Die Planeten des Sonnensystems

Die Planeten gehören zu den auffälligsten Erscheinungen am nächtlichen Firmament. Schon in prähistorischer Zeit war den Menschen aufgefallen, daß es Sterne am Himmel gab, die ihre Position im Laufe von Tagen und Wochen gegenüber den Fixsternen veränderten. Die Griechen gaben ihnen den Namen Wandelsterne oder Planeten (vom griechischen πλανήτης = Wanderer) und kannten ihrer sieben: Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn sowie Sonne und Mond, die auch zu den Planeten gerechnet wurden. Der Planetennatur der Erde war man sich damals noch nicht bewußt.

Erst mit dem Aufkommen des Kopernikanischen Weltbildes und der Untersuchung der Planetenbahnen durch Johannes Kepler wurde die wahre Natur der Planeten als Trabanten der Sonne offenbar. Mit der Erfindung des Teleskops schließlich konnten die Planeten in Scheibchen aufgelöst und ihre Eigenschaften untersucht werden. Seit Mitte des letzten Jahrhunderts konnten Raumsonden direkte Untersuchungen vor Ort durchführen und unser Wissen über die Wanderer im All stark vermehren.

Gegenwärtig sind acht Planeten in unserem Sonnensystem bekannt: die vier inneren terrestrischen Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars sowie die vier äußeren Riesenplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Mit Ausnahme von Merkur und Venus besitzen alle Planeten einen oder mehrere Monde. Darüber hinaus sind hunderttausende von Kleinkörpern wie Asteroiden oder Kometen katalogisiert. Auch um andere Sterne hat man inzwischen Planeten gefunden, so daß unser Sonnensystem nur eines von unzähligen Planetensystemen in der Milchstraße darstellt.

Im folgenden möchte ich die Planeten des Sonnensystems kurz vorstellen und Hinweise zu ihrer Beobachtung geben. Die beigefügten Fotos habe ich im Laufe der Jahre an unterschiedlichen Teleskopen und mit verschiedenen Kameras aufgenommen. Um Planetenbeobachtungen durchzuführen, bedarf es keiner teuren Instrumente. Schon mit dem Fernglas kann man interessante Beobachtungen anstellen, und ein kleines Teleskop zeigt bereits eine Vielzahl an Details auf den Oberflächen der meisten Planeten.

Merkur

Der Merkur ist der Planet mit dem geringsten Abstand von der Sonne. Deshalb benötigt er nur 88 Tage für einen Umlauf, so daß er den Namen des römischen Götterboten mit Recht trägt. Merkur ist mit 4 800 km Durchmesser bedeutend kleiner als die Erde und der Größe als auch dem Aussehen nach eher dem Mond vergleichbar.

Von der Erde aus ist Merkur schwierig zu beobachten. Das hängt mit seiner Sonnennähe zusammen, die dafür sorgt, daß er sich am Himmel immer dicht beim Tagesgestirn aufhält und niemals am dunklen Nachthimmel steht. Er ist überhaupt nur dann zu erspähen, wenn er möglichst weit rechts oder links von der Sonne steht. Diese Position heißt östliche oder westliche Elongation, doch selbst dann erreicht Merkur maximal nur 28° Winkelabstand von der Sonne, so daß er allenfalls in der Dämmerung knapp über dem Horizont zu erkennen ist.

In Mitteleuropa bieten sich die besten Chancen im Frühling am Abendhimmel oder im Herbst am Morgenhimmel. Wenn Merkur im Frühling seine größte östliche Elongation von der Sonne erreicht, ist er für wenige Wochen als heller Stern bald nach Sonnenuntergang tief im Westen zu erspähen. Schon bald nach der Sonne jedoch geht er unter, so daß zwischen Sonnen- und Merkuruntergang meist nur etwa eine Stunde bleibt, in der man den Planeten mit dem bloßen Auge finden kann. Ganz analog sieht man ihn während der westlichen Elongation im Herbst in der Morgendämmerung kurz vor Sonnenaufgang.

Im Fernglas bleibt Merkur punktförmig, aber bereits in einem kleinen Teleskop kann man die Sichelgestalt des Planeten erkennen. Je näher uns Merkur steht, desto größer erscheint uns das Merkurscheibchen, aber zugleich erscheint er uns als immer schmalere Sichel, da er von der Erde aus gesehen zunehmend von hinten beleuchtet wird. Wenn er uns am nächsten ist, so steht er zwischen Erde und Sonne und weist uns seine unbeleuchtete Nachtseite zu. Hin und wieder kommt es vor, daß Merkur genau vor der Sonnenscheibe herläuft. Dann ist er als dunkler Punkt vor der gleißenden Sonnenscheibe zu sehen.

Venus

Die Venus ist der zweitinnerste Planet unseres Sonnensystems. Sie benötigt für einen Sonnenumlauf 243 Tage und ist knapp 110 Millionen Kilometer vom Zentralgestirn entfernt. Mit 12 104 km Durchmesser ist sie beinahe so groß wie die Erde, auch besitzt die Venus eine dichte Atmosphäre, die beinahe ausschließlich aus Kohlenstoffdioxid besteht. Dadurch erreichen die Temperaturen am Venusboden Werte um 450 °C, so daß selbst Blei auf der Venus schmelzen würde.

Von der Erde aus gesehen ist die Venus ein sehr auffälliges Himmelsobjekt. Zwar hält auch sie sich stets in der Nähe der Sonne auf, jedoch kann ihr maximaler Sonnenabstand beinahe 50° erreichen, so daß sie dann als auffälliger Abend- oder Morgenstern zu sehen ist. Hinzu kommt, daß die Venus mit einer Helligkeit von maximal −4,7 mag das hellste Himmelsobjekt nach Sonne und Mond ist. Sie ist so hell, daß man sie bei klarer Luft sogar am blauen Tageshimmel mit dem bloßen Auge erkennen kann. An dunklen Orten wirft die Venus sogar einen schwachen Schatten.

Auch kann uns die Venus mit 40 Millionen Kilometern sehr nahe kommen, nämlich dann, wenn sie zwischen Erde und Sonne steht. Leider steht sie dann am Himmel direkt bei der Sonne, so daß sie nur schwer zu beobachten ist. In den Wochen um diesen Termin herum ist sie jedoch meist noch gut zu sehen, und man kann dann die schmale Venussichel schon im Fernglas ausmachen! Steht sie hingegen von der Erde aus betrachtet hinter der Sonne, so wendet sie uns ihre beinahe voll beleuchtete Seite zu. Außerdem ist sie dann besonders weit weg und daher deutlich kleiner.

Auch im Teleskop kann man keine Details der Venus-Oberfläche sehen, da der Planet stets von einer dichten Wolkenhülle umgeben ist. Meist ist das Venus-Scheibchen vollkommen strukturlos. Nur gelegentlich zeigen sich schwache und kaum wahrzunehmende Schattierungen in der Wolkendecke. Interessant wird es, wenn die Venus beinahe zwischen Erde und Sonne steht. Dann wird sie von hinten beleuchtet, und man sieht die dichte Venus-Atmosphäre als leuchtenden Ring um das ansonsten dunkle Planetenscheibchen! Nur ganz selten tritt die Venus direkt vor die Sonnenscheibe, das letzte Mal am 8. Juni 2004 (siehe Foto links). Der nächste Venus-Durchgang vor der Sonne wird im Jahr 2016 stattfinden.

Erde

Nach der Venus treffen wir im Sonnensystem als nächstes auf den Blauen Planeten, die Erde. Mit 12 768 km Durchmesser ist sie nur wenig größer als die Venus und der größte unter den vier terrestrischen Planeten, für die sie zugleich Namenspatron ist. Die Erde umkreist die Sonne in einem mittleren Abstand von etwa 149 Millionen Kilometern und benötigt für einen Sonnenumlauf 1 Jahr. Dadurch ist ihr ein angenehmes Klima mit einer mittleren Oberflächentemperatur von 15 °C beschert. Gleichwohl schwankt die Temperatur sehr stark, sowohl geographisch als auch zeitlich. Während in den subtropischen Regionen Temperaturen von 50 °C und darüber beobachtet werden, können die Werte in den Polarregionen auf −90 °C abfallen.

Die Erde besitzt eine dichte Atmosphäre mit einem Oberflächendruck von etwa 1 000 hPa, die hauptsächlich aus Stickstoff und Sauerstoff besteht. In der Erdatmosphäre findet eine starke Wolkenbildung statt, wobei die Wolken im wesentlichen aus Wasserdampf bestehen. Im Gegensatz zur Venus bilden sie aber keine geschlossene Wolkendecke, so daß der Blick auf die Erdoberfläche möglich ist. Die Oberfläche ist zu etwa 70 Prozent von Wasserozeanen bedeckt, der im Mittel etwa 3,8 km tief sind. Diese Situation ist im Sonnensystem einmalig, denn die Oberflächen aller anderen terrestrischen Planeten und sämtlicher Planetenmonde sind ausnahmslos fest. Hingegen sind nur etwa 30% der Erdoberfläche Festland, das sich bis zu knapp 9 km über die Ozeane erhebt.

Die Erde ist der einzige Ort im Universum, von dem bekannt ist, daß er Leben beherbergt. Durch diesen Umstand nimmt die Erde im gesamten Sonnensystem eine Sonderstellung ein. Versuche, auch auf anderen Planeten des Sonnensystems – insbesondere dem Mars – Leben nachzuweisen, sind bislang negativ verlaufen. Das Vorhandensein von Leben hat einen erheblichen Einfluß auf Oberfläche und Atmosphäre der Erde. So sind zum Beispiel große Mengen Kohlenstoff in organischen Lebewesen gebunden, die andernfalls als Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre angereichert wären. Gleichzeitig bedeckt organisches Material riesige Gebiete der Erdoberfläche, wodurch die Erscheinung des Planeten stark geprägt wird.

Der Erdmond ist der einzige natürliche Satellit der Erde. Mit einem Durchmesser von 3 476 km ist er im Vergleich zu seinem Zentralplaneten ungewöhnlich groß, so daß das Erde-Mond-System oft als Doppelplanet angesehen wird. Der Mond besitzt keine Atmosphäre, so daß wir direkt auf seine von Einschlagskratern übersäte Oberfläche blicken (siehe Foto links). Bereits in einem Fernglas lassen sich zahlreiche Strukturen wie Berge und Krater auf der Mondoberfläche ausmachen. Neben den verkraterten, alten Hochländern des Mondes fallen vor allem die dunklen Gebieten auf, die nur wenige Einschlagskrater aufweisen. Vor der Erfindung des Teleskops hielt man sie für Meere und nannte sie daher Mare (Plural: Maria) nach dem lateinischen Wort für Meer. Heute wissen wir, daß es sich um ehemalige Einschlagsbecken handelt, die in der Frühzeit des Sonnensystems mit Lava überflutet wurden und deren erstarrte, dunkle Oberfläche wir heute als Maria wahrnehmen. Bei genauer Betrachtung zeigt sich, daß wir zu allen Zeiten dieselben Strukturen der Mondoberfläche sehen. Der Grund hierfür ist, daß die Dauer eines Mondumlaufs um die Erde gleich der Dauer einer Umdrehung des Mondes um seine eigene Achse ist, so daß uns der Mond immer dieselbe Seite zuwendet. Diese Kopplung von Rotations- und Umlaufperiode wird als »gebundene Rotation« bezeichnet.

Mars

Der Mars ist der erste Planet, der außerhalb der Erdbahn um die Sonne kreist. Im Gegensatz zu Merkur und Venus kann er deswegen nicht als Sichel erscheinen, sondern erscheint uns stets als beinahe voll beleuchtete Scheibe. Mit 6 800 km Durchmesser ist der Mars nur gut halb so groß wie die Erde. Seine rote Farbe, die von Eisenverbindungen auf seiner Oberfläche herrührt, hat ihm schon in der Antike den Namen des römischen Kriegsgottes eingebracht (das griechische Pendant ist Αρης). Auch ist der Mars von einer recht dünnen Atmosphäre umgeben, die beinahe ausschließlich aus Kohlenstoffdioxid besteht.

Der Rote Planet ist uns dann am nächsten und folglich auch am hellsten, wenn er am Himmel der Sonne genau gegenüber steht. Diese Stellung nennt man Opposition, und der Planet ist dann die ganze Nacht über am Himmel zu beobachten. Beim Mars treten die Oppositionsstellungen etwa alle 2 Jahre ein. Da die Marsbahn etwas elliptisch ist, schwanken die Abstände des Planeten von der Erde während der Opposition jedoch erheblich. Im günstigsten Fall kann uns der Mars bis auf 56 Millionen Kilometer nahe kommen. Er ist dann schon im kleinen Teleskop gut aufgelöst und wird mit −2,9 mag zu einem der hellsten und auffälligsten Himmelsobjekte! Nur Sonne, Mond und Venus sind noch heller. Schon mit dem bloßen Auge kann man zudem um die Opposition herum die orangerote Farbe des Planeten erkennen.

Im Teleskop erkennt man auf dem Mars eine ganze Reihe dunkler Flecke, die sich von der übrigen, orangeroten Marsoberfläche deutlich abheben. Es handelt sich dabei um Gebiete der Marsoberfläche, die aus einem dunkleren Material bestehen. Anhand dieser dunklen Gebiete kann man recht schön die Rotation des Planeten verfolgen, die mit 24 Std. 37 Min. nur etwas länger dauert als die Rotation der Erde. Ein weiteres auffälliges Merkmal des Mars sind die Polkappen, die aus Wasser- und Trockeneis bestehen und sich als weiße Flecke an den Polen abheben. Mit den Jahreszeiten auf dem Mars schwanken die Durchmesser der Polkappen ganz erheblich, so daß sie manchmal kaum zu erkennen sind. Schließlich kann man hin und wieder noch weitere Phänomene auf dem Marsscheibchen wahrnehmen wie Wolken, Dunst, Frost oder Staubstürme. Dazu bedarf es jedoch einiger Beobachtungserfahrung und eines besser ausgerüsteten Teleskops.

Jupiter

Wir verlassen nun den Bereich der erdähnlichen, sonnennahen Planeten und kommen in das Reich der Riesenplaneten. Jupiter hat einen Durchmesser von 142 600 km, was ihn zum größten Planeten unseres Sonnensystems macht. Seine Entfernung von der Sonne beträgt rund 800 Millionen Kilometer, was gut dem fünffachen der Entfernung Erde-Sonne entspricht. Für einen Umlauf um das Zentralgestirn benötigt Jupiter bereits 12 Jahre.

Jupiter hat eine vollkommen andere Zusammensetzung als die erdähnlichen Planeten Merkur, Venus und Mars. Er hat keine feste Oberfläche, sondern wir haben einen gigantischen Gasball vor uns, der im wesentlichen aus Wasserstoff und Helium besteht. Während die äußeren Regionen noch gasförmig sind, wird das Gas weiter im Innern immer stärker zusammengepreßt und geht in einer bestimmten Tiefe in einen sogenannten metallischen Zustand über. Erst im Kern erwartet man auch das Vorhandensein schwerer Elemente.

Die Atmosphäre Jupiters ist sehr turbulent und reich strukturiert. Man findet zahlreiche Wolkenbänder, die parallel zum Äquator den Planeten umgürten. Unter ihnen sind das Nördliche und Südliche Äquatorband die dunkelsten und auffälligsten. Beide Bänder zeigen im Teleskop meist eine große Zahl an Strukturen, und das Südliche Äquatorband ist für sein plötzliches Verschwinden und Wiederauftauchen binnen weniger Jahre bekannt. Berühmt ist der Große Rote Fleck, ein riesiger Wirbelsturm, der teilweise in das Südliche Äquatorband eingebettet ist. Mit etwas Übung kann man ihn schon in einem kleinen Teleskop sehen.

Für den irdischen Beobachter ist Jupiter trotz seiner Entfernung eines der auffälligsten Objekte am Himmel. Dies hängt mit seiner Größe zusammen, die ihn mit maximal −2,9 mag zu einem der hellsten Sterne macht. Außerdem erreicht sein Winkeldurchmesser zur Opposition bis zu 50 Bogensekunden, so daß man das Planetenscheibchen schon im Fernglas auflösen kann. Bereits in einem kleinen Teleskop erkennt man eine Vielzahl an Strukturen in der turbulenten Atmosphäre des Riesenplaneten, unter anderem den bekannten Großen Roten Fleck.

Interessant ist auch die Beobachtung der Jupitermonde. Die vier Galileischen Monde Io, Europa, Ganymed und Kallisto sind so hell, daß man sie schon mit dem bloßen Auge sehen könnte, wenn sie nicht vom Glanz Jupiters überstrahlt würden. Dennoch genügt ein Fernglas, um die vier großen Monde als kleine Lichtpunkte neben Jupiter aufzufinden (siehe Foto). Wer ein kleines Teleskop besitzt, kann noch andere Mond-Phänomene entdecken. So kommt es gelegentlich vor, daß einer der Monde vor dem Jupiter herzieht und einen kreisrunden, schwarzen Schatten auf die Planetenkugel wirft. Auch kommt es vor, daß ein Mond in den Jupiterschatten eintaucht und binnen weniger Sekunden wie von Geisterhand verschwindet. Auskunft über solche Ereignisse geben astronomische Jahrbücher, in denen die Zeitpunkte von Verfinsterungen und Schattenwürfen minutengenau notiert sind.

Saturn

Saturn wird oft als der schönste aller Planeten bezeichnet, was auf seinen beeindruckenden Ring zurückzuführen ist. Dieser besteht aus Abermillionen kleiner Felsbrocken und Körnchen, die den Planeten in der Äquatorebene umkreisen und das herrliche Ringsystem aufbauen. Saturn selbst ist wie Jupiter ein Gasriese, mit 120 000 km Äquatordurchmesser ist er aber etwas kleiner als jener. Für einen Sonnenumlauf braucht der Ringplanet bereits 24 Jahre. Saturn ist der äußerste Planet, der von der Erde aus noch mit dem bloßen Auge gesehen werden kann und damit der letzte, der bereits seit prähistorischer Zeit bekannt ist.

Dem Aufbau nach ähnelt Saturn dem Jupiter. Auch die Saturnatmosphäre ist von parallel zum Äquator verlaufenden Wolkenbändern gezeichnet, jedoch sind diese weit diffuser und blasser als die Wolkenbänder Jupiters und daher im Teleskop schwieriger zu sehen. Durch die rasche Rotation Saturns und die geringe Dichte ist die Planetenkugel in noch viel stärkerem Maße als Jupiter an den Polen abgeplattet, so daß sie im Teleskop deutlich oval erscheint.

Trotz seiner großen Entfernung von der Sonne ist Saturn von der Erde aus gesehen ein auffälliges Objekt am Nachthimmel. Er kann maximal eine Helligkeit von −0,5 mag erreichen und ist dann immerhin so hell, wie die hellsten Sterne am Himmel; so strahlend und glanzvoll wie die vorangegangenen Planeten ist er jedoch nicht mehr. Schon mit dem bloßen Auge fällt die ockergelbe Farbe Saturns auf, die im Fernglas oder Teleskop dann deutlich zu sehen ist. Mit etwas Übung kann man außerdem im kleinen Teleskop ein oder zwei Wolkenbänder auf der Planetenscheibe erkennen.

Bereits im Fernglas fällt auf, daß Saturn nicht ganz punktförmig erscheint, doch erst im kleinen Teleskop kann man dann den Saturnring deutlich ausmachen. Im Zusammenhang mit dem Ring sind eine Reihe interessanter Beobachtungen zu machen. So kann man meist recht schön den Schatten des Ringsystems auf der Planetenatmosphäre sowie den Schattenwurf der Planetenkugel auf dem Ring erkennen. Mit etwas größeren Instrumenten ist bei geeigneter Ringöffnung auch die Cassini-Teilung, eine Lücke im Ringsystem, zu sehen. Besonders interessant ist jedoch die wechselnde Öffnung des Rings gegen die Erde. Bei großer Ringöffnung sehen wir sehr stark von oben auf den Ring, der dann einige Details offenbart. Zu anderen Zeiten sehen wir genau auf die Kante des Ringsystems, das dann, je nach Sonnenstand, als feine Linie erscheint oder aber auch völlig unsichtbar werden kann! Die letzte Kantenstellung war 1995, zur Zeit ist der Ring besonders weit geöffnet.

Saturn besitzt eine große Zahl von Monden, von denen einige schon in einem kleinen Teleskop zu sehen sind. Der größte Saturnmond Titan ist unter günstigen Bedingungen sogar schon im Fernglas als schwaches Lichtpünktchen auszumachen. Schattenwürfe und Verfinsterungen von Saturnmonden sind aber im Gegensatz zu Jupiter äußerst selten, da Saturns Rotationsachse stärker gegen die Bahnebene geneigt ist, so daß die Monde im allgemeinen ober- oder unterhalb des Planetenscheibchens herziehen.

Uranus und Neptun

Uranus und Neptun sind die beiden äußersten bekannten Planeten unseres Sonnensystems. Uranus benötigt für einen Sonnenumlauf 84 Jahre, Neptun gar 165 Jahre! Beide Planeten haben einen Durchmesser von etwa 50 000 km. Ihre äußeren Atmosphären bestehen hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium. In tieferen Schichten treten in zunehmendem Maße Wasser, Ammoniak und Schwefelwasserstoff auf. Im Innern beider Planeten verbirgt sich schließlich ein Gesteinskern.

Die Entdeckung des Uranus gelang dem Musiker und Liebhaberastronomen Wilhelm Herschel am 13. März 1781. Er erkannte, daß einer der Sterne im Bildfeld seines Teleskops ausgedehnt erschien und glaubte zunächst, einen neuen Kometen gefunden zu haben. Erst etwas später, als Bahnberechnungen vorlagen, wurde die Planetennatur des Objektes erkannt. Neptun wurde am 23. September 1846 in Berlin durch Johann Galle und seinen Assistenten, den Studenten Heinrich d'Arrest aufgefunden, nachdem Urbain Leverrier in Frankreich die Position des Neptun auf Grund seiner Einflüsse auf die Bewegung des Uranus berechnet hatte. Leverrier reichte seine Berechnungen an Galle weiter, der gleich in der ersten Nacht den Planeten fand.

Sowohl Uranus als auch Neptun sind von einem Ringsystem umgeben. Beide Systeme sind aber bei weitem nicht so ausgeprägt wie bei Saturn und von der Erde aus nur schwer nachzuweisen. Das Ringsystem von Uranus wurde 1977 von der Erde aus entdeckt, als der Planet einen Stern bedeckte. Vor und nach der Bedeckung flackerte der Stern einige Male, woraus auf die Existenz von dunklen Ringen geschlossen wurde, die den Planeten umgeben mußten. Auf ähnliche Weise wurden später auch Anzeichen für Ringe um den Planeten Neptun gefunden, der Nachweis eines geschlossenen Ringsystems um Neptun gelang jedoch erst 1989 durch die amerikanische Planetensonde Voyager 2.

Uranus ist von der Erde aus mit einer maximalen Helligkeit von 5,6 mag im Prinzip gerade eben noch mit dem bloßen Auge zu erkennen. In der Praxis ist dies jedoch schwierig, da Uranus in der Fülle schwacher Sterne am Himmel nicht leicht zu identifizieren ist. Im Fernglas ist der Planet hingegen gut zu sehen, im Teleskop kann man ihn dann sogar in ein winziges Scheibchen auflösen, das jedoch vollkommen strukturlos erscheint. Die fünf großen Monde des Uranus sind erst im größeren Teleskop zu erkennen.

Neptun ist mit maximal 7,7 mag so lichtschwach, daß man zumindest ein Fernglas braucht, um ihn zu sehen. Auch sind genaue Aufsuchkarten notwendig, damit man ihn überhaupt in der Fülle der Sterne identifizieren kann. Erst im größeren Teleskop kann man das winzige Neptun-Scheibchen auflösen, das jedoch zu klein ist, um darauf Details in der Atmosphäre des Planeten zu entdecken. Schwierig ist das Auffinden des größten Neptunmondes Triton, da dieser lichtschwach ist und stets sehr nah am Planeten steht.