Über das Sonnensystem | Newtons Gravitation in Bewegung

Ein Sonnensystem in Miniatur

Die Sonne der App hat die Masse 1000, und jeder Planet, Mond und Zwergplanet behält im Vergleich zu ihr seine echte Masse. Jupiter hat mit 1 also ungefähr das echte Verhältnis von 1 zu 1047. Die Planeten behalten ihre echte Reihenfolge und Neigung, die Zwergplaneten ihre echten Bahnen, aber die Abstände sind gestaucht, damit Merkur und Neptun gemeinsam auf den Bildschirm passen: Neptun ist 4,5-mal so weit draußen wie die Erde statt 30-mal. Jeder Körper wird nach Newtons Gesetz von jedem anderen angezogen, die Bahnen entstehen also aus derselben Regel, die auch die echten zusammenhält. Der feine Staub zwischen Mars und Jupiter ist der Asteroidengürtel: 1500 Asteroiden, zu klein, um irgendetwas anzuziehen, und zu viele, um sie zu berechnen, daher folgt jeder einfach einer festen Ellipse um die Sonne. Ihre Bahnen sind gestreckt und geneigt wie die echten, sodass der Gürtel ein dicker Ring ist, und sie meiden die Kirkwood-Lücken, die Jupiters Anziehung freiräumt. Drei Raumsonden fliegen als kleine Symbole zwischen ihnen: die Parker Solar Probe, die bis auf 6,9 Millionen km an die Sonne heranstürzt, näher als alles andere, was je gebaut wurde, auf einer Bahn, die bis zur Venus reicht; das James-Webb-Weltraumteleskop, das den Punkt L2 1,5 Millionen km hinter der Erde umkreist und 18-mal weiter außen gezeichnet ist, knapp hinter dem Mond; und Voyager 1, die fernste Raumsonde, 171 AE entfernt und mit 3,6 AE pro Jahr auf dem Weg nach draußen, so weit weg, dass ein Pfeil am Rand auf sie zeigt. Sie haben keine Masse und folgen ihren echten Bahnen nach Formeln, denn Webb hält seinen Gleichgewichtspunkt nur mit seinen Triebwerken.

Montage der Sonne und Planeten des Sonnensystems — Sonnensystem-Montage. Bild: NASA/JPL, gemeinfrei

Wohin die Favoriten Sie bringen

Jeder Favorit fliegt die Kamera an einen Ort im selben laufenden Sonnensystem, und die Körper bewegen sich weiter. Das ganze Sonnensystem und die inneren Planeten sieht man schräg. Erde und Mond, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun sowie Pluto und Charon fliegen mit dem jeweiligen Körper mit, so ins Bild gesetzt, dass seine Monde hineinpassen. Der Favorit Kuipergürtel blickt von oben auf das äußere Sonnensystem und läuft fünfzehnmal schneller, sodass Neptun in weniger als einer Minute einmal herumläuft. Mit Zufällig fliegt die Kamera nah an einen per Zufall gewählten Körper heran.

Die Erde von Apollo 17 aus gesehen, die Blue Marble — Erde von Apollo 17. Bild: NASA, gemeinfrei

Bahnen in drei Dimensionen

Die Planeten kreisen nicht in einer einzigen flachen Ebene. Jede Bahn ist ein wenig gegen die Erdbahn geneigt, deren Ebene Ekliptik heißt: die Merkurbahn um 7°, die Venusbahn um 3,4°, die Saturnbahn um 2,5° und die übrigen um weniger als 2°. Das Mini-Sonnensystem verwendet diese echten Neigungen, und sein Mond umkreist die Erde auf einer um 5,1° geneigten Bahn, wie der echte. Die Bahnneigung i in der Anzeige ist genau diese Neigung. Ziehen Sie am Bild, um es zu drehen, oder wählen Sie unter Ansicht Kantenlage, um die Bahnen von der Seite zu sehen. Zoomen Sie nah an einen der acht Planeten oder den Mond heran, dann sehen Sie einen Globus, der sich um seine echte, geneigte Achse dreht: die Erde mit ihren echten Küstenlinien, Wolken, Eiskappen und den Lichtern der Städte auf der Nachtseite, den Mars mit seinen dunklen Flecken und weißen Polkappen. Von der Venus sieht man nur die Oberseite ihrer dichten, blassgelben Wolken, die in vier Erdtagen rückwärts um den Planeten jagen. Jupiter zeigt seine Bänder und Zonen und den Großen Roten Fleck, Saturn seine sanfteren Bänder, das Sechseck um seinen Nordpol und den Schatten seiner Ringe. Uranus, der auf der Seite liegt, ist eine blasse türkisfarbene Kugel mit hellem Dunst über einem Pol, Neptun ein tieferes Blau mit weißen Wolken und dem Großen Dunklen Fleck, den Voyager 2 1989 sah. Gemessen an ihren Jahren sind ihre Tage viel länger als in Wirklichkeit, damit sich die Drehung gut verfolgen lässt. Zwei behalten ihren echten Tag: der graue, mit Kratern übersäte Merkur, der sich dreimal dreht, während er zweimal um die Sonne läuft, und der Mond, der sich bei jedem Umlauf um die Erde einmal dreht und ihr darum immer dasselbe Gesicht zeigt, mit seinen dunklen Maria und den hellen Strahlen von Tycho. Titan, der größte Mond des Saturn, ist eine Kugel aus orangefarbenem Dunst, dem Smog seiner dichten Stickstoffatmosphäre, umsäumt von einer dünnen blauen Schicht, und auch er kehrt seinem Planeten immer dieselbe Seite zu. Die Monde des Uranus sehen so aus, wie Voyager 2 sie 1986 sah: Miranda, grau und gefleckt mit Coronae, großen, hell und dunkel gebänderten Ovalen, eines davon mit einem hellen V; Titania, dicht mit Kratern übersät und von langen Canyons zerschnitten; und der dunklere Oberon, dessen größte Krater dunkle Böden inmitten heller Strahlen haben. Triton, Neptuns größter Mond, sieht so aus, wie Voyager 2 ihn 1989 sah: eine zartrosa Kappe aus Stickstoffreif über seinem Südpol, dunkel gestreift von den Fahnen seiner Geysire, und jenseits davon grauerer Boden, genarbt wie die Schale einer Cantaloupe-Melone, mit glatten Ebenen, die vor langer Zeit eisige Lava überflutet hat. Die beiden kleinen Marsmonde sind keine Kugeln: Phobos, 27 km lang, ist ein dunkler Brocken voller Krater und paralleler Rillen, mit dem großen Krater Stickney an einem Ende; Deimos, halb so groß, ist glatter, seine Krater sind von Staub verwischt. Beide kehren dem Mars ihr langes Ende zu. Zoomen Sie nah an die Sonne heran, dann sehen Sie ihre Oberfläche: in der Mitte am hellsten, zum Rand hin dunkler und röter, weil man dort nur ihr kühleres oberes Gas sieht, fein gesprenkelt, mit einigen Gruppen von Sonnenflecken, die über sie hinwegziehen, während sie sich in 25 Tagen einmal dreht. Saturns Ringe folgen den Messungen der Sonde Cassini: der schwache, durchscheinende C-Ring, der helle B-Ring, die dunkle Cassinische Teilung und der A-Ring mit der Encke-Teilung, aus der Nähe fein gerillt. Saturns Schatten fällt quer über sie, und von ihrer unbeleuchteten Seite aus wird der dichte B-Ring dunkel, während Sonnenlicht durch die dünneren Ringe schimmert. Aus der Nähe brodeln Jupiters Wolken so, wie Juno und Hubble sie zeigen: dunkle Hotspots am Nördlichen Äquatorialband ziehen blaugraue Girlanden hinter sich her, der Große Rote Fleck, auf etwa 16.000 km geschrumpft, wirbelt in seiner hellen Mulde neben dem Oval BA und einer Kette weißer Ovale, und blaugraue Stürme drängen sich an seinen Polen. Aus der Nähe zeigt die helle Polkappe des Uranus eine dunklere Bahn um ihren Rand und dahinter einige kleine Stürme, und seine schmalen, dunklen Ringe erscheinen als zarte Haarlinien, der ε-Ring am hellsten, so wie das James-Webb-Weltraumteleskop sie sieht. Neptuns Blau ist seine wahre Farbe, ein sanftes Azur, nur wenig tiefer als Uranus, wie die Bilder von Voyager 2 zeigen, sobald ihr verstärkter Kontrast zurückgenommen ist. Aus der Nähe werfen seine hohen weißen Wolken schwache Schatten, ein heller Wirbel krönt seinen Südpol, und schwache, staubige Ringe umgeben ihn, der Adams-Ring mit helleren Bögen, die mit ihm umlaufen. Aus der Nähe zeigt Merkur, was die Sonde MESSENGER kartiert hat: das riesige Caloris-Becken, dessen glatter, heller Boden von Bergen umringt ist, glatte Ebenen im hohen Norden, lange Steilstufen, wo der Planet beim Abkühlen schrumpfte, und helle, bläuliche Mulden, wo Gestein verdampft ist. Die Wolken der Venus wirken für das Auge fast strukturlos, daher sind ihre Muster nur schwach gezeichnet: das dunkle Y, das Ultraviolettkameras sehen, bogenförmige Streifen, gesprenkelte Zellen um den Äquator und ein heller Kragen um jeden Pol. Aus der Nähe fließen die Maria des Mondes mit zerfransten Ufern ineinander, jeder Lavastrom in einem etwas anderen Ton, ein wenig bläulicher, wo er reich an Titan ist, wie im Mare Tranquillitatis; Plato und Grimaldi haben dunkle Böden, und die Ringe des Mare Orientale bilden eine Zielscheibe an seinem Westrand.

Zwergplaneten und der Kuipergürtel

Astronomen zählten Pluto von seiner Entdeckung 1930 bis 2006 als neunten Planeten. Dann stufte ihn die Internationale Astronomische Union als Zwergplaneten ein. Er liegt im Kuipergürtel, der Region eisiger Körper jenseits der Neptunbahn. Kuipergürtel-Objekte sind kleine Körper aus Eis und Gestein, Überbleibsel aus der Frühzeit des Sonnensystems. Im Mini-Sonnensystem folgt Pluto seiner echten Bahn: Exzentrizität 0,25, um 17° geneigt, mit dem Perihel knapp innerhalb der Neptunbahn. Er umrundet die Sonne zweimal, während Neptun dreimal herumläuft, und diese 3:2-Resonanz hält die beiden weit auseinander. Plutos größter Mond Charon hat seine echte Masse, ein Achtel der Masse Plutos, sodass beide um einen Punkt zwischen sich kreisen, und seine echte, fast aufrechte Bahnebene. Der echte Charon umläuft Pluto alle 6,4 Tage, viel zu schnell, um es hier zu berechnen. Darum kreist er hier weiter außen, etwa 50-mal pro Plutojahr, und wird wie der Mond 60-mal weiter außen gezeichnet. Auch die übrigen benannten Zwergplaneten folgen ihren echten Bahnen nach JPL und starten dort, wo sie am 9. Juni 2026 standen: Ceres im Asteroidengürtel, deren Abstand wie der der Planeten gestaucht ist, Haumea und Makemake im Kuipergürtel und Eris, die auf einer um 44° geneigten Bahn bis 97 AE hinausschwingt. Um sie herum kreisen 160 Kuipergürtel-Objekte, nachgebildet nach dem echten Gürtel. Die meisten ziehen fast kreisförmig in 42 bis 48 AE Abstand von der Sonne, einige stark geneigt, und ein Viertel, die Plutinos, teilt Plutos Resonanz. Jenseits des Neptuns behält das Bild Neptuns Maßstab, daher behalten diese Bahnen ihre echten Umlaufzeiten im Vergleich zu Neptun. Zoomen Sie nah an Pluto und Charon heran, dann sehen Sie sie, wie New Horizons sie 2015 sah: Plutos helles Herz mit der Eisebene Sputnik Planitia und die dunkelrote Region Cthulhu, dazu den grauen Charon mit einer rötlichen Kappe über seinem Nordpol. Die beiden kehren einander immer dieselbe Seite zu. Auch die anderen Zwergplaneten lassen sich aus der Nähe betrachten: Ceres, dunkel und voller Krater, wie die Raumsonde Dawn sie sah, mit den hellen Salzflecken im Krater Occator; Haumea, ein Ei aus Eis mit einem dunkelroten Fleck, das sich alle 3,9 Stunden innerhalb eines dünnen Rings dreht; Makemake, rötlich braun; und Eris, fast weiß, einer der hellsten Körper im Sonnensystem. Die Kuipergürtel-Objekte sind so gezeichnet, wie die echten aussehen: grau bis tiefrot und dunkel. Zoomen Sie nah an eines heran, dann sehen Sie eine kleine, unförmige Welt oder zwei aneinanderhaftende Teile wie Arrokoth, an dem New Horizons 2019 vorbeiflog.

Die Galileischen Monde des Jupiter

Galileo Galilei sah Jupiters vier größte Monde 1610 zum ersten Mal, und zusammen tragen sie fast die gesamte Masse von Jupiters Mondsystem. Io ist der vulkanisch aktivste Körper im Sonnensystem, aufgeheizt von Jupiters Gezeitenkräften. Unter Europas glatter Eiskruste verbirgt sich wahrscheinlich ein Ozean aus flüssigem Wasser. Ganymed ist der größte Mond im Sonnensystem, größer als der Planet Merkur, und der einzige Mond, von dem man weiß, dass er ein eigenes Magnetfeld erzeugt. Kallisto hat eine uralte, dicht verkraterte Oberfläche aus Eis und Gestein, vielleicht mit einem Ozean darunter. Im Mini-Sonnensystem haben sie ihre echten Massen und kreisen in Jupiters Äquatorebene. Die echten umrunden ihn in 1,8 bis 16,7 Tagen, viel zu schnell, um es hier zu berechnen. Darum kreisen sie weiter außen, aber in ihren echten Abstandsverhältnissen: Io läuft weiterhin zweimal herum, während Europa einmal kreist, und viermal, während Ganymed einmal kreist, die Laplace-Resonanz. Sie werden 14-mal weiter außen gezeichnet. Zoomen Sie nah heran, dann sehen Sie sie, wie die Raumsonde Galileo sie sah: Io gelb vom Schwefel, rotbraun an den Polen und übersät mit dunklen Vulkanen, manche rot umringt; Europas helles Eis, durchzogen von rötlichen Rissen; Ganymeds dunkle alte Regionen zwischen hellerem, gefurchtem Gelände, mit Reif über den Polen; und den dunklen Kallisto, übersät mit Kratern rund um das Ringbecken Valhalla. Jeder kehrt Jupiter immer dieselbe Seite zu.

Häufig gestellte Fragen

Ist die Masse der Sonne realistisch?

Im Mini-Sonnensystem hat die Sonne 1000 und Jupiter 1. Der echte Jupiter hat etwa 1/1047 der Sonnenmasse, das Verhältnis kommt also nahe heran. Der Mond hat 1/81 der Erdmasse und kreist in 1/389 des Abstands der Erde zur Sonne, wie der echte. Das ist zu nah, um ihn neben der Erde zu sehen, daher wird er 60-mal weiter außen gezeichnet. Mars hat seine beiden kleinen Monde Phobos und Deimos mit ihren echten Massen, auf dem Äquator des Mars, der um 26,7° gegen die Erdbahn geneigt ist. Die echten umrunden ihn in 7,7 und 30 Stunden, viel zu schnell, um es hier zu berechnen. Darum kreisen sie weiter außen, aber im echten Abstandsverhältnis, sodass Phobos weiterhin viermal herumläuft, während Deimos einmal kreist, und beide werden 120-mal weiter außen gezeichnet. Saturns größter Mond Titan, der einzige Mond mit einer dichten Atmosphäre, hat seine echte Masse und kreist in Saturns Äquatorebene, der Ebene seiner Ringe. Der echte umrundet Saturn alle 16 Tage, darum kreist auch er weiter außen und wird 12-mal weiter außen gezeichnet. Neptuns größter Mond Triton läuft rückwärts, gegen Neptuns Drehung, und wurde wahrscheinlich aus dem Kuipergürtel eingefangen. Er hat seine echte Masse und eine Bahn, die wie die echte um 130° gegen die Erdbahn geneigt ist. Der echte Triton umrundet Neptun aber alle 5,9 Tage, darum kreist auch er weiter außen und wird 30-mal weiter außen gezeichnet. Uranus liegt auf der Seite, darum umkreisen ihn seine Monde Miranda, Titania und Oberon in einer fast aufrechten Ebene, um 98° gegen die Erdbahn geneigt. Sie haben ihre echten Massen. Titania und Oberon behalten ihren echten Abstand, Oberon ein Drittel weiter draußen; die echten umrunden Uranus in 8,7 und 13,5 Tagen, darum kreisen auch sie weiter außen. Miranda, der innerste, braucht nur 1,4 Tage und liegt deshalb näher an Titania als der echte. Alle drei werden 50-mal weiter außen gezeichnet.

Starten die Planeten dort, wo sie heute stehen?

Die Zwergplaneten schon: Sie starten dort, wo sie am 9. Juni 2026 standen, nach den Bahnelementen des JPL. Die Planeten starten an festgelegten Stellen um die Sonne, auf nahezu kreisförmigen Bahnen. Das Bild zeigt also, wie sie sich bewegen, und nicht den Himmel von heute Nacht.

Lädt PictorX die Simulation hoch?

Nein. Sie läuft auf einer Leinwand in Ihrem Browser. Speichern lädt ein PNG herunter, und Bearbeiten öffnet dieses Bild im PictorX-Editor.

Warum ist Pluto kein Planet mehr?

2006 legte die Internationale Astronomische Union fest: Ein Planet umkreist die Sonne, ist massereich genug, dass ihn seine eigene Schwerkraft rund formt, und hat die Umgebung seiner Bahn freigeräumt. Pluto erfüllt die ersten beiden Bedingungen, teilt seine Zone aber mit den Kuipergürtel-Objekten und ist darum heute ein Zwergplanet. In der App folgt er wie jeder andere Körper Newtons Gesetz.