Die Planeten

220 Pages·1983·35.17 MB·German

by  Horst W. Köhler

Horst W. Köhler
Die Planeten
Horst W. Köhler, geb. 1941 in Augsburg, studier schung liegt. Er ist Verfasser mehrerer Raum
te Maschinenbau und ist seit Abschluß seines fahrt-Bücher; 1978 erschien im gleichen Ver
Studiums bei MAN in Augsburg tätig, zuerst als lag sein mit hervorragenden Kritiken bedachtes
Berechnungs- und Versuchsingenieur, seit 1982 Buch "Der Mars - Bericht über einen Nachbar
als Technical Sales Manager für Abgasturbolader. planeten" . Seit 1979 erfüllt er an der Fachhoch
schule Augsburg einen Lehrauftrag über Grund
Nebenberufl ich hat er sich als Verfasser von lagen der Raumfahrt. H. W. Köhler ist lang
etwa 300 Beiträgen aus dem Gebiet der Astro jähriges Mitglied der Hermann-Oberth-Gesell
nautik für die verschiedensten technischen und schaft e. V. und des American Institute of
techn isch-wissenschaftl ichen Publ i kationen ei Aeronautics and Astronautics (AI AA, USA),
nen Namen gemacht, wobei der Schwerpunkt sowie Gründungsmitglied der Planetary Society
seiner Arbeit auf dem Gebiet der Planetenfor- (USA).
Horst W. Köhler
Die Planeten
Mit 183 einfarbigen Bildern
und 8 Farbtafeln
Friedr. Vieweg &Sohn Braunschweig/Wiesbaden
CI P-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Köhler, Horst W.:
Die Planeten / Horst W. Köhler. - Braunschweig;
Wiesbaden: Vieweg, 1983.
ISBN 978-3-663-01903-9 ISBN 978-3-663-01902-2 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-01902-2
Alle Rechte vorbehalten
© Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH,
Braunschweig 1983
Die Vervielfältigung und Übertragung einzelner Text
abschnitte, Zeichnungen oder Bilder, auch für Zwecke
der Unterrichtsgestaltung, gestattet das Urheberrecht
nur, wenn sie mit dem Verlag vorher vereinbart wurden.
Im Einzelfall muß über die Zahlung einer Gebühr für die
Nutzung fremden geistigen Eigentums entschieden
werden. Das gilt für die Vervielfältigung durch alle
Verfahren einschließlich Speicherung und jede
Übertragung auf Papier, Transparente, Filme, Bänder,
Platten und andere Medien.
Satz: Vieweg, Wiesbaden
ISBN 978-3-663-01903-9
In Erinnerung an meine Schwester
Karin Köhler
geb. 12.3.1943
gest. 27. ,. 1981
Vorwort
Seit 1963 verstrich kaum ein Jahr, in dem nicht eine stille Forderung nach verstärkter Wieder
mindestens eine der amerikanischen und sowjeti aufnahme der internationalen Planetenforschung
schen Sonden Ranger, Surveyor, Mariner, Apollo sein. Viele Fragen harren noch einer Antwort
(als bemanntes Raumschiff) , Mars, Venera, Pio - die Erkundung der Planeten ist noch lange
neer, Viking und Voyager überraschende Meß nicht abgeschlossen. Noch nie wurde beispiels
daten und sensationelle Nahaufnahmen von den weise ein Asteroid oder ein Komet angeflogen,
Planeten und dem Erdmond zur Erde übertru etwa die Hälfte der Oberfläche von Merkur ist
gen. Mit wissenschaftlichen Meßgeräten und uns noch unbekannt ebenso fehlen - in hoch
stark auflösenden Kameras ausgerüstete Plane aufgelösten Nahaufnahmen - Bilder von den
tensonden waren monatelang künstliche Beglei Polgebieten des Erdmondes. Die so wichtige
ter von Mars und Venus; hochentwickelte Lan Frage nach Leben auf dem Mars läßt sich besten
dekapseln setzten auf deren Oberflächen weich falls für die zwei Viking-Landeplätze mit aus
auf und führten ausgedehnte Arbeitsprogramme reichender Sicherheit beantworten. Und noch
durch. Oberflächenaufnahmen von den Planeten niemals hat eine auf der Venusoberfläche weich
und deren Monden änderten Auffassung und aufgesetzte Landesonde wesentlich länger als
Wissen von Mi II iarden von Menschen, bewi rkten eine Stunde überlebt, noch nie ist eine atmo
unausgesprochen ein gesteigertes Umweltbe sphärische Eintauchsonde in die Tiefe unserer
wußtsein, verstärkten das Nachdenken über die massereichen Großplaneten eingedrungen. Die
"Lebensinsel" Erde, die es zu erhalten und zu Aufzählung ließe sich noch erweitern.
schützen gilt. Der Begriff der vergleichenden Allen, die mich bei der Entstehung dieses Bu
Planetologie wurde geboren: ein Flug zu den ches direkt und indirekt unterstützten, ist an
anderen, meist einfacheren Planeten, um durch dieser Stelle herzlicher Dank gesagt. Bei dem
deren Erforschung unsere Erde und die Vor begrenzten Umfang des Werkes und der weiten
gänge auf und in ihr besser verstehen zu lernen. Thematik mußte zwangsläufig manches uner
Planetologie ist gegenwärtig populär, so populär, wähnt und unbeschrieben bleiben, was mir
daß etwa die neu gegründete amerikanische Ge nachzusehen ist. Darunter fallen auch solch
sellschaft "The Planetary Society" allein in den faszinierende, aber gleichzeitig schwierige Fragen
ersten drei Jahren ihres Bestehens mehr als wie die nach der Entstehung der Planeten und
10 0 000 Mitglieder gewann. nach dem Ursprung des Lebens: Trotz aller
Doch seit 1981 gehen die Bemühungen zur Erkun neuer Kenntnisse steht zur Beantwortung dieses
dung der Planeten, vor allem in den USA, deut Fragenkomplexes nach meiner Meinung immer
lich zurück. Über Nachfolgeprogramme wird noch einem zu Wenig an Fakten ein zu Viel an
jahrelang di'skutiert - der Start von Sonden Hypothese, Spekulation und Fantasie gegenüber.
Jahr um Jahr verschoben, die vorgesehenen
Raumflugkörper aus Kostengründen gegenüber
den früheren Planungen konstruktiv vereinfacht. Horst W. Köhler
Für ein Buch wie das vorliegende ist diese Situa
tion ein günstiger Erscheinungstermin. Es soll
aufzeigen, was erreicht wurde, es soll aber auch Augsburg-Friedberg, Juni 1983
V
In ha Itsverzeich ni s
Unser Sonnensystem - Übersicht in Zahlen
2 Erde ........................................... 10
3 Erdmond ........................................ 29
4 Merkur 50
5 Venus .......................................... 67
6 Mars ........................................... 93
7 Jupiter 125
8 Saturn 157
9 Uranus, Neptun und Pluto ........................... 193
Schlußbemerkung ................................... 204
Sachworterklärungen ................................. 205
Farbanhang ........................................ 207
VI
1 Unser Sonnensystem - übersicht in Zahlen
Die qroßen Distanzen im Universum werden mit den neun Planeten in Randnähe des Milch
in Lichtjahren gemessen. Ein Lichtjahr (Lj.) ist straßensystems, 30000 Lj. von dessen Zentrum
die Strecke, die das Licht, das sich mit einer Ge entfernt, und bewegt sich in 220 ... 240 Millionen
schwindigkeit von 300000 km/s ausbreitet, in ei Jahren einmal um dessen Kern. Daneben rotiert
nemJahr zurücklegt. Sie beträgt 9,4608' 1012 km, die Sonne in der gleichen Richtung wie die Erde
also 9,4608 Billionen km. Mit den modernen in 25,03 Tagen um die eigene Achse. Man spricht
Radioteleskopen dringt man heute weit in die
Tiefen des Weltalls vor; der häufig abgebildete
Andromedanebel [1 *] ist beispielsweise rund
2 Mio. Lj. von uns weg, und der entfernteste,
optisch eben noch nachweisbare Spiralnebel
sogar 5 Mrd. Lj. Das Licht dieses fernen extra
galaktischen Objekts wurde also zu einer Zeit
ausgesandt, als die Erde und die anderen Planeten
unseres Sonnensystems noch gar nicht existier
ten. Der Teil des Universums, der heute mit
den leistu ngsfäh igsten optischen I nstru menten
erfaßt wird, enthält über 100 Milliarden Stern
systeme oder Galaxien, wobei man annehmen
kann, daß zu jedem Sternsystem wiederum rund
100 Milliarden Sterne gehören.
Das Sternsystem, in dem die Sonne und die
Planeten angesiedelt sind und das wir Milch
straßensystem nennen, ist also nur eines unter
einer unvorstellbar hohen Zahl älterer und
jüngerer, größerer und kleinerer Systeme im Kos
mos. Dieses Milchstraßensystem mit der Form
eines Diskus mit 100000 Lj. Äquatordurchmes
ser und einer "Dicke" von etwa 15000 Lj. ent
hält etwa 100 Milliarden Sterne, von denen wir
Bild 1.1
mit bloßem Auge immerhin nahezu 7000 zählen
Die Sonne, fotografiert mit einem Filter im Licht der
könnten. Alle diese Sterne nehmen an einer
roten Wasserstofflinie. Typisch ist die unregelmäßige
Rotationsbewegung um den galaktischen Kern
körnige Struktur (Granulation), ein sichtbares Zeichen
teil. Unsere Sonne (Bild 1.1) ist, was Alter,
der unterhalb der Photosphäre stattfindenden Wasser
Größe und Helligkeit anlangt, kein besonders stoffkonvektion. Oben rechts ist eine stürmische Region
auffälliges Objekt unter ihnen: Sie befindet sich zu erkennen, die eine Fläche von 160000 km Durch
messer einnimmt. Die dunklen, fadenförmigen Gebilde
werden Filamente genannt. Wandert ein solches
Filament aufgrund der Rotation der Sonne zum Sonnen
* Die Zahlen in eckigen Klammern beziehen sich auf die rand, so erscheint es gegen den dunklen Himmelsgrund
Literaturangaben am Ende jedes Kapitels. als helleuchtende Protuberanz.
Tabelle 1.1 Physikalische Daten der Sonne
Radius: 696000 km
Radius (Erde = 1): 109
Abplattung: .,;; 0,0017
Oberfläche: 6,0936 . 1012 km2
Oberfläche (Erde = 1): 11880
Volumen: 1,412.1027 m3
Volumen (Erde = 1): 1,303 . 106
Masse: 1 ,991 . 1030 kg
Masse (Erde = 1): 333000
mittl. Schwerebeschleunigung an der Oberfläche: 273,7 m/s2
mittl. Schwerebeschleunigung an der Oberfläche (Erde = 1): 27,91
Rotationsdauer am Äquator: 25,03 Tage
Rotationsgeschwindigkeit am Äquator: 2,058 km/s
FI uchtgeschwindigkeit: 617,23 km/s
mittlere Dichte: 1,409 g/cm3
Oberflächentemperatur: ca. 5790 K
Spektraltyp: G2
Energieproduktion : 3,9 . 1023 kW
Solarkonstante für den Atmosphärenrand der Erde: 1,395 kW/m2
Sonnenstrahlungsleistung auf die gesamte Erdoberfläche: 1 .78 . 1014 kW
Zusammensetzung: 78 % Wasserstoff
20 % Helium
2 % weitere Gase (z. B. Stickstoff,
Sauerstoff, Neon)
mittl. Entfernung zur Erde: 149,6 Mio. km (= 1 A. E.)
Neigung des Sonnenäquators gegen die Ekliptik: 7°15'
dabei von einer differentiellen Rotation, weil das Helium um. Die restlichen 4 Mio. t (Massen
Oberflächenmaterial in Abhängigkeit von seiner defekt) gehen in Strahlung über. Nach dem
Tiefenlage und der heliographischen Breite Durchlaufen zahlreicher verwickelter atomarer
unterschiedlich schnell rotiert. Prozesse bis zum Erreichen der Sonnenoberfläche
Die wichtigsten Daten der Sonne sind in Ta wird sie in Form von sichtbarem Licht, Ultra
violett- und Wärmestrahlung, Radiowellen, Rönt
belle 1.1 zusammengefaßt.
gen- und Neutrinostrahlen an den umgebenden
Druck, Temperatur und Dichte nehmen zum
Raum emittiert. Bis auf die Neutrinos (Elemen
Zentrum der Sonne natürlich stark zu; der
tarteilchen ohne Ladung und Ruhemasse, die
Druck steigt auf ca. 1011 bar, die Temperatur
nicht absorbiert werden und die Sonnenober
auf 15 Mio. Grad und die Dichte auf 130 g/cm3.
fläche in weniger als 8 Minuten erreichen) kann
Bei diesen extremen Zustandsbedingungen
dies bei den anderen Strahlungen einige zehntau
werden im Sonneninneren thermonukleare
send Jahre dauern. Die genanntenStrahlungsarten
Reaktionen ausgelöst. Die wichtigsten energie
erreichen auch die Umgebung der Erde und die
liefernden Prozesse sind dabei der Kohlenstoff
anderen Planeten.
Stickstoff-Zyklus (Bethe-Weizsäcker-Zyklus) und
der Proton-Proton-Effekt, bei denen jeweils vier I m Zusammenhang mit Sonnenflecken treten,
Wasserstoffkerne (Protonen) zu einem Helium besonders in Zeiten erhöhter Sonnenaktivität,
kern umgewandelt werden [2, 3]. Bereits bei chromosphärische Eruptionen (Flares) auf, in
der Verschmelzung der Atomkerne von nur 1g deren Zentren neuerd i ngs T emperatu ren bis zu
Wasserstoff zu Heliumkernen wird eine Energie 55 Mio. Grad festgestellt wurden. Die Eruptio
von 630 Mrd. Joule frei. In jeder Sekunde setzt nen sind intensive, stürmisch verlaufende Licht
die Sonne 564 Mio. t Wasserstoff zu 560 Mio. t ausbrüche in der Chromosphäre (solare Atmo-
2
Bild 1.2
Starke Protuberanz am
Sonnenrand, mit einem
Spektroheliographen an Bord
der früheren amerikanischen
Raumstation Skylab im
extremen Ultraviolettbereich
des Spektrums fotografiert.
sphärenschicht) , häufig auch von eruptiven Direkt kann er nur mit Hilfe von Raumsonden
Protuberanzen (hau ptsäch I ich aus Wasserstoff nachgewiesen werden, mittelbar läßt er sich aber
bestehende wolkenförmige Gebilde, die über der an seiner Wirkung auf Gasschweife von Kometen
Chromosphäre schweben) begleitet (Bild 1.2). erkennen, die stets von der Sonne abgewandt
Dabei wird Sonnenmaterie mit hoher Geschwin sind [4, 5]. Dieser Teilchenstrom setzt sich
digkeit mitunter 200000 km hoch in die Korona hauptsächlich aus ionisiertem Wasserstoff, also
(äußerste Hülle der Sonnenatmosphäre) hinaus aus Elektronen und Protonen, und zum gerin
geschleudert, um dann wieder auf die Sonnen geren Teil aus Heliumkernen zusammen. In
oberfläche zurückzustürzen. Solche Flares sind Form von gebündelten Plasmawolken strömt
Quellen intensiver U Itraviolett-und Röntgenstrah der Sonnenwind von der Korona ab, wobei
lung. Sie emittieren auch eine aus geladenen bei ruhiger Sonne Geschwindigkeiten von 300
Teilchen (Elektronen, Protonen, Ionen) beste ... 700 km/s erreicht werden, bei gesteigerter
hende Korpuskularstrahlung. Auch diese Strah Sonnenaktivität jedoch bis zu 1 000 km/so
lungen erreichen die Planeten; im Fall unserer Obwohl der tägliche Massenverlust der Sonne
Erde haben sie deut I ich spürbare Auswi rku ngen durch den Solarwind etwa 100 Mrd. tausmacht,
(magnetische Stürme, Polarl ichter). Beispielsweise wird in Erdnähe bei ruhiger Sonne nur noch eine
bewirkt die erwähnte Röntgenstrahlung über Teilchenstromdichte von 5 ... 10 lonen/cm3
eine plötzliche Erhöhung der Ionisierung der gemessen. Die Teilchen, mit einer Temperatur in
Ionosphäre Störungen des Funkverkehrs, was Sonnennähe von einheitlich etwa 1 Mio. Grad,
unter der Bezeichnung Mögel-Dellinger-Effekt kühlen sich auf ihrem Weg unterschiedlich stark
bekannt ist (Kapitel 2). ab; in Erdnähe wurde z. B. eine typische Tempe
ratur der Protonen von 50000 ... 80000 K
Andere solar-planetare Wechselwirkungen ent registriert, während die Temperatur der Elektro
stehen durch einen ständig von der Sonne nach nen bei 150000 ... 200000 K lag. Ursache des
allen R ichtu ngen abströmenden Materiestrom, Sonnenwindes nach dem derzeitigen Verständ
den Solarwind (Sonnenwind, Solarplasma). nis und in vereinfachender Darstellung ist eine
3
Druckdifferenz zwischen der mit 1 bis 2 Mio.
Grad extrem heißen, die Sonne praktisch kugel
förmig umgebenden Korona und dem interstella
ren Gas. I nfolge dieser Differenz erweitert sich
die Korona ständig in die interstellare Materie,
wobei der Materieverlust durch Massen ausge
glichen wird, die aus den Tiefen der Sonnen
atmosphäre nach außen quellen.
Mit der radialen Auswärtsbewegung des Solar
windes zieht sich ein Magnetfeld in Gestalt
einer Archimedischen Spirale in den interplane
taren Raum hinaus (Bilder 1.3 und 1.4). Mit
einer Magnetfeldstärke von 5 ... 6 Gamma
Bild 1.3 (5 ... 6 . 10-5 Gauß) in Erdbahnnähe ist es
Ein mit der Sonne rotierendes schwaches Magnetfeld allerdings etwa um den Faktor 10000 schwächer
wird von dem radial nach außen blasenden Sonnenwind als das irdische Feld.
(typische Teilchengeschwindigkeit 400 km/s) mitge
Die Erde läuft mit acht weiteren Planeten und
nommen und zu einer geometrischen Konfiguration
deren Monden um die Sonne (Bild 1.5). Zum
analog der Strahlenformation eines rotierenden Rasen
Sonnensystem gehören außerdem eine Vielzahl
sprengers ausgezogen.
von Kleinstplaneten (Planetoiden, Asteroiden),
interstellares Gas
Heliosphäre bei
--- - - - minimaler
Sonnenaktivität
125A.E. 100 A.E. 75 A.E. 50A.E. 25 A.E. o A.E. 25 A.E. 50 A.E.
Bild 1.4 dünner "Schweif" trennt die nördliche von der süd
Die in ihrer Ausdehnung großen langfristigen Schwan lichen magnetischen Hemisphäre. Die Heliosphäre
kungen unterworfene Heliosphäre ist nach heutiger blockt den weitaus größten Teil der nieder- und
Vorstellung eine riesige, durch den Sonnenwind hochenergetischen kosmischen Strahlungsparti kel ab,
gebildete magnetische Blase. Sie erhält ihre tropfen wenn auch mit zunehmender Entfernung von der
förmige Gestalt durch die Bewegung des Sonnensystems Sonne mehr und mehr Parti kel die Hel iosphäre durch
durch das interstellare Gas. Ein vom Sonnenäquator dringen. 1 A.E. bedeutet 1 astronomische Einheit
ausgehender und durch solare Flares deformierter = 149,6 Mio. km.
4