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Grundwissen

Himmelskörper

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Meteore, der Mond und künstliche Satelliten: Himmelskörper im Einflussbereich der Erde

Meteore

[CC BY-SA 4.0] Migebuff at wikimedia.org
Abb. 1 Meteor (Sternschnuppe) am Himmel
[CC BY 3.0] Shane.torgerson at wikimedia.org
Abb. 2 Der Barringerkrater in der Wüste von Arizona: Einschlagkrater eines großen Meteoriten
[CC BY-SA 3.0] M.Dufek at wikimedia.org
Abb. 3 Ein Stein- und ein Eisenmeteorit

Meteore, auch Sternschnuppen genannt, sind Leuchterscheinungen innerhalb der Erdatmosphäre. Sie entstehen, wenn relativ kleine Körper mit einer Masse von wenigen Gramm bis zu mehreren \(100\) Kilogramm in den Anziehungsbereich der Erde gelangen und mit großen Geschwindigkeiten auf die Luftmoleküle treffen. Diese Objekte werden Meteoroide genannt. Wenn sie mit großen Geschwindigkeiten auf die Luftmoleküle treffen, entsteht Reibung, was zu einer Aufheizung der Metoroiden führt. Dadurch werden die Luftmoleküle zum Leuchten angeregt, was zur Ausbildung der Leuchtspur führt. Die heißen Körper selbst tragen aber nur wenig zur Leuchterscheinung bei. Die meisten Metoroide verglühen beim Eintritt in die Atmosphäre. Bei größeren Körpern kann ein Rest davon auf die Erdoberfläche niedergehen und dort einschlagen. Den Restkörper bezeichnet man dann als Meteorit. Er besteht meist aus Stein, Eisen oder Nickel. Meteoriten sind damit kostbare Nachweise der chemischen Zusammensetzung anderer Himmelskörper des Sonnensystems. Die Einschlagsstelle nennt man Meteoriten-Krater.

Vermehrt treten die Meteore auf, wenn unsere Erde die Bahn von sogenannten Meteorströmen kreuzt. Solche Meteorströme sind meist die Bahnen von ehemaligen oder noch bestehenden Kometen, die sich bei Annäherung an die Sonne teilweise in Einzelteile aufgelöst haben. Beim Durchgang durch einen solchen Meteorstrom, z.B. den Perseiden oder den Leoniden, kann man oft bis zu \(100\) Sternschnuppen in einer Stunde beobachten.

Ausführliche Informationen zu Meteoriten findest du auf der Seite über Meteoriten des Mineralogischen Museums der Universität Würzburg.

 

Der Mond

[CC BY-SA 3.0] Luc Viatour via Wikimedia Commons
Abb. 4 Der Vollmond

Der Mond ist der einzige natürliche Himmelskörper, der (außer Erde) von Menschen betreten wurde. Alle Planeten (außer Merkur und Venus) haben mehrere Monde, die Erde jedoch nur einen. Galileo GALILEI erkannte auf dem Mond Gebirge, Krater und Meere (allerdings sind diese nicht mit Flüssigkeit gefüllt).

Die Mondentfernung kann man über Triangulierung oder über die Laufzeitmessung eines Lasersignals bestimmen. Auf Grund der Ellipsenbahn schwankt die Entfernung zwischen \(356410 \rm{km}\) und \(406770 \rm{km}\); dennoch ist die Abweichung von der Kreisbahn relativ gering.

Den Monddurchmesser kann man bei Kenntnis der Mondentfernung ganz einfach abschätzen: Der Nagel des kleinen Fingers(\(1cm\)) am ausgestreckten Arm in \(1 \rm{m}\) Entfernung verdeckt ungefähr die Vollmondscheibe. Mittels der direkten Proportionalität kann man daraus den Monddurchmesser bestimmen:
Monddurchmesser=Mondentfernung · Fingerbreite : Abstand des Fingers vom Auge
Monddurchmesser=Mondentfernung · (\(1 \rm{cm} : 100 \rm{cm})\), also ein Hundertstel der Mondentfernung
Der korrekte Wert für den Monddurchmesser beträgt \(3476 \rm{km}\).

Die Synodische Umlaufzeit (aus Sicht der sich ebenfalls drehenden Erde) beträgt TSyn,Mond = \(29,5 \rm{d}\).
Die Siderische Umlaufzeit (aus Sicht des sich nicht drehenden Sternhintergrunds) beträgt TSid,Mond = \(27,3 \rm{d}\).

Was genau die Synodische und die Siderische Umlaufzeit ist, findest Du hier.

Der Mond steht jeden Tag ca. \(13°\) weiter östlich, geht also jeden Tag ca. \(50\) Minuten später auf.
A: Neumond (Man sieht von der Erde die beleuchtete Seite nicht! Von der Nachtseite des Mondes sieht man die beleuchtete Erdseite viermal größer als den Mond. Man kann deshalb den von der Erde fahl beleuchteten Nachtteil des Mondes erkennen)
B: Zunehmend, nach rechts gekrümmte Sichel (Deutsches Z)
C: Halbmond: Schattengrenze ist Durchmesser

 

Künstliche Satelliten

[Public Domain] NASA
Abb. 5 Sputnik 1, der erste Satellit im All

Größere Erdsatelliten können mit bloßem Auge als über das nächtliche Himmelsgewölbe ziehende Lichtpunkte beobachtet werden. Die Raumstation ISS, das größte künstliche Objekt im Erdorbit, erreicht die eineinhalbfache scheinbare Helligkeit der hellsten Sterne. Im Unterschied zu einem Flugzeug hat ein Satellit keine blinkenden, farbigen Lichter. Jedoch ändern sich bei einem Teil der Objekte die Helligkeiten auf Grund der Dreh- oder Taumelbewegung.

Planeten und Kometen: Himmelskörper im Einflussbereich der Sonne

Planeten

[CC BY-SA 3.0] ComputerHotline at wikimedia.org
Abb. 6 Die Planeten unseres Sonnensystems

Unser Sonnensystem besitzt \(8\) Planeten (und viele kleinere Planetoiden), sowie eine große Anzahl von Monden, die um diese Planeten und Planetoiden kreisen. Zur Merkregel für die Planeten verwendet(e) man gern den Satz:

Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unsere neun Planeten.

Anmerkung: Zur Zeit meines Vaters galt auch noch Pluto als Planet. Inzwischen wurde er zum Zwergplanet degradiert. Ein neuer Merksatz lautet

Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unseren Nachthimmel.

Somit kann man sich leicht die Namen der Planeten und ihre Reihenfolge (von der Sonne aus betrachtet) merken: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Merkur ist also der sonnennächste Planet und Neptun der von der Sonne am weitesten Entfernte.

Zwischen Mars und Jupiter befindet sich ein Asteroidengürtel. Dieser bildet die Grenze zwischen inneren und äußeren Planeten. Dabei unterscheiden sich die zwei Gruppen grundlegend in ihrem Aufbau. Die inneren Planeten (Merkur, Venus, Erde und Mars) sind erdähnliche Himmelskörper, d.h. sie haben eine feste Oberfläche und bestehen überwiegend aus Gestein. Die äußeren Planeten sind hingegen Gasriesen, die aus leichten Gasen wie Helium und Wasserstoff bestehen. Die äußeren Planeten sind größer und schwerer als die inneren Planeten, besitzen jedoch eine geringere Dichte.

Einen genauen Vergleich der Planeten, sowie Daten bezüglich ihrer Umlaufdauer, Masse und Größe findet man auf https://astrokramkiste.de/planeten-tabelle .

Kometen

Joachim Herz Stiftung
Abb. 7 Schematische Darstellung eines Kometen

Der Komet ist ein Körper des Sonnensystems, der sich auf einer stark extzentrischen Ellipsenbahn um die Sonne bewegt. In Sonnenferne ist er praktisch nicht sichtbar, in Sonnennähe wird er durch die an seinen Staub- und Gasteilchen reflektierten Sonnenlicht sichtbar und zu einer interessanten Leuchterscheinung am Himmel.

Kern: schmutziger Schneeball (Durchmesser etwa \(10\) bis \(100 \rm{km}\)) aus \(\mathrm{H_2O}\), \(\mathrm{CO_2}\), \(\mathrm{CO}\), \(\mathrm{CH_3}\), \(\mathrm{CN}\), \(\mathrm{HCN}\) mit etwa der Dichte von Wasser.

Koma: Sehr dünne Gas- und Staubatmosphäre mit bis zu \({10^5} \rm{km}\) Durchmesser, entsteht erst bei Annäherung an die Sonne durch Verdampfen des leicht flüchtigen Anteils der Kernmaterie.

[CC BY-SA 3.0] E. Kolmhofer, H. Raab; Johannes-Kepler-Observatory, Linz, Austria via wikimedia.org
Abb. 8 Der Komet Hale-Bopp

Schweif: Durch den Sonnenwind in direkter Sonnennähe (< 2 AE) werden Gasionen und Staubteilchen aus der Koma „weggeblasen“. Dadurch entsteht bei den schnellen Gasteilchen ein gerader Schweif und bei den langsameren Staubteilchen ein gebogener Schweif, deren Längen etwa \({10^4} \) bis \({10^5}\) \(\rm{km}\) betragen.

Planetoiden und Asteroiden

[CC BY-SA 3.0] NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA via wikimedia.org
Abb. 9 Kleinplanet Ceres
[CC BY-SA 3.0] NASA/JPL via wikimedia.org
Abb. 10 Asteroid Ida

Als Planetoiden (Kleinplaneten) bzw. Asteroiden werden kleine Körper bezeichnet, die sich auf Ellipsen um die Sonne bewegen. Es sind bisher etwa eine halbe Million solcher Asteroiden und deren Bahn bekannt. Die tatsächliche Anzahl dürfte aber wesentlich größer sein. Nur wenige davon haben einen Durchmesser von mehr als \(100 \rm{km}\), so dass sie auf Grund ihrer Eigenmasse runde Form annehmen und damit als Planetoiden gelten.

Unsere Milchstraße: Sterne und Nebel

Sterne

Pixaby License Felix Mittermeier via Pixaby
Abb. 11 Sternenhimmel bei Nacht

 

Als Stern bezeichnet man massereiche, selbstleuchtende Gaskugeln. Der für uns wichtigste Vertreter eines Sternes ist unsere Sonne. Da außer der Sonne alle Sterne sehr weit von uns entfernt sind, erscheinen sie uns nur als punktförmige Himmelskörper.

Sterne sind selten nur ein alleinstehender Körper, meist sind sie Teil eines Doppel- oder Mehrfachsternsystems oder eines Planetensystems. Sie haben sehr unterschiedliche Größen und Leuchtkräfte und werden nach ihren Eigenschaften klassifiziert. Sterne sind aktive Gasriesen, die Plasmateilchen und Licht in den Raum ausstoßen.

Pixaby License Gerd Altmann via Pixaby
Abb. 12 Eines der bekanntesten Sternenbilder: der großer Wagen.

Alle von uns mit normalem Auge und einfachen Teleskopen sichtbaren Sterne befinden sich in unserer Galaxie, der Milchstraße. Die Milchstraße ist eine Ansammlung von mehr als \(200\) Milliarden Sternen, wobei nach wie vor neue Sterne entstehen und alte Sterne nach physikalischen Gesetzmäßigkeiten ihre Art und Leuchtkraft verändern.

 

[Public Domain] SOHO (ESA & NASA)
Abb. 13 Die Sonne, auch ein Stern

Sterne erscheinen als Lichtpunkte, deren gegenseitige Lage sich für uns nicht zu ändern scheint. In Wirklichkeit bewegen sich die Sterne schon gegeneinander, doch ist diese Bewegung auf Grund der großen Entfernung mit dem bloßen Auge nicht erkennbar.

Die Sterne werden auf Grund ihrer visuellen Lage aus Sicht von der Erde in Sternbilder eingeteilt und diesen namensmäßig zugeordnet. Sterne ein und desselben Sternbildes müssen aber nicht wirklich nahe beieinander liegen, sondern sind zum Teil sehr unterschiedlich weit von der Erde entfernt.

Sterne sind Gaskugeln sehr hoher Temperatur, die laufend Energie und Materie in Form von Plasma und elektromagnetischer Strahlung in den Raum abgeben, wie unsere Sonne, die hier im UV-Bereich fotografiert wurde.

 

Nebel

[Public Domain] NASA
Abb. 14 Pferdekopfnebel (Dunkelnebel)
[Public Domain] NASA
Abb. 15 Krebsnebel, der Rest einer Sternexplosion (Emissionsnebel)

Nebel sind Gas- und Staubverdichtungen im Weltall, die Licht von dahinter liegenden Sternen absorbieren (Dunkelnebel) oder durch die Strahlung von in der Nähe befindlicher Energie abgebender Sterne selbst zum Leuchten angeregt werden (Emissionsnebel).

Galaxien und Quasare

Galaxien

[CC-BY 2.0] Adam Evans via Wikimedia.org
Abb. 17 Andromeda-Galaxie, die der Milchstraße nächste Galaxie.

 

 

Galaxien sind gravitativ gebundene Ansammlungen sehr vieler Sterne, die weit entfernt von unserer Milchstraße sind. Alle Sterne, die wir am Himmel beobachten können, sind Teil einer einzigen Galaxie, der Milchstraße, zu der auch unsere Sonne gehört.

Viele Galaxien haben wie die Milchstraße einen Kernbereich und Spiralarme. Allerdings existieren sehr viele unterschiedliche Formen und Größen von Galaxien.

 

Galaxienhaufen

[Public Domain] NASA
Abb. 18 Der Galaxienhaufen namens SpARCS1049+56.

 

Galaxienhaufen sind im Raum befindliche Ansammlungen zusammenliegender Galaxien, von denen man annimmt, dass sie gravitativ gebunden sind.

 

Quasare

 

ESA
Abb. 19 Quasare- gleich viermal.

Quasare sind die am weitesten von der Erde entfernten Objekte, die man bisher beobachten konnte. Es handelt sich dabei um die aktiven Kerne von Galaxien. Aktiv heißt, dass das zentrale schwarze Loch Materie aufnimmt. Sie heizt sich wegen der Reibung dabei enorm auf und leuchtet dadurch sehr hell. Die Helligkeit der Quasare übertrifft bei weitem die der Galaxien, in denen sie sich befinden.

Auf dem Bild sieht man in Richtung eines Quasars, der hinter einem sehr schweren unsichtbaren Objekt befindet, das als sogenannte Gravitationslinse dient. Deshalb sieht man den Quasar fünffach. Einmal in der Mitte und \(4\) mal in den Richtungen \(12\) Uhr, \(11\) Uhr, \(8\) Uhr und \(4\) Uhr.