Beobachtungstipp im Februar 2012

Neulich auf einer Weihnachtsfeier präsentierte ein Arbeitskollege voller Stolz sein neues Smartphone, auf dem selbstverständlich ein Planetariums-App installiert war. So konnte er zwischen Kaffee, Kuchen und Weihnachtsgebäck am hellen Tag und innerhalb warmer Räume zeigen, wo sich denn der Mars so gerade am Firmanent aufzuhalten hatte. Freilich, überprüfen konnte es niemand. Zum einen, weil die Sterne nicht zu sehen waren und zweitens, weil kaum einer der Anwesenden den Mars von anderen hellen Sternen hätte unterscheiden können. Aber darum geht es ja nicht. Moderne digitale Himmelskarten, wie "The Sky", "Guide", "Cartes du Ciel" um einige zu nennen, berechnen die Positionen von Planeten, Kometen und Kleinplaneten, sogar von künstlichen Satelliten, sekunden- und bogensekundengenau.

Die Gesetze der Himmelsmechanik lassen die Bewegungen der Körper unseres Sonnensystems wie ein ausgefeiltes Uhrwerk ablaufen, welches uns bei hinreichend genauer Datenlage in die Lage versetzt, weit in die Zukunft zu schauen. Und wie genau unser Uhrwerk "Sonnensystem" funktioniert, wird uns zum Beispiel bei Sternbedeckungen vorgeführt. Eindrucksvoll kommt mir die Bedeckung eines Sterns durch den Kleinplaneten Roma im Jahr 2010 in den Sinn, dessen Schattenverlauf auf der Erde bis auf wenige Kilometer genau vorhergesagt werden konnte. Es erfordert schon eine genaue Kenntnis des Sonnensystems und den darin herrschenden Gesetzen um so etwas zu ermöglichen.

Es wird erstaunen, dass das Uhrwerk "Sonnensystem" auf längere Zeit chaotisch ist und die Erscheinungen nicht für alle Zeit vorhersagbar oder auch rekonstruierbar sind. Die Geschichte des Sonnensystems, die bereits vor 4,5 Milliarden Jahren begann, ist nur lückenhaft. Die gängige Theorie, dass so genannte Nizza-Modell, ist zwar nicht umstritten, musste aber immer wieder angepasst werden. Und neuere Erkundungen und Simulationen des frühen Sonnensystems geben Rätsel auf. Auch die Entdeckung extrasolarer Sonnensysteme, die sich so von unserem unterscheiden, werfen ein anderes Licht auf die Standardtheorie.

Eigentlicher Begünder der Theorie zur Entstehung des Sonnensystems war Simon Laplace, ein Mathematiker des 18. Jahrhunderts. Ähnliche Gedankengänge verfolgte auch der große Philosoph Immanuel Kant, ein Zeitgenosse Laplaces. Laplace stellte die Nebularhypothese zur Diskussion, nach der sich das Sonnensystem aus einer Gasatmosphäre um die vorhandene Sonne bildete. Während die Sonne abkühlte konnte das Gas zu den Planeten kondensieren, so die frühe Vorstellung der Wissenschaftler.

Das "Nizzamodell" verfolgt eine ähnliche Vorstellung. Der Kollaps einer großen interstellaren Gaswolke führte im Zentrum zu hoher Dichte und einem Anstieg der Temperatur. Weshalb es zu diesem Kollaps kam, ist ungewiss. Möglicherweise sorgten Schockwellen einer nahen Supernovaexplosion für Verdichtungen innerhalb der Gaswolke. Hinweise auf die Supernovaexplosion liefern Relikte in urtümlichen Meteoriten, den Kohlenstoffchondriten. In ihnen findet man Mikrodiamanten, die auf eine Supernova in der Nähe der präsolaren Wolke hinweisen könnten. Jedenfalls führte die Verdichtung in der Gaswolke zur Bildung einer dichten Gaskugel in deren Zentrum der Druck und die Temperatur derart anstiegen, dass sie über 10 Millionen Grad erreichte und im Zentrum die Verschmelzung von Wasserstoffatomen zu Heliumatomen begann. Dieser Fusionsprozess lieferte fortan die Energie und stellte eine massive Gegenkraft zum weiteren Kollaps der Wolke da. Der junge Stern wurde von einer protosolaren Gasscheibe umgeben, die aus der Materie bestand, die nicht von der frühen Sonne eingesammelt wurde. Die Dichte dieser Gasscheibe, so nimmt man an, nahm mit zunehmenden Abstand zur Sonne ab. In dieser Gasscheibe sind nicht nur Wasserstoff und Helium. Vorhergegangene Sterngenerationen haben bereits schwere Elemente "erbrütet", die sich in den Gaswolken angereichert haben. So konnten sich durch Zusammenstöße von Teilchen im solaren Nebel kleine Körner bilden, die langsam durch Agglomeration wuchsen.

Ab einer gewissen Größe, im Bereich von 10-20m Durchmesser, treiben die Agglomerate nicht mehr mit dem Strom des Gases mit, sondern gehorchen den Keplerschen Gesetzen. Von da an sammeln sie effektiver Materie auf und beginnen den Bereich ihrer Bahn leerzuräumen. Später, wenn ihre Masse ausreichend ist, nehmen sie auch gravitativ Einfluss auf ihre Umgebung. Ihre Körper wachsen auf mehrere Kilometer Durchmesser an und man bezeichnet sie als Planetensimale. Diese Planetensimale sind die Vorläufer der Planeten und ihre weitere Entwicklung hängt nun vom Angebot an Materie ab, die sie wachsen lassen können. Ein Planet, der mehr als 10 Erdmassen aufsammeln konnte, ist in der Lage Wasserstoff und Helium an sich zu binden. Jupiter und Saturn, unsere Gasriesen gehören dazu. Und da tauchen schon die ersten Probleme auf. Die großen Planeten sind dem Modell nach schon zu weit draußen, als dass sie dort in dieser Größe hätten entstehen können.

Nach dem "Nizzamodell" entstanden die Planeten innerhalb eines Radius um die Sonne von ca. 15 Astronomischen Einheiten, wobei eine Astronomische Einheit (AE) 149,6 Millionen Kilometer entspricht. Während Jupiter und Saturn annähernd schon die jetzigen Positionen besetzten. Jupiter könnte mit 5,5 AE etwas weiter entfernt als heute und Saturn mit 8 bis 9 AE näher zur Sonne als zur heutigen Zeit gewesen sein, sind es Uranus und Neptun, die mit 13 bis 17 AE doch sehr weit von den jetzigen Positionen abweichen. Diesen Positionen liegt die vermutete frühe Verteilung der Materie um die noch junge Protosonne zu Grunde. In dem nächsten Jahren gab es viele Begegnungen zwischen den Planeten und den Planetensimalen. Langsam wanderten die Planeten Saturn, Uranus und Neptun nach außen, während Jupiter nach innen wanderte. Gute 600 Millionen Jahre sollte es gut gehen, bis die Planeten Jupiter und Saturn in eine Bahnresonanz von 2:1 kamen. Jupiter umlief die Sonne zwei mal und Saturn ein mal in einem bestimmten Zeitraum, so dass sie sich immer an derselben Stelle begegneten. Mit der vereinten Schwerkraft zweier Gasriesen wurde das frühe Sonnensystem für einige Millionen Jahre durcheinander gewirbelt. Uranus und Neptun wanderten zu ihren Positionen in 19 bzw 30 AE Entfernung. Aber auch das innere Sonnensystem wurde berührt.

Wichtigstes Ereignis war der Zusammenstoß der Urerde mit einem marsgroßen Planetensimal, welches in der Frühzeit des Sonnensystems in Richtung Sonne beschleunigt wurde. Dieser Zusammenstoß riss ein großes Stück aus der Erdkruste und bildete mit ihm gemeinsam den Erdmond. Der noch junge Mond befand sich in einer engen Umlaufbahn von wenigen Tausend Kilometern. Die Gezeitenkräfte sorgten dafür, dass der Mond die jetzige Umlaufbahn einnehmen konnte. Offensichtlich scheinen auch Merkur und Venus dem Bombardement ausgesetzt gewesen zu sein. Besonders Merkur, der zur Zeit sehr im Fokus der Astronomen steht, muss bei einem Zusammenstoß seine ursprüngliche Zusammensetzung verändert haben. Merkur besitzt nämlich einen überaus großen Eisenkern, der durch herkömmliche Planetenbildung nicht zu erklären ist. Der Schwerkraftwirkung der großen Planeten ist auch die Bildung des Asteroidengürtels zwischen der Marsbahn und der Jupiterbahn zu verdanken, ebenso den Kuipergürtel, der als Reservoir kurzperiodischer Kometen gilt. Einige dieser Kleinkörper wurden weit in die Außenbereiche des Sonnensystems katapultiert und bilden die hypothetische Oort'sche Wolke. Also es war viel los im Sonnensystem. Das "Nizzamodell" passt sogar besser, wenn man davon ausgeht, dass Uranus und Neptun in der Frühzeit die Positionen gewechselt haben. Simulationen, die weit über das App des Smartphones oder den Berechnungen eines Sternkartenprogramms hinaus gehen, zeigen, dass es mit der Dynamik noch nicht vorbei ist. Wir leben in einer Momentaufnahme des Sonnensystems und können die Bewegungen der Planeten nur für eine gewisse Zeit mit gewisser Genauigkeit vorhersagen. In einigen Milliarden Jahren wird der Planet Merkur vielleicht aus der Bahn geworfen und stößt mit der Erde zusammen. Wir sollten uns darüber aber keine Gedanken machen, da die Menschen durch die Evolution längst ersetzt worden sind, wenn es soweit ist. Auch der Erdmond, der sich ja immer weiter von der Erde entfernt, wird irgendwann die Kehrtwende machen und in ferner Zukunft auf die Erde stürzen, sofern die Sonne dem Spielchen vorher kein Ende setzt.

Längst sind nicht alle Fragen zur Entstehung des Sonnensystems gelöst. Ungeklärt ist, wie sich die Sonne ihres Drehimpulses entledigen konnte. Die Sonne trägt 99,9% der Masse des Sonnensystems, aber hat nur einen Anteil von 0,5% am Drehimpuls des Sonnensystems. Rätselhaft ist auch die Neigung der Rotationsachse zur Ekliptikebene von 7°. Die Zukunft wird noch viele Antworten liefern. Gerade die Erkenntnisse, die durch viele Raumsonden geliefert werden oder auch die Untersuchung extrasolarer Planetensysteme werfen Licht auf die Prozesse, die bei der Bildung von Planetensystemen stattfinden. - Wir werden sehen...

Clear Skies,
Christian Overhaus