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Unser Sonnensystem

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Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Institut für Planetenforschung UNSER SONNENSYSTEM Kurzer Überblick über die Körper unseres Sonnensystems und deren Erkundung mit Raumsonden zusammengestellt von Susanne Pieth und Ulrich Köhler Regional Planetary Image Facility Direktor: Prof. Dr. Ralf Jaumann Datenmanager: Susanne Pieth 2017, 4., aktualisierte und erweiterte Auflage INHALT 3 Geleitwort 5 Exploration des Sonnensystems mit Raumsonden 11 Sonnensystem und vergleichende Planetologie 17 Sonne 21 Merkur 25 Venus 29 Erde-Mond-System 41 Mars 47 Asteroiden 55 Jupiter 61 Saturn 69 Uranus 73 Neptun 77 Kuipergürtel und Zwergplaneten 85 Kometen 93 Planetenentstehung und Leben 97 Extrasolare Planeten Anhang 100 Übersicht über die Missionen im Sonnensystem Impressum 119 Wie komme ich an Bilddaten? Herausgeber: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) Institut für Planetenforschung Regional Planetary Image Facility Die Texte entstanden unter Mitwirkung von Dr. Manfred Gaida, Anschrift: Dr. Christian Gritzner, Prof. Dr. Alan Harris, Ernst Hauber, Dr. Rutherfordstr. 2, 12489 Berlin Jörn Helbert, Prof. Dr. Harald Hiesinger, Dr. Hauke Hußmann, Telefon + 49 (030) 67055-333 Prof. Dr. Ralf Jaumann, Dr. Ekkehard Kührt, Dr. René Laufer, E-Mail [email protected] Dr. Stefano Mottola, Prof. Dr. Jürgen Oberst, Dr. Katharina DLR.de/rpif/ Otto, Dr. Ana-Catalina Plesa, Dr. Frank Sohl, Prof. Dr. Tilman Spohn, Dr. Alexander Stark, Dr. Katrin Stephan, Dr. Daniela Titelbild: DLR (CC-BY 3.0) Tirsch, Dr. Ruth Titz-Weider und Dr. Roland Wagner. Geleitwort GELEITWORT Eine Reise durch das Sonnensystem In der Natur von Forschung liegt es, dass mit jedem gelösten Rätsel neue Fragen aufgeworfen werden. Wie entstand das Leben auf der Im Jahr 1610 richtete Galileo Galilei zum ersten Mal den Blick durch Erde? Kommt es von einem anderen Himmelskörper oder wäre hö- ein Fernrohr auf die Gestirne – und entdeckte wahrlich „Revo- her entwickeltes Leben auf der Erde ohne den großen Mond denn lutionäres“. Was er sah und dann im Sidereus Nuncius zu Papier überhaupt möglich? Schließlich die Frage, die den Rahmen des brachte, zementierte das Weltbild des Nikolaus Kopernikus. Nun streng Wissenschaftlichen sprengt: Werden wir Leben auf einem an- stand nicht mehr länger die Erde im Zentrum des abendländischen deren Himmelskörper finden, diesseits und jenseits der Grenzen un- Universums, sondern die Sonne bildete den Mittelpunkt unseres seres Sonnensystems – und was bedeutet das für uns? Planetensystems. Kurz davor, 1609, formulierte Johannes Kepler in seiner Astronomia Nova die ersten beiden von drei Gesetzen, mit de- Wie keine andere Wissenschaft werden Astronomie und Planeten- nen die Bahnen der Planeten beschrieben werden konnten. Damit forschung erst durch Bilder begreifbar. Die Fotos, die von Raum- schuf er die Grundlage, auf der heute mit Raumsonden sämtliche sonden seit über 50 Jahren zur Erde gefunkt werden, eröffneten uns Körper des Sonnensystems mit hoher Präzision angesteuert werden. neue Welten, neue Perspektiven, neue Erkenntnisse. Die Plane- tologie, eine vergleichsweise junge Wissenschaft, ist weitgehend 1959 gelang es der Menschheit zum ersten Mal, mit einer Raum- Grundlagenforschung. Die Körper des Sonnensystems sind nun nicht sonde das Schwerefeld der Erde zu verlassen. Die sowjetische Sonde mehr länger nur Objekte astronomischer Beobachtungen, sondern Luna 1 flog zum Mond und war der Vorreiter einer ganzen Armada Körper, die unter geowissenschaftlichen Gesichtspunkten untersucht von Raumschiffen, die zur Erkundung der Planeten, ihrer Monde, werden. An den Erkenntnisgewinn ist aber auch eine Verpflichtung der Asteroiden und Kometen und nicht zuletzt der Sonne aufbra- geknüpft – nämlich der Öffentlichkeit die Ergebnisse dieser Wissen- chen. Schließlich folgte zehn Jahre später der berühmte riesengroße schaft zu vermitteln. Schritt, der für Neil Armstrong ja nur ein ganz kleiner war – in der Nacht vom 20. auf den 21. Juli 1969 betraten Menschen zum ersten Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) kommt dieser Mal einen anderen Himmelskörper, den Mond. Der wissenschaftli- Verpflichtung auf vielfältige Art und Weise gerne nach. Um die che Erkenntnisgewinn dieses zunächst politisch motivierten Projekts spannenden, faszinierenden Ergebnisse der Planetenforschung sicht- der Apollo-Mondlandungen war enorm sowie horizonterweiternd bar zu machen, wurde am DLR-Institut für Planetenforschung in und hat eine neue technologisch-wissenschaftliche Ära der Ent- Berlin-Adlershof in Kooperation mit der NASA die Regional Planetary deckungen, Vermessung und Erkenntnis eingeleitet. Image Facility (RPIF) eingerichtet, eine planetare Bildbibliothek, die alle Bilddaten der vielen Raumsonden von NASA, ESA und anderer Der Wettlauf zum Mond führte auf allen Gebieten der jungen Raumfahrtorganisationen archiviert und der Öffentlichkeit zugäng- Raumfahrt zu beispiellosen technischen Fortschritten – was auch lich macht. Das kleine Werk „Unser Sonnensystem“, nun schon in zum Segen für die Forschung wurde. Nicht nur der Mond, auch die vierter Auflage, soll einen kurzen Überblick über den aktuellen Stand um ein Vielfaches weiter entfernten Planeten unseres Sonnensystems der Erkundung unserer unmittelbaren kosmischen Umgebung ge- waren nun mit robotischen Raumsonden erreichbar. Zunächst ging ben. Teilen Sie unsere Faszination und lassen Sie sich mitnehmen auf es zur Venus und zum Mars, dann zu Merkur, Jupiter, Saturn, eine Reise von der Erde in die Tiefen des Sonnensystems! Uranus, Neptun, zu einzelnen Asteroiden und Kometen und schließ- lich zu Pluto und noch weiter. Es gelangen unzählige faszinierende Eine spannende Lesezeit wünscht Ihnen und erhellende Beobachtungen, denn durch den Blick auf die ande- ren Planeten und Monde haben wir nicht nur unglaublich viel über Ralf Jaumann das Sonnensystem erfahren, sondern auch Wichtiges über die Frühzeit, Entwicklung und Funktion unserer Erde lernen können, die unter allen Planeten so einzigartig ist. Nach wie vor ist die Erde der Prof. Dr. Ralf Jaumann lehrt Planetengeologie einzige Ort im Universum, von dem wir wissen, dass er Leben her- an der Freien Universität Berlin. Er ist Leiter der Abteilung Planetengeologie des DLR-Insti- vorgebracht hat. Und nicht zuletzt erkannten wir, dass dieser „Blaue tuts für Planetenforschung und Direktor der Planet“ fragil ist, geschützt werden muss, weil es das beste aller NASA/DLR Regional Planetary Image Facility denkbaren Raumschiffe ist. am DLR-Institut für Planetenforschung. 3 4 Exploration des Sonnensystems mit Raumsonden EXPLORATION DES SONNENSYSTEMS MIT RAUMSONDEN Mit dem Start von Sputnik 1 durch die Sowjetunion am 4. Oktober Oberflächen dieser vielgestaltigen Körper oder, wie im Falle der gro- 1957 begann das Raumfahrtzeitalter. Schon kurz darauf gelang es ßen Gasplaneten, der äußersten Schichten ihrer Atmosphären. Dies der ehemaligen UdSSR und den USA, Raumsonden zum Mond sowie geschieht auf Raumsonden mit zunächst konventioneller, später di- zur Venus und zum Mars zu schicken, den beiden Nachbarplaneten gitaler und schließlich multispektraler Fotografie sowie mit der abbil- der Erde. Bereits in den 1970er-Jahren wurden weiter entfernte denden Spektroskopie, die auch kürzere und längere Wellenlängen Planeten angesteuert, und es beteiligten sich auch andere Nationen erfasst. Gestatten dichte Atmosphären keine unmittelbare Sicht auf an der Erforschung der Planeten, Monde, Asteroiden und Kometen die Oberfläche, wie bei dem Planeten Venus oder dem Saturnmond des Sonnensystems, der Sonne selbst und an der Untersuchung des Titan, können Radarexperimente zur Charakterisierung der Ober- interplanetarem Raums und der kosmischen Umgebung. Trotz eini- flächen angewendet werden. ger Fehlschläge haben die vielen erfolgreichen Missionen zu den Körpern unseres Sonnensystems eine Vielzahl von Erkenntnissen über Für die planetare Fernerkundung werden neben Sensoren für das unsere nähere Umgebung im Weltall erbracht. Eine wesentliche Rolle sichtbare Licht, die in verschiedenen Kamerasystemen zum Einsatz bei der Erkundung des Sonnensystems spielt dabei die Erfassung der kommen, auch Detektoren für viele weitere Teile des elektromag- netischen Frequenzspektrums in Spektrometern eingesetzt. Bei die- sen Sensoren ist die Auflösung aber vielfach geringer. Allein deshalb bleiben viele Fragen ungeklärt und können nur durch zukünftige Raumfahrtmissionen geklärt werden. Vorgehensweise bei der Erforschung Der klassische Prozess der Erkundung anderer Himmelskörper be- steht aus den nachfolgend aufgeführten Stufen. Diese einzelnen Schritte stellen jeweils ein in Technik, Navigation, Kommunikation und Antriebsbedarf komplexeres Missionsszenario dar: - Start, ggf. kurzzeitiges „Parken“ in der Erdumlaufbahn, Einschuss in eine interplanetare Flugbahn - Vorbeiflug am Zielkörper - Harte Landung auf der Oberfläche und/oder Absetzen einer Atmosphärensonde - Umlaufbahn um den Himmelskörper - Weiche Landung auf der Oberfläche und Aktivierung einer Experimentalstation - Roboterfahrzeuge (Rover), Ballon- und Flugzeugsonden/Drohnen - Materialprobenrückführung - Astronautische Expedition Bild: Start von Rosetta an Bord einer Ariane-5-Rakete am 2. März 2004 von Kourou. (© ESA/CNES/ARIANE- SPACE-Service Optique CSG, 2004) Bild linke Seite: Künstlerische Darstellung der Raum- sonde Cassini über den Saturnringen. (© NASA/JPL) 5 Exploration des Sonnensystems mit Raumsonden Dieser Ablauf wird nicht immer in der hier aufgeführten Reihenfolge Die zweite Phase von 1968 bis 1972 ist von der Realisierung der ers- eingehalten. Oftmals
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