelt, um die lebensfreundlichere Erde zu erobern. Die Menschheit, die den hochtechnisierten kriegerischen Marsianern hoffnungslos unterlegen ist, entgeht ihrer Auslöschung nur dadurch, dass die Invasoren von harmlosen irdischen Mikroben dahin gerafft werden. Orson Welles verwendete den Stoff im Jahre 1938 in einem Hörspiel, wobei er die Marsianer in New Jersey landen ließ. Das Hörspiel wurde im Stil einer realistischen Reportage ausgestrahlt. Hörer, die sich später einschalteten, hielten die Invasion der Marsianer für Realität. Wells' Romanvorlage wurde 1952 verfilmt, wobei die Handlung wiederum in die USA der Gegenwart verlegt wurde. Der Film erhielt für die damals Bahn brechenden Spezialeffekte einen Oscar. Im Jahr 1978 entstand der Film Unternehmen Capricorn. Er griff das Thema der sogenannten Mondlandungslüge auf, indem er es in sehr zugespitzter Form auf eine im Filmstudio vorgetäuschte Marsexpedition übertrug. Der 1996 entstandene Film Mars Attacks setzt sich ironisch mit dem Thema Marsinvasion auseinander, wobei den Marsianern amerikanische Schnulzenmusik aus den 50er Jahren zum Verhängnis wird. Unter der Regie von Brian de Palma wurden im Jahr 2000 mit dem Film Mission to Mars die Spekulationen um das Marsgesichts der Cydonia-Region als hinterlassenes Bauwerk dramatisch weitgehend thematisiert. Steven Spielbergs 2005 entstandenes Remake von Krieg der Welten nahm noch einmal das Thema auf und zeigte die Invasion von Außerirdischen auf der Erde aus der Sicht eines Familienvaters aus den USA. Weitere bekannte Sciencefiction-Filme, die auf dem Mars handeln, sind Red Planet und Total Recall. Edgar Rice Burroughs, der Autor von Tarzan, schrieb von 1917 bis 1943 die elfbändige Saga John Carter vom Mars, in der sich der irdische Held in marsianische Prinzessinnen verliebt, gegen Luftpiraten, grünhäutige Unholde, weiße Riesenaffen und andere Untiere kämpft. Die Marschroniken, eine stimmungsvolle Sammlung von Erzählungen des Schriftstellers Ray Bradbury, sind ebenfalls auf dem Mars angesiedelt. Der wohl prominenteste Auftritt des Mars in der Musik dürfte der erste Satz von Gustav Holsts Orchestersuite Die Planeten (1914-1916) sein, deren erster Satz Mars, the Bringer of War mit seinem drohend-martialischen Charakter die mythologische Gestalt Mars eindrucksvoll porträtiert.

Siehe auch

- Terraforming
- Marskolonisation
- Bemannter Marsflug
- Ma'adim Vallis

Wissenschaftliche Literatur

- Robert Henseling: Mars. Seine Rätsel und seine Geschichte., Kosmos Gesellschaft der Naturfreunde, Franckh´sche Verlagsbuchhandlung Stuttgart 1925 (das Buch ist von historischem Interesse)
- Paul Raeburn: Mars : Die Geheimnisse des roten Planeten. Steiger Augsburg 2000.
- William Sheehan: The Planet Mars : A History of Observation and Discovery. Tucson 1996.
- Lexikon der Astronomie in 2 Bänden, Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg, Berlin, Oxford, ISBN 3-86-150-145-7
- Der NASA-Atlas des Sonnensystems, Knaur, ISBN 3-426-66-454-2
- Hans R. Jenemann, Arno M. Basedow und Erich Robens: „Die Entwicklung der Makro-Vakuumwaage“, Wirtschaftsverl. NW Bremerhaven, ISBN 3-89429-214-8
- David McNab, James Younger: Die Planeten, C. Bertelsmann, ISBN 3-570-00350-7
- David Morrison: Planetenwelten, Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg, Berlin, Oxford, ISBN 3-86025-127-9
- Planeten und ihre Monde, Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg, Berlin, Oxford, ISBN 3-922508-46-4
- Das Kosmos Himmelsjahr 2003, Franckh-Kosmos Verlags-GmbH, ISBN 3-440-09094-9
- Heuseler, Jaumann, Neukum: Die Mars Mission, BLV Verlagsgesellschaft München, ISBN 3-405-15461-8
- Gottfried Gerstbach: Mars Channel Observations 1877-90 Compared with modern Orbiter Data: TU Wien, Institut für Geodäsie und Geophysik: Publikation im PDF-Format auf der Homepage des Autors erhältlich: http://www.g.gerstbach.at/papers/MarsChannel-AstroYu73.pdf

Weblinks

Artikel und Bilder

- [http://www.raumfahrer.net/astronomie/planetmars/home.shtml Planet Mars bei Raumfahrer.net]
- [http://www.br-online.de/wissen-bildung/thema/mars/index.xml Mars - viele Infos zum Planeten und allen Missionen, mit aktuellen Bildern, Flashs etc.]
- [http://www.seds.org/~spider/mars/mars-l.html Chronologie aller Marsmissionen] (Englisch)
- [http://www.spiegel.de/flash/0,5532,4150,00.html Panoramabilder aller Mars-Missionen]
- [http://photojournal.jpl.nasa.gov/targetFamily/Mars Bilderserie zum Planeten Mars und seiner Trabanten]
- [http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/mgs_cydonia.html Mars Global Surveyor images of the Cydonia Region]

Forschungseinrichtungen

- [http://www.geoinf.fu-berlin.de/mex/ FU-Berlin Projektseiten der HRSC Kamera auf der Mars Express Sonde] (spektakuläre und hochaufgelöste Bilder der Marsoberfläche)
- [http://berlinadmin.dlr.de/Missions/pathfinder/making_science.shtml DLR - Mission Pathfinder: Fotometrie, Analysen von Marsgestein]
- [http://www.marssociety.de Mars Society Deutschland e. V., Homepage mit täglich aktualisierten Nachrichten]

Videos

- Real Video (Aus der Fernsehsendung Alpha Centauri):
- [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=981011.rm Warum fasziniert uns der Mars?]
- [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=981025.rm Was ist dran am Marsgesicht?]
- [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=020818.rm Was soll

Jupiter (Planet)

---Sidenote START---

Jupiter, benannt nach dem römischen Gott Jupiter, ist der fünfte und größte Planet unseres Sonnensystems. In der Astronomie verwendet man das Zeichen Sonnensystem für Jupiter

Allgemeines

Jupiter ist der innerste der Gasriesen des Sonnensystems und läuft auf einer annähernd kreisförmigen Umlaufbahn mit einer Exzentrizität von 0,0489 um die Sonne. Sein sonnennächster Punkt, das Perihel, liegt bei 4,95 AE und sein sonnenfernster Punkt, das Aphel, bei 5,459 AE. Seine Umlaufbahn ist mit 1,305° leicht gegen die Ekliptik geneigt. Für einen Umlauf um die Sonne benötigt Jupiter 11 Jahre 215 Tage und 3 Stunden. Jupiter ist nachts von der Erde aus mit bloßen Auge zu erkennen. An seiner maximalen Helligkeit gemessen ist Jupiter nach Sonne, Mond und Venus das vierthellste Objekt am Himmel. (Bei günstiger Planetenkonstellation kann er sogar heller sein als die Venus). Daher war er bereits in der Antike bekannt. Eine der ersten Personen, die Jupiter mit einem Fernrohr beobachteten, war 1610 Galileo Galilei. Dabei entdeckte er die vier größten Jupitermonde Ganymed, Kallisto, Io und Europa. Diese vier Monde werden auch heute noch als Galilei'sche Monde bezeichnet. Galilei entdeckte dabei die erste Bewegung von Himmelskörpern, die nicht direkt um die Erde zentriert ist. Es war unter anderem diese Entdeckung, die zu seiner Unterstützung des heliozentrischen Weltbildes führte und ihn in Schwierigkeiten mit der Inquisition brachte. Jupiter zählt zu der äußeren Gruppe der massereichen Gasriesen, die nach ihm als die jupiterähnlichen (iovianischen) Planeten bezeichnet werden. Eine genauere Beschreibung seines Aufbaus findet sich im entsprechenden Abschnitt. Jupiter ist der massenreichste Planet in unserem Sonnensystem. Mehr noch: Er besitzt 2,5 mal soviel Masse wie alle 8 anderen Planeten zusammen. Seine Masse reicht sogar aus die Sonne ins schlingern zu bringen: Der gemeinsame Schwerpunkt von Jupiter und Sonne liegt etwa 1,068 Sonnenradien außerhalb des Sonnenzentrums (und damit oberhalb der Sonnenoberfläche). Jupiter ist aber nicht nur der schwerste, sondern mit einem Durchmesser von etwa 143.000 km auch der größte Planet unseres Sonnensystems. Er hat mit 1,326 g/cm³ wie alle Gasriesen eine geringe mittlere Dichte. Interessanterweise besitzt Jupiter fast die Maximalausdehnung eines "kalten" aus Wasserstoff bestehenden Körpers. Kalt meint in diesem Zusammenhang einen Himmelskörper, der nicht wie ein Stern Wasserstoff zu Helium verbrennt. Körper aus Wasserstoff mit mehr Masse als Jupiter besitzen auf Grund ihrer erhöhten Gravitation ein kleineres Volumen. Solche Objekte nennt man auch braune Zwerge oder im angelsächsischen Sprachraum "failed stars". Der Übergang zwischen braunen Zwergen und Planeten ist fließend. Für einen "echten Stern" hätte Jupiter aber etwa 70 mal schwerer sein müssen. Trotz seiner enormen Größe ist Jupiter in unserem Sonnensystem der sich am schnellsten drehende Planet. Er vollendet eine Rotationsperiode in weniger als 10 Stunden, was auf Grund der Fliehkräfte eine Abflachung des Jupiters an den Polen und die Entstehung eines "Bauches" am Äquator zur Folge hat. Die Abflachung kann leicht mit einem Amateurteleskop beobachtet werden.

Aufbau

Atmosphäre

Hauptbestandteile der Atmosphäre sind Wasserstoff, Helium und in geringerer Menge Ammoniak und Methan. Desweiteren wurden Spuren von Sauerstoff, Kohlenstoff, Schwefel, Neon und fast allen anderen Elementen gefunden. Die Atmosphäre beinhaltet außerdem Spuren von Ammoniak, Wasser, Schwefelwasserstoff, Oxide und Sulfine. Die äußersten Schichten der Atmosphäre beinhalten Kristalle aus gefrorenem Ammoniak. Insgesamt gleicht Jupiters Zusammensetzung sehr der Gasscheibe, aus der sich vor etwa 4,5 Milliarden Jahren die Sonne entwickelt hat. Ähnlichkeiten im Aufbau zu Saturn lassen sich erkennen, während die beiden anderen Gasriesen Uranus und Neptun aufgrund ihrer geringeren Schwerkraft wesentlich weniger Wasserstoff und Helium besitzen. Diese beiden Elemente sind zu leicht, um von ihnen festgehalten zu werden. Die Atmosphäre geht ohne Phasenübergang mit zunehmender Tiefe in einen flüssigen Zustand über, da sich der Druck über den kritischen Punkts der Atmosphärengase erhöht. Auffällig sind die hellen und dunklen Bänder und der Große Rote Fleck - ein riesiger Antizyklon, der in seiner Längsrichtung zwei Erddurchmesser groß ist. Er ist sehr stabil und wird bereits seit 300 Jahren mit nur leichten Veränderungen beobachtet. Zum Vergleich: Auf der Erde lösen sich Windwirbel in der Atmosphäre üblicherweise innerhalb einiger Wochen wieder auf. Der Große Rote Fleck ist aufgrund seiner Größe bereits in einem Amateurteleskop sichtbar. Antizyklon Jupiter unterliegt nach neuen Forschungsergebnissen einem 70-jährigen Klimazyklus. In diesem Zeitraum kommt es zur Ausbildung etlicher Wirbelstürme - Zyklone und Antizyklone, die nach gewisser Zeit wieder zerfallen. Zudem verursacht das Abflauen der großen Stürme Temperaturunterschiede zwischen Polen und Äquator von bis zu 10 °C, die bisher wegen der ständigen Gasvermischung durch die Stürme verhindert wurden. Bis zum Jahr 2011 sollten die meisten Wirbelstürme auf Jupiter vorübergehend verschwunden sein. Allerdings dürfte der Große Rote Fleck diese Entwicklung aufgrund seiner großen Energie überleben. Die letzte Klimaveränderung dieser Art auf Jupiter konnte bereits 1939 beobachtet werden. Gasplaneten wie Jupiter beziehen einen Teil ihrer Energie aus der adiabatischen Kontraktion des Gases. Durch die daraus resultierende Temperaturerhöhung steigt der Druck, bis der Planet sich im Gleichgewicht befindet. Dieser Prozess wird Kelvin-Helmholtz-Mechanismus genannt. Die so entstehende Wärme wird langsam in den Weltraum abgestrahlt. Deshalb schrumpft der Planet beständig. Jupiter bezieht aus dieser Kontraktion eine Energie von etwa 400 Milliarden Watt was in etwa der Energie entspricht, die er durch die absorbierte Sonneneinstrahlung erhält.

Innerer Planetenaufbau

Mit zunehmender Tiefe der Atmosphäre ist der Wasserstoff, aus dem Jupiter zur Hauptsache besteht, aufgrund des hohen Drucks flüssig, aber ohne Phasenübergang, so dass keine definierte Oberfläche existent ist, da der Druck in den Tiefen der Atmosphäre jenseits des kritischen Punkts ansteigt. Unter diesen Bedingungen ist die Unterscheidung zwischen Gas und Flüssigkeit nicht mehr möglich. Ab etwa 25 % des Jupiterradius geht der Wasserstoff bei einem Druck jenseits von 300 Millionen Erdatmosphären in eine metallische Form über. Es wird vermutet, dass Jupiter unterhalb dieser metallischen Wasserstoffschicht einen Gestein-Eis-Kern hat, der aus schweren Elementen besteht.

Ringe

kritischen Punkts Jupiter hat ein sehr schwach ausgeprägtes Ringsystem, das schon seit der Pioneer 11-Mission 1974 vermutet wurde und 1979 von Voyager 1 erstmals fotografiert werden konnte. Als die Sonde am 5. März 1979 in den Jupiterschatten eintauchte, waren sie im Gegenlicht zu erkennen. Lange Zeit blieb die Herkunft der Ringe unbekannt, und eine erdgebundene Beobachtung erwies sich als ausserordentlich schwierig, da die Ringe aus Staubkörnchen bestehen, die zum Großteil nicht größer sind als die Partikel des Rauches einer Zigarette. Hinzu kommt, dass die Staubteilchen nahezu schwarz und daher kaum sichtbar sind: Sie haben eine Albedo von lediglich 0,05, verschlucken also 95% des auftreffenden, dort ohnehin schon schwachen Sonnenlichts. Ein weiterer Grund für die geringen Ausmaße der Ringe ist die Tatsache, dass sich die Ringe langsam spiralförmig auf Jupiter zubewegen und in ferner Zukunft schließlich von ihm „aufgesaugt“ werden. Die spiralförmige Rotation hat unterschiedliche Ursachen. Zum einen bewirkt das starke Magnetfeld des Jupiter ein elektrisches Aufladen der Staubteilchen. Diese stoßen mit anderen geladenen Teilchen zusammen, die Jupiter zum Beispiel aus dem Sonnenwind einfängt, was schließlich zu einer Abbremsung der Teilchen führt. Ein zweiter Effekt, der ebenfalls eine Abbremsung der Staubpartikel bewirkt, ist die Absorption und anschliessende Reemission von Licht. Dabei verlieren die Staubpartikel Bahndrehimpuls. Diesen Effekt nennt man Poynting-Robertson-Effekt. Beide Effekte zusammen bewirken, dass der Staub innerhalb eines Zeitraumes von etwa 100.000 Jahren aus den Ringen verschwindet. Poynting-Robertson-Effekt Der Ursprung der Ringe konnte erst durch die Galileo-Mission geklärt werden. Der feine Staub stammt wahrscheinlich von den kleinen felsigen Monden des Jupiters. Die Monde werden ständig von kleinen Meteoriten bombardiert. Durch die geringe Schwerkraft der Monde wird ein Großteil des Auswurfs in die Jupiterumlaufbahn geschleudert und füllt damit die Ringe ständig wieder auf. Der Hauptring (Main Ring) zum Beispiel besteht aus dem Staub der Monde Adrastea und Metis. Zwei weitere schwächere Ringe (Gossamer-Ringe) schließen sich nach außen hin an. Das Material für diese Ringe stammt hauptsächlich von Thebe und Amalthea. Außerdem konnte noch ein extrem dünner Ring in einer äußeren Umlaufbahn entdeckt werden. Dieser Ring umkreist Jupiter in gegenläufiger Richtung. Der Ursprung dieses Ringes ist noch nicht geklärt. Es wird jedoch vermutet, dass er sich aus interplanetarem Staub zusammensetzt. Innerhalb des Hauptringes befindet sich ein Halo aus Staubkörnern, der sich in einem Gebiet von 92.000 bis 122.500 km, gemessen vom Zentrum Jupiters, erstreckt. Der Hauptring reicht von oberhalb der Halogrenze ab 130.000 km bis etwa an die Umlaufbahn von Adrastea heran. Oberhalb der Umlaufbahn von Metis nimmt die Stärke des Hauptrings merklich ab. Die Dicke des Hauptrings ist geringer als 30 km. Der von Amalthea gespeiste innere Gossamer-Ring reicht von der äußeren Grenze des Hauptrings bis zu Amaltheas Umlaufbahn bei etwa 181.000 km vom Jupiterzentrum. Der äußere Gossamer-Ring reicht von 181.000 km bis etwa 221.000 km und liegt damit zwischen den Umlaufbahnen von Amalthea und Thebe.

Magnetfeld

Thebe Jupiter hat ein sehr ausgeprägtes Magnetfeld. Die Stärke des Feldes beträgt auf Höhe der Wolken etwa 1,2×10^-3 Tesla. Es ist somit fast 10 mal so stark wie das Erdmagnetfeld und enthält etwa die 20.000fache Energie des Erdmagnetfeldes. Der magnetische Nordpol des Jupiters liegt in der Nähe seines geographischen Südpols. Die Achse des Nordpols ist um 11° in Relation zu seiner Rotationsachse geneigt. Die fiktive Achse zwischen dem magnetischen Nordpol und dem magnetischen Südpol geht nicht direkt durch das Zentrum des Planeten, sondern leicht daran vorbei, ähnlich wie es bei der Erde der Fall ist. Die genaue Entstehung des Magnetfeldes ist bei Jupiter noch ungeklärt, jedoch gilt als gesichert, dass der metallische Wasserstoff sowie die schnelle Rotationsperiode Jupiters eine entscheidende Rolle spielen. Auf der sonnenzugewandten Seite erstreckt sich das Magnetfeld etwa 6 Millionen km weit in das Weltall, während es auf der der Sonne abgewandten Seite gut 700 Millionen km ins Weltall hinausreicht. Der Grund für diese Asymmetrie ist der Sonnenwind, der eine Stoßfront bildet. Dadurch wird aus Sicht der Sonne das Magnetfeld vor dem Planeten gestaucht und dahinter gedehnt. Die ständige Wechselwirkung mit dem Sonnenwind führt dazu, dass die genauen Ausmaße des Magnetfeldes stark schwanken können, daher sind die hier genannten Werte als ungefähre Richtwerte zu verstehen. Besonders stark können etwaige Fluktuationen auf der sonnenzugewandten Seite sein. Bei schwachem Sonnenwind kann das Magnetfeld dort bis zu 16 Millionen km weit ins All reichen. Die Fluktuationen des Magnetfeldes wurden unter anderem von den beiden Voyager Sonden untersucht. Den vom Magnetfeld eingenommenen Raum nennt man Magnetosphäre. Die Magnetosphäre Jupiters ist derart groß, dass sie am irdischen Nachthimmel die dreifache Fläche der Sonne oder des Mondes einnähme, sofern sie leuchten würde. Damit ist sie von der Sonne abgesehen der mit Abstand größte Himmelskörper im ganzen Sonnensystem. Das starke Magnetfeld fängt beständig geladene Teilchen ein, so dass sich Ringe und Scheiben aus geladenen Teilchen um Jupiter bilden. Diese geladenen Teilchen können zum Beispiel aus dem Sonnenwind stammen. Ein vergleichbarer Effekt findet sich auf der Erde in Form des van-Allen-Gürtels. Eine weitere Quelle für geladene Teilchen sind die Monde des Jupiters. So findet man beispielsweise einen Ring aus geladenen Schwefelatomen um Io herum, während sich um Europa herum ein Torus aus Wassermolekülen gebildet hat. Durch Fluktuationen im Magnetfeld entsteht ständig Strahlung die von Jupiter ausgeht. Diese sogenannte Synchrotronstrahlung kann im Dezimeterwellenbereich gemessen werden und führt auch zur Wasserverdampfung auf Europas Oberfläche. Auch die vulkanische Aktivität auf Io könnte ein Produkt des Jupitermagnetfeldes sein. Man vermutet, dass das Magnetfeld an Io zerrt. Die dadurch entstehende Reibung führt zu einer Erwärmung des Mondes. Dieses Zusammenhang konnte bisher allerdings noch nicht abschließend bewiesen werden. Das Magnetfeld läßt sich grob in drei Teile einteilen: Der innere Bereich ist ringförmig und erstreckt sich etwa 20 Jupiterradien weit. Innerhalb dieses Teiles lassen sich unterschiedliche Regionen unterscheiden, die durch verschiedene Elektronen- und Protonenkonzentrationen definiert sind. Der mittlere Teil des Magnetfeldes erstreckt sich von 20 Jupterradien bis etwa 50 Jupiterradien. Dieser Teil ist durch schnelle Rotation um Jupiter und damit hohe Fliehkräfte scheibenförmig abgeplattet. Die äußere Region des Magnetfeldes ist vor allem durch die Wechselwirkung des Magnetfeldes mit dem Sonnenwind geprägt und ihre Form damit abhängig von dessen Stärke.

Rotationsverhalten

Jupiter rotiert nicht wie ein starrer Körper. Die Äquatorregionen benötigen für eine Rotation 9 h 50 m 30 s und die Polregionen 9 h 55 m 41 s. Die Äquatorregionen werden als System I und die Polregionen als System II bezeichnet. Seine Rotationsachse ist dabei nur sehr gering um 3,13° gegen seine Umlaufbahn um die Sonne geneigt. Jupiter hat somit im Gegensatz zu anderen Planeten keine ausgeprägten Jahreszeiten.

Funktion

Der Jupiter hat eine wichtige Funktion in unserem Sonnensystem. Da er schwerer als alle anderen Planeten zusammen ist, ist er eine wichtige Komponente des Massengleichgewichtes des Sonnensystems. Er stabilisiert durch sein Gewicht den Asteroidengürtel. Ohne den Jupiter würde alle 100.000 Jahre ein Asteroid aus dem Asteroidengürtel die Erde treffen und Leben dadurch unmöglich machen. Die Existenz eines jupiterähnlichen Planeten in einem Sonnensystem ist dadurch Voraussetzung für Leben auf einem dem Stern näheren Planeten.

Monde

Übersicht aller Jupitermonde: Liste der Jupitermonde Jupiter besitzt 63 bekannte Monde (Stand: Mai 2004). Sie können in mehrere Gruppen unterteilt werden: Die Galileischen Monde Io, Europa, Ganymed und Kallisto mit Durchmessern zwischen 3122 km und 5262 km (Erddurchmesser 12.740 km) wurden 1610 unabhängig voneinander durch Galileo Galilei und Simon Marius entdeckt, alle anderen Monde mit Ausnahme der 1892 entdeckten Amalthea erst im 20. oder 21. Jahrhundert. Die Galileischen Monde sind die größten Jupitermonde und haben planetennahe, nur wenig geneigte Bahnen. Dies trifft auch auf Metis, Adrastea, Amalthea und Thebe zu, die aber mit Größen von 20 km bis 131 km wesentlich kleiner sind. Man vermutet, dass diese inneren acht Monde gleichzeitig mit Jupiter entstanden sind. Io hat einen Durchmesser von 3160 km und umkreist Jupiter in einem Abstand von 421 600 km. Sie besteht aus einem Eisenkern und einem Mantel. Io besitzt eine Atmosphäre, die aus Vulkangasen besteht. Da in ihrem Inneren geologische Prozesse ablaufen, befinden sich auf ihrer Oberfläche zahlreiche Vulkane. Europa besitzt einen Eisenkern und einen Steinmantel, über dem wahrscheinlich ein 100km tiefer Ozean liegt, dessen oberste 10 bis 20 km zu einer Eiskruste gefroren sind. Ihr Duchmesser beträgt 3138 km, ihre Entfernung zum Jupiter 670.900 km. Ganymed befindet sich in einer Entfernung von 1.070.000 km. Sein Durchmesser liegt bei 5268 km. Er besteht aus einem Eisenkern, einem Felsmantel und einem Eismantel. Außerdem besitzt er ein eigenes Magnetfeld. Kallisto hat einen Durchmesser von 4806 km und hat einen Abstand von 1.883.000 km zu Jupiter. Sie besteht aus einem Eisen-Stein-Gemisch und einer Eiskruste. Forscher fanden auf ihr Anzeichen für Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen, die zu den Grundvoraussetzungen für Leben gehören. Auch im Innern von Kallisto gibt es wahrscheinlich Schichten aus flüssigem Wasser. Die restlichen Monde sind kleine bis kleinste Objekte mit Radien zwischen 1 km und 85 km, die vermutlich von Jupiter eingefangen wurden. Sie tragen teilweise noch Zahlencodes als vorläufige Namen, bis sie von der Internationalen Astronomischen Union IAU endgültig benannt sind.

Sichtbarkeit

Hauptartikel: Jupiterpositionen bis 2021 In der folgenden Tabelle sind die Sichtbarkeiten des Jupiter für die Jahre 2004 bis 2006 angegeben. Neben dem Datum der Opposition ist jeweils auch die scheinbare Helligkeit, der Abstand zur Erde und der Winkeldurchmesser des Jupiter bei der Opposition angegeben.

Kulturgeschichte

In der Astrologie steht Jupiter unter anderem für Expansion, Glück, Religion und Philosophie. Jupiter wird dem Element Feuer, dem Sternzeichen Schütze und dem 9. Haus zugeordnet.

Siehe auch

- Shoemaker-Levy 9
- Asteroidengürtel
- Trojaner (Astronomie)

Weblinks

- [http://www.raumfahrer.net/astronomie/sonnensystem/jupiter.shtml Raumfahrer.net: Planet Jupiter]
- [http://www.wappswelt.de/tnp/nineplanets/1999j1.html Bericht zur Entdeckung von Jupitermonden]
- [http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/joviansatfact.html NASA: Jovian Satellite Fact Sheet] (Englisch)
- [http://www.ifa.hawaii.edu/~sheppard/satellites/jupsatdata.html Liste der Jupitermonde] (Englisch)
- [http://www.solarviews.com/germ/jupiter.htm Beschreibung Jupiters]

Videos

Real Video (Aus der Fernsehsendung Alpha Centauri):
- [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=000102.rm Was nützt uns Jupiter?] Kategorie:Jupiter (Planet) als:Jupiter (Planet) ja:木星 ko:목성 ms:Musytari simple:Jupiter (planet) th:ดาวพฤหัสบดี

Asteroid

Als Asteroiden bezeichnet man kleine planetenähnliche Objekte, die sich in Keplerschen Umlaufbahnen um die Sonne bewegen. In der Terminologie der Astronomen wird ein Asteroid (sternähnliches Objekt) häufig als Kleinplanet oder Planetoid (planetenähnliches Objekt) bezeichnet. Bislang sind etwa 220 000 Asteroiden bekannt, wobei die tatsächliche Anzahl wohl in die Millionen gehen dürfte. Nur die wenigsten haben allerdings mehr als 100 km Durchmesser. Bis vor einigen Jahren war Ceres der größte bekannte Planetoid. Diesen Rang musste er inzwischen abgeben. Im