Geburt des Sonnensystems

Geburt des Sonnensystems Übung

• Gib die Entstehungsgeschichte der Sonne wieder.

  Tipps

  In einer Kernfusion enstehen aus leichten Elementen, wie Wasserstoff oder Helium, schwerere Elemente. Bei der Kernspaltung ist es anders herum.

  Für eine Kernfusion ist eine hohe Dichte und Temperatur nötig.

  Lösung

  Unser Sonnensystem entstand vor etwa 5 Milliarden Jahren aus einer rotierenden Gaswolke. Durch die Gravitation zogen sich die Gasteilchen gegenseitig an und sammelten sich in der Mitte der Wolke. In der Folge stiegen dort die Masse und die Dichte, aber auch die Temperatur. Weil die große Masse in der Mitte die Rotation beschleunigte, bildete sich aus der ausgedehnten Wolke zudem ein flacher Diskus. Schließlich war das Innere der Wolke so heiß und dicht geworden, dass eine Kernfusion ausgelöst wurde. Durch die darauf folgende Explosion wurde ein Teil der Materie aus dem Kern des Diskus heraus geschleudert. Der Rest bildete die neu entstandene Sonne.

• Nenne die Planeten unseres Sonnensystems.

  Tipps

  Merksatz: Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unseren Nachthimmel.

  Lösung

  In der Sonnennähe liegen die Umlaufbahnen der Gesteinsplaneten Merkur, Venus, Erde und Mars. Weiter außen im Sonnensystem liegen die Gasriesen Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun.

  Die Planeten haben ihren Namen von den römischen Göttern:

  • Merkur: der Götterbote
  • Venus: die Liebesgöttin
  • Erde (Terra): die Erdgöttin
  • Mars: der Kriegsgott
  • Jupiter: der Gottvater
  • Saturn: einer der Titanen
  • Uranus: ebenfalls ein finsterer Titan
  • Neptun: der Meeresgott

  Pluto, ein Zwergplanet, ist nach dem Gott der Unterwelt benannt. Die Benennung der Monde von Planeten wird teilweise von bestimmten literarischen Werken inspiriert. So sind die Monde des Saturn nach Shakespiers Werk „Der Widerspenstigen Zähmung“ benannt.

• Bestimme das Alter des Sonnensystems.

  Tipps

  Der Jupiter entstand überraschend schnell nach der Entstehung der Sonne.

  Das erste Leben auf der Erde war sehr anders als die Lebewesen, die wir heute kennen.

  Lösung

  Das Sonnensystem entstand aus der Materie einer riesigen, rotierenden Gaswolke. In der Mitte der Gaswolke bildete sich nach etwa 10 Millionen Jahren die Sonne und aus dem übrigen Material bildeten sich die Planeten, Asteroiden und Zwergplaneten unseres Sonnensystems. Der Jupiter entstand nur 4 Millionen Jahre nach der Sonne und damit sehr viel schneller als die anderen Planeten. So konnte er den Großteil der Masse einsammeln, bevor die Entstehung der anderen Planeten abgeschlossen war. Erst etwa 100 Millionen Jahre später bildete sich die Erde. Weitere 800 Millionen Jahre später entstand das erste Leben auf der sich abkühlenden Erde. Dieses erste Leben war allerdings noch sehr anders als das Leben, das wir heute kennen.

• Erschließe die Eigenschaften des Sonnensystems.

  Tipps

  Bei der Entstehung der Erde hafteten Gesteine und Metalle aneinander und bildeten so den Planeten.

  Neptun ist der am weitesten von der Sonne entfernte Planet.

  Akkretion bezeichnet, dass sich Materie aufgrund der gegenseitigen Anziehung ansammelt.

  Lösung

  Unser Sonnensystem besteht aus unserer Sonne, den 8 Planeten sowie zahlreichen Asteroiden und Kleinplaneten, wie dem Pluto. Die Planeten und die anderen kleineren Objekte sind durch die Akkretion entstanden, sie sammelten ihre Materie also aufgrund der Gravitation auf. In der Nähe der Sonne bildeten sich so die Gesteinsplaneten Merkur, Venus, Erde und Mars und weiter außen in unserem Sonnensystem bildeten sich die Gasplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun.

  Im Zentrum des Sonnensystems ist unsere Sonne, die ihre Energie durch die Kernfusion erzeugt. Dabei verschmilzt sie Wasserstoffkerne zu Heliumkernen. Die schwereren Elemente in unserem Sonnensystem, wie beispielsweise die Metalle auf der Erde, sind auch durch Kernfusion entstanden, allerdings nicht in der Sonne, weil diese dafür zu wenig Masse hat. Die schwereren Elemente entstanden in älteren und vor allem größeren Sternen, die schon vor der Entstehung der Sonne verglüht sind.

  Daher stimmt auch die Aussage: „Wir sind alle Sternenstaub.“

• Nenne die treibende Kraft für die Entstehung des Sonnensystems.

  Tipps

  Die Erdanziehungskraft ist die Gravitationskraft der Erde.

  Eine Zentripetalkraft bewirkt eine Rotation.

  Lösung

  Das Sonnensystem ist durch die Gravitation aus einer rotierenden Gaswolke entstanden. Durch die gegenseitige Anziehung sammelte sich der Großteil der Gase in der Mitte der Wolke und bildete so die Sonne. Später bildeten sich die Planeten, Asteroiden und Kleinplaneten, ebenfalls indem sich Materie gegenseitig anzog und so aneinander haftete.

• Erkläre die Rotation des Sonnensystems.

  Tipps

  Eine Zentripetalkraft zieht ein rotierendes Objekt zur Rotationsachse.

  Näherungsweise befindet sich die gesamte Masse M auf der Drehachse.

  Lösung

  Die Gravitationskraft der großen Masse in der Mitte wirkt auf weiter außen rotierende Teilchen als Zentripetalkraft, indem sie die Teilchen immer wieder zur Mitte ablenkt und so auf einer Kreisbahn hält. Deshalb kann man die beiden Kräfte gleichsetzen: $F_g=G\frac{Mm}{a^2}=F_{Zp}=\frac{mv^2}{r}$.

  Diese Formel kann man nun so umstellen, dass auf der linken Seite nur noch die Geschwindigkeit $v$ steht, indem man die Ausdrücke für die Kräfte jeweils durch $m$ teilt und mit $r$ multipliziert. Das ergibt $v^2=G\frac{Mr}{a^2}$.

  Weil der Schwerpunkt der Masse $M$ auf der Drehachse liegt, können wir davon ausgehen, dass der Abstand $a$ und der Drehradius $r$ gleich sind. Außerdem können wir auf beiden Seiten die Wurzel ziehen. Das ergibt $v=\sqrt{\frac{GM}{r}}$.

  Die Geschwindigkeit steigt also mit der Masse $M$ an. Weil der Radius $r$ auf der rechten Seite im Nenner steht, ist die Rotationsgeschwindigkeit außerdem umso kleiner, je größer der Radius ist. Deshalb kann man mit dieser Formel auch erklären, dass sich die Planeten umso langsamer um die Sonne drehen, je weiter sie von der Sonne entfernt sind.