Planeten-Basics

Merkur-Transit
Merkur-Transit am 9. Mai 2016

Am 6. Kurstag waren Teleskope oder praktische Dinge ausnahmsweise kein Thema. Vielmehr beschäftigten wir uns mit den Grundlagen der Planetengesetze und mit dem inneren Sonnensystem: Sonne, Merkur, Venus und Erde. Wie funktioniert die Sonne? Wie sind die Planetenbahnen eigentlich gestrickt? Gibt es Besonderheiten oder Zusammenhänge? Und wie schaut das Ganze von der Erde aus?

Unser Zentralgestirn – die Sonne

Ausgangspunkt des heutigen Kursthemas war zunächst die Sonne; unser Zentralgestirn. Sie besteht in ihrem Inneren aus einem etwa 15 Millionen Kelvin heißen Kern, in dessen Megahochdruck-Plasma Wasserstoffatome zu Heliumatomen verschmolzen (fusioniert) werden. Denn laut Einsteins berühmter Formel E=mc² gibt es eine Massendifferenz zwischen dem Ausgangsmaterial Wasserstoff und dem Endprodukt Helium während des Verschmelzungsprozesses, welche als Strahlungsenergie abgegeben wird und die Sonne am Leuchten und uns Erdlinge am Leben erhält.

Doch die Sonne besteht aus weiteren Zonen; denn außerhalb des inneren Fusionskerns existiert eine sog. Strahlungszone, in der die Energie vom Kern in die umgebenden Bereiche hauptsächlich als Strahlung übertragen wird. Daran anschließend, es wird nun von innen nach außen immer kühler – schließt sich die Konvektionszone an, in der die Wärme in Analogie zu einem Kochtopf durch Konvektionszellen von innen nach außen transportiert wird. Diese Konvektionszellen machen die Sonne zu einem brodelndem Ungetüm. An der Sonnenoberfläche schließt sich die dünne Photospähre an, die unregelmäßig warm ist (hier im Schnitt nur noch etwa 5700 Kelvin). Hier ist auch der Entstehungsort der Sonnenflecken. Darüber bildet die noch dünnere Chromosphäre die äußerste Schicht der Sonnenoberfläche.

Doch auch die Sonne hat eine Art ‘Atmosphäre’. Sie ist allerdings nur bei totalen Sonnenfinsternissen von der Erde zu sehen und wird Korona genannt: Ein unregelmäßiger Strahlenkranz oder -Tanz, der die Sonne umgibt; hervorgerufen von Plasmaströmen elektrisch geladener Teilchen, die die Sonnenoberfläche auf elektromagnetischen Feldlinien verlassen.

Die ehernen Gesetze der Planetenbahnen

Bevor wir uns den inneren Planeten zuwendeten, betrachteten wir  die Gesetzmäßgigkeiten, die einen beliebigen Planeten an seinen ebenso beliebigen Heimatstern binden: Um die Gravitation und die daraus resultierenden Drei Keplerschen Gesetze:

  1. Alle Planeten umlaufen ihren Zentralstern auf elliptischen Bahnen, wobei der Zentralstern (seine Sonne) sich in einem der Brennpunkte der Ellipse befindet (und nicht in deren Mittelpunkt!)
  2. Die Geschwindigkeit eines Planeten auf einer elliptischen Bahn ist nur im Fall der exakten Kreisbahn konstant. Auf einer elliptischen Bahn verlangsamt ein Planet seine Umlaufgeschwindigkeit auf ein Minimum, wenn er sich am sonnenfernsten Punkt, dem Aphel, befindet und wird dann immer schneller, wenn er sich der Sonne auf seiner elliptischen Bahn nähert. Die Höchstgeschwindigkeit erreicht er am sonnennächsten Punkt, seinem Perihel.
  3. Die Umlaufgeschwindigkeit der Planeten um Ihren Zentralstern wird umso langsamer, je weiter weg die Planeten ihre Bahnen um die Sonne ziehen. Das bedeutet, dass innere Planeten bei ihrem Umlauf ständig ihre äußeren Planeten überholen.
Planetenbewegung
Die Bewegung eines Planeten um sein Zentralgestirn

Astronomische Längenmaßstäbe

Anschließend beschäftigten wird uns mit den Bahnen der Planeten Merkur und Venus. Zunächst standen die astronomischen Entfernungsmaßstäbe im Vordergrund, etwa die Astronomische Einheit AE (oder AU im Englischen). Sie bezieht sich auf den durchschnittlichen Abstand der Erde von der Sonne:

1 AU = 150 Millionen Kilometer.

Mit diesem Maßstab wird in unserem Sonnensystem gemessen. Für noch größere Entfernungen bedient man sich dem Lichtjahr. Das ist ist Strecke, welche das Licht bei einer Ausbreitungsgeschwindigkeit 300000 km pro Sekunde in einem Jahr zurücklegt:

1 Lj = 9.4608 Billionen (Tausendmilliarden) Kilometer = 63072 AU)

und der Vollständigkeit halber 1 Parsec = 3.26 Lichtjahre.

(Drolligerweise befindet sich in einer Blase von 1 Lichtjahr oder sogar auch 1 Parsec Radius um unsere Sonne herum immer noch kein einziger Stern. Unser nächster Nachbarstern, Alpha Centauri, ist etwa 4.3 Lichtjahre entfernt).

Irdische Perspektiven

Nun gibt es besondere Konstellationen zu beachten, die ein Beobachter auf der Erde in Bezug auf die Beobachtung eines inneren Planeten (also Venus oder Merkur) wahrnimmt:

Obere Konjunktion: Erde, Sonne und Planet befinden sich in einer Reihe, der Planet befindet sich zusammen mit der Sonne am Taghimmel und ist nicht beobachtbar (weil es zu hell ist).

Westliche Elongation: Der Planet erreicht von der Erde aus gesehen den größen westlichen Abstandswinkel von der Sonne. Er ist nun gut am Abendhimmel zu sehen und geht erst eine gewisse Zeit nach Sonnenuntergang im Westen unter.

Untere Konjunktion: Erde, Planet und Sonne stehen nun in einer Reihe. Der Planet befindet sich wiederum zusammen mit der Sonne am Tageshimmel und ist unbeobachtbar.

Östliche Elongation: Der Planet erreicht den größten östlichsten Winkelabstand von der Sonne und ist gut am Morgenhimmel zu sehen. Er geht einige Zeit vor Sonnenaufgang im Osten auf.

Innere Planeten
Verschiedene Positionen eines inneren Planeten

Da die Venus, unsere innerer Nachbarplanet, einen wesentlich größeren Abstand von der Sonne besitzt, fallen die Effekte der westlichen und östlichen Elongation prägnanter aus als bei Merkur, dem sonnennächsten Planet. Daher ist Merkur, wenn überhaupt, nur unmittelbar nach Sonnenuntergang am Westhorizont oder unmittelbar vor Sonnenaufgang am Osthorizont zu sehen.

Desweiteren weisen die inneren Planeten Venus und Merkur – wie unser Erdmond – auch Phasen auf, in der sie z.B. nur halb beleuchtet sind (Halbvenus oder Halbmerkur zur Zeit der Westlichen und Östlichen Elongation), groß und sichelförmig einige Tage vor und nach der unteren Konjuktion in erdnaher Postion oder rundlich klein bei der Oberen Konjuktion in erdferner Postition.

Fazit: Ist doch gar nicht so kompliziert – höchstens die Fachbegriffe.

 

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