KVHS Northeim 2025 : Astronomie - eine Reise durch Raum und Zeit
Die Entstehung und zeitliche Entwicklung unseres Sonnensystems
Es folgt eine vollständige und zeitlich geordnete Liste der Entstehung und Entwicklung aller wesentlichen physikalischen Eigenschaften unseres Planetensystems.
Dabei werden Phasen zur Massenverteilung, Temperaturverläufe, chemische Zusammensetzung, Magnetfelder, Bahneigenschaften, Atmosphärenbildung berücksichtigt.
Der Beginn unserer Zeit
13,8 Milliarden Jahre : Urknall
- Entstehung von Raum, Zeit, Materie, Energie
- Bildung der ersten Elementarteilchen → Protonen, Neutronen, Elektronen
~300.000 Jahre später – Rekombinationsepoche
- Bildung neutraler Atome (v.a. H, He)
- Erste Dichtefluktuationen im Universum → Grundlage für Galaxienbildung
Ursachen unseres Sonnensystems
~7–5 Milliarden Jahre – Sternentstehung & Supernovae
- Vorläufersterne sterben → Supernovae schleudern schwere Elemente ins All
- Entstehung des lokalen interstellaren Mediums mit vielen Metallen
Enstehung des Sonnensystems
Vor ca. 4,6 Milliarden Jahren – Ur-Sonnennebel
- Kollaps einer dichten Region einer Molekülwolke
- Bildung einer rotierenden Akkretionsscheibe um das entstehende Zentrum
Physikalische Eigenschaften:
- Temperaturgradient in der Scheibe (heiß innen, kalt außen)
- Druck und Dichte nehmen zur Mitte hin zu
- Rotationsmoment formt die Scheibe (Erhaltung des Drehimpulses)
- Magnetfelder entstehen durch ionisierte Gase
Enstehung der Sonne
~4,57 Mrd. Jahre – Protostern "Sonne"
- Kernfusion zündet → Sonne beginnt als Hauptreihenstern
- Sonnenwind beginnt, Gasreste wegzublasen
Physikalische Effekte:
- Starke Strahlung & Sonnenwind räumen Scheibe auf
- Differenzielle Rotation in der jungen Sonne
- Magnetfelder der Sonne beeinflussen Scheibe
Bildung der Planeten
~4,56–4,5 Mrd. Jahre – Akkretion von Planetesimalen
- Kollisionen → Staubklumpen → Planetesimale → Protoplaneten
- Entstehung innerer Gesteinsplaneten & äußerer Gasriesen
Unterschiedliche Eigenschaften:
- Innere Planeten: hohe Temperaturen → nur Metalle & Gesteine kondensieren
- Äußere Planeten: kalte Region → Gase & Eis kondensieren → riesige Atmosphären
Dynamische Strukturen des Planetensystems
4,5 Mrd. Jahre – Bildung der Orbitalbahnen
- Bahnstabilisierung durch gravitative Wechselwirkungen
- Resonanzen (z.B. Jupiter–Saturn) formen Kuipergürtel, Asteroidengürtel
Physikalische Eigenschaften:
- Exzentrizität und Inklination der Bahnen werden festgelegt
- Gravitationssperren durch Jupiter verhindern Planetenbildung im Asteroidengürtel
"Late Heavy Bombardement" (LHB)
~4,1–3,8 Mrd. Jahre – Einschlagphase
- Umlenkung vieler Asteroiden und Kometen in innere Regionen
- Bringt Wasser und organische Moleküle auf Erde, Mars, Venus
Entwicklung der Planeten
4,4–3,5 Mrd. Jahre – Differenzierung der Planeten
- Schmelzen → Bildung von Kern, Mantel, Kruste
- Erzeugung von Magnetfeldern (z.B. Erde, Jupiter, Ganymed)
3,5 Mrd. Jahre bis heute – geologische & atmosphärische Prozesse
- Vulkanismus, Plattentektonik, Erosion (v.a. auf Erde, Mars, Venus)
- Atmosphärenbildung durch Vulkanismus und Einschläge
- Klimaentwicklung durch chemische Kreisläufe (z.B. CO₂ auf Venus)
Entwicklung der Sonne und ihrer Heliosphäre
Seit 4,5 Mrd. Jahren – Sonnenaktivität & Magnetfelder
- 11-Jahres-Zyklen
- Heliosphäre schützt Planeten vor kosmischer Strahlung
Heutige Eigenschaften der Planeten
| Eigenschaft |
Inneres Sonnensystem (Merkur–Mars) |
Äußeres Sonnensystem (Jupiter–Neptun) |
| Materie |
Gestein, Metall |
Gas, Eis, Wasserstoff, Helium |
| Temperatur |
Hoch (nahe Sonne) |
Niedrig (weit entfernt) |
| Dichte |
Hoch (feste Körper) |
Niedrig (Gasriesen) |
| Atmosphäre |
Dünn (Erde ausgenommen) |
Dicke Atmosphären (v.a. H/He) |
| Magnetfeld |
Nur bei Erde stark ausgeprägt |
Sehr stark bei Jupiter & Ganymed |
| Monde |
Wenige |
Viele |
| Ringe |
Keine |
Fast alle Gasriesen |
Die Zukunft unseres Sonnensystems
In ~5 Milliarden Jahren: das "Ende" unserer bekannten Sonne
- Sonne wird zum Roten Riesen → Erde wahrscheinlich zerstört
- Danach → Weißer Zwerg + Planetensystemreste (evtl. Planetare Nebel)