Wie funktioniert das Sonnensystem?
Acht Planeten, ein Stern und sehr viel Leere. Was das Ganze zusammenhält, ist eine einzige Kraft — und die Bewegung, die daraus entsteht, lässt sich für jeden Tag der Geschichte auf die Stunde genau berechnen.
Was das Sonnensystem zusammenhält
In der Mitte steht die Sonne. Sie enthält 99,86 Prozent der gesamten Masse des Sonnensystems. Alles andere — sämtliche Planeten, Monde, Asteroiden und Kometen zusammen — teilt sich die verbleibenden 0,14 Prozent.
Diese Masse erzeugt Schwerkraft, und die Schwerkraft hält alles auf seiner Bahn. Damit stellt sich sofort die Frage, die fast jeder einmal hat: Warum fallen die Planeten dann nicht einfach hinein?
Sie fallen. Ununterbrochen. Aber sie bewegen sich gleichzeitig so schnell seitwärts, dass sie die Sonne immer wieder verfehlen. Aus dem Zusammenspiel von Fallen und Seitwärtsbewegung entsteht ein geschlossener Umlauf. Ein Satellit über der Erde macht nichts anderes — er fällt, trifft aber nie auf.
Wird ein Körper zu langsam, gewinnt der Fall die Oberhand und er stürzt hinein. Wird er zu schnell, entkommt er ins All. Dazwischen liegt ein schmaler Bereich stabiler Bahnen — und in dem bewegen sich alle acht Planeten seit rund 4,6 Milliarden Jahren.
Warum die Bahnen keine Kreise sind
Bis ins 17. Jahrhundert galt der Kreis als die vollkommene und deshalb einzig denkbare Form einer Himmelsbahn. Johannes Kepler zeigte 1609 an den Beobachtungsdaten des Mars, dass das nicht stimmt: Planeten laufen auf Ellipsen, und die Sonne steht nicht in deren Mitte, sondern in einem der beiden Brennpunkte.
Wie stark eine Bahn vom Kreis abweicht, beschreibt die Exzentrizität. Bei der Erde beträgt sie 0,017 — die Erdbahn ist also fast kreisrund, der Abstand zur Sonne schwankt übers Jahr nur um etwa drei Prozent. Bei Merkur dagegen liegt sie bei 0,206: Er kommt der Sonne mal auf 46, mal auf 70 Millionen Kilometer nahe.
Daraus folgt Keplers zweite Erkenntnis: Ein Planet läuft nicht gleichmäßig schnell. Sonnennah ist er schnell, sonnenfern langsam. Die Erde ist Anfang Januar der Sonne am nächsten und dann rund einen Kilometer pro Sekunde schneller unterwegs als Anfang Juli.
Und schließlich der Zusammenhang, der alles verknüpft: Je weiter außen ein Planet läuft, desto langsamer ist er — und desto länger ist sein Weg. Beides zusammen lässt die Umlaufzeiten dramatisch anwachsen. Neptun braucht für eine Runde 165 Erdjahre. Seit seiner Entdeckung 1846 hat er erst einen einzigen Umlauf vollendet, im Jahr 2011.
Die acht Planeten der Reihe nach
Der mittlere Abstand ist in Astronomischen Einheiten angegeben: Eine AE ist der mittlere Abstand Erde–Sonne, also rund 150 Millionen Kilometer.
| Planet | Abstand | Ein Jahr | Ein Tag | Durchmesser | Temperatur |
|---|---|---|---|---|---|
| Merkur | 0,39 AE | 88 Tage | 58,6 Tage | 4 879 km | 167 °C |
| Venus | 0,72 AE | 225 Tage | 243 Tage | 12 104 km | 464 °C |
| Erde | 1,00 AE | 365 Tage | 24 Std. | 12 742 km | 15 °C |
| Mars | 1,52 AE | 687 Tage | 24,6 Std. | 6 779 km | −63 °C |
| Jupiter | 5,20 AE | 11,9 Jahre | 9,9 Std. | 139 822 km | −108 °C |
| Saturn | 9,55 AE | 29,5 Jahre | 10,7 Std. | 116 464 km | −138 °C |
| Uranus | 19,2 AE | 84 Jahre | 17,2 Std. | 50 724 km | −195 °C |
| Neptun | 30,1 AE | 165 Jahre | 16,1 Std. | 49 244 km | −201 °C |
Zwei Zeilen fallen auf. Auf der Venus dauert ein Tag länger als ein Jahr — sie dreht sich extrem langsam, und zwar rückwärts. Und Jupiter, der größte Planet, hat mit knapp zehn Stunden den kürzesten Tag; er rotiert so schnell, dass er sichtbar abgeplattet ist.
Warum innen Gestein liegt und außen Gas
Die vier inneren Planeten sind kleine Gesteinskugeln, die vier äußeren riesige Gasbälle. Diese Zweiteilung ist kein Zufall, sondern ein Überbleibsel der Entstehung.
Als sich das Sonnensystem aus einer Gas- und Staubwolke bildete, war es innen heiß. Leichte Stoffe wie Wasserstoff, Helium, Wasser und Methan konnten dort nicht kondensieren — sie wurden vom jungen Sonnenwind nach außen getrieben. Übrig blieben Metalle und Gestein, aus denen Merkur, Venus, Erde und Mars entstanden.
Jenseits einer Grenze, die man die Frostlinie nennt und die etwa zwischen Mars und Jupiter lag, war es kalt genug, dass Wasser zu Eis gefror. Dort stand viel mehr Baumaterial zur Verfügung. Die Kerne wuchsen schnell genug, um zusätzlich enorme Mengen Wasserstoff und Helium an sich zu binden — so entstanden die Gasriesen.
Warum Mars manchmal rückwärts läuft
Beobachtet man Mars über Monate hinweg, wandert er stetig vor den Sternen entlang — und kehrt dann plötzlich um, läuft einige Wochen zurück und nimmt danach seinen ursprünglichen Weg wieder auf. Diese rückläufige Bewegung hat die Astronomie jahrhundertelang beschäftigt und die Erdmittelpunkt-Modelle in immer verzweigtere Hilfskonstruktionen getrieben.
Die Erklärung ist einfach, sobald man die Sonne in die Mitte stellt: Es ist eine Überholtäuschung. Die Erde ist schneller als Mars und zieht innen an ihm vorbei. In dem Moment, in dem sie ihn überholt, scheint er vor dem fernen Sternhintergrund zurückzuweichen — genauso wie ein langsameres Auto auf der Nachbarspur, wenn Sie es überholen.
Auch Merkur wird regelmäßig rückläufig, etwa dreimal im Jahr für jeweils rund drei Wochen. Es passiert nichts Besonderes dabei — es ist derselbe perspektivische Effekt, nur mit vertauschten Rollen: Hier überholt der innere Planet die Erde.
Was zwischen den Planeten liegt
Zwischen Mars und Jupiter zieht sich der Asteroidengürtel. Trotz seines Rufs ist er nahezu leer: Alle Asteroiden zusammen ergäben einen Körper von weniger als vier Prozent der Mondmasse. Raumsonden fliegen ohne besondere Vorkehrungen hindurch. Dass sich dort nie ein Planet gebildet hat, liegt an Jupiter — seine Schwerkraft hat das Material immer wieder aufgestört.
Jenseits von Neptun beginnt der Kuipergürtel, eine Ansammlung eisiger Körper, zu denen auch Pluto gehört. Und noch viel weiter draußen, in bis zu hunderttausendfachem Erdbahnabstand, vermutet man die Oortsche Wolke, aus der die langperiodischen Kometen stammen.
Wie sich berechnen lässt, wo die Planeten an einem bestimmten Tag standen
Weil die Bahnen so regelmäßig sind, genügen wenige Zahlen, um sie vollständig zu beschreiben. Je Planet sind es sechs sogenannte Bahnelemente: die Größe der Bahn, ihre Abweichung vom Kreis, ihre Neigung gegen die Erdbahnebene, die Lage im Raum und die Position des Planeten zu einem festgelegten Stichtag.
Mit diesen sechs Zahlen und Keplers Gesetzen lässt sich die Stellung für jedes beliebige Datum ausrechnen — Jahrhunderte zurück ebenso wie voraus. Die NASA veröffentlicht solche Elemente; die hier verwendeten gelten für den Zeitraum 1800 bis 2050 und stammen vom Jet Propulsion Laboratory.
Genau das macht das Exponat auf dieser Seite: Es rechnet nicht mit gleichförmigen Kreisen, sondern löst für jeden Zeitpunkt die Keplergleichung. Deshalb sind die Bahnen dort sichtbar Ellipsen, deshalb wird Merkur sonnennah schneller — und deshalb stimmt die Stellung mit dem echten Himmel überein.
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Wenn sich die Planetenstellung für jedes Datum berechnen lässt, dann auch für einen Tag, der Ihnen etwas bedeutet. Das Poster-Studio erzeugt daraus ein Blatt: die Bahnen als feine Linien, die Planeten an ihrer tatsächlichen Position, dazu die Mondphase dieses Tages und die Himmelsereignisse — eine Opposition, eine Konjunktion, ein rückläufiger Merkur.
Nichts davon ist nachgeschlagen. Alles wird aus denselben Bahnelementen gerechnet, die auch das Exponat verwendet. Das Ergebnis ist eine Druckdatei mit 300 dpi, die Sie bei jedem Druckdienst Ihrer Wahl ausgeben lassen können.
Zwei Dinge sind bewusst gestaucht: Abstände und Größen. Maßstabsgetreu ginge es nicht — wäre die Sonne 13 Millimeter groß, wäre die Erde ein Staubkorn von 0,12 Millimetern. Beides folgt aber einem einzigen Gesetz, sodass die Rangfolge stimmt. Die Positionen selbst sind echt.
Häufige Fragen
Warum fallen die Planeten nicht in die Sonne?
Sie fallen tatsächlich ständig auf die Sonne zu — bewegen sich aber gleichzeitig so schnell seitwärts, dass sie immer daran vorbeifallen. Aus Fall und Seitwärtsbewegung entsteht die geschlossene Umlaufbahn.
Wie viele Planeten hat das Sonnensystem?
Acht: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Pluto gilt seit 2006 als Zwergplanet, weil er seine Bahnumgebung nicht freigeräumt hat — in seiner Bahnregion liegen viele weitere Körper.
Warum läuft Mars manchmal rückwärts?
Das ist eine Täuschung durch die Bewegung der Erde. Weil die Erde schneller läuft und den äußeren Planeten innen überholt, scheint dieser vor dem Sternhintergrund kurzzeitig zurückzuweichen.
Was bedeutet „Merkur rückläufig"?
Dass Merkur von der Erde aus gesehen scheinbar rückwärts vor den Sternen wandert. Das geschieht etwa dreimal im Jahr für jeweils rund drei Wochen und ist ein rein perspektivischer Effekt — Merkur ändert seine Bahn dabei nicht.
Wie weit ist die Sonne von der Erde entfernt?
Im Mittel rund 150 Millionen Kilometer. Diese Strecke dient als Maßeinheit, die Astronomische Einheit. Das Licht braucht dafür 8 Minuten und 20 Sekunden — man sieht die Sonne also immer so, wie sie eben war.
Kann man die Planetenstellung für ein vergangenes Datum berechnen?
Ja. Aus den Bahnelementen lässt sich die Position für jeden Zeitpunkt bestimmen, rückwärts wie vorwärts. Die hier verwendeten Elemente der NASA gelten für den Zeitraum 1800 bis 2050 mit hoher Genauigkeit.