Stellen Sie sich das Sonnensystem vor und Sie werden wahrscheinlich an Planeten denken: acht Welten, die um einen Stern aufgereiht sind. Aber nach Masse ist dieses Bild fast vollständig falsch. Die Sonne macht 99,86% von allem aus, das das Sonnensystem enthält – Planeten, Monde, Gürtel und der Rest sind im Grunde Rundungsfehler, die um einen enormen Ball aus Wasserstoff und Helium gestapelt sind.
Dieses Ungleichgewicht ist der Schlüssel zum Verständnis des Sonnensystems als eine einzige Struktur statt als eine Liste von Planeten. Es entstand aus einer kollabierenden Wolke, es organisiert sich selbst in verschiedene Zonen, die durch die Schwerkraft der Sonne und ihren nach außen blasenden Wind definiert werden, und es wird immer noch in Echtzeit von einem jahrzehntealten Raumschiff kartografiert, das sich in den interstellaren Raum bewegt. Dies ist das gesamte System, herausgezoomt.
Aus einer kollabierenden Wolke geboren
Die Bildung des Sonnensystems begann vor etwa 4,6 Milliarden Jahren mit dem gravitativen Kollaps eines kleinen Teils einer riesigen Molekülwolke. Die meiste kollabierende Masse sammelte sich im Zentrum an und wurde zur Sonne, während das restliche Material sich zu einer Scheibe abflachte, die später in Planeten, Monde, Asteroiden und alles andere, das die Sonne umkreist, zusammengesetzt wurde. Jedes Objekt im System, von Jupiter bis zum kleinsten Kometen, ist Trümmer aus diesem einzelnen Ereignis.
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Das Modell hinter diesem Bild, die Nebelhypothese, ist älter als Sie vielleicht erwarten: Es wurde erstmals im 18. Jahrhundert von Emanuel Swedenborg, Immanuel Kant und Pierre-Simon Laplace erarbeitet, mehr als ein Jahrhundert bevor jemand eine protoplanetare Scheibe direkt beobachten konnte. Moderne Teleskope haben seitdem die grundlegende Form bestätigt, die sie vorschlugen – als die junge Nebel der Sonne schneller drehte, flachte sie sich zu einer Scheibe von etwa 200 AU Durchmesser mit einem heißen, dichten Protostern in seinem Zentrum ab. Die inneren, heißeren Regionen dieser Scheibe bauten die steinigen Planeten; ihre kühleren, äußeren Bereiche bauten die Gas- und Eisriesen, eine Aufteilung, die bis heute das Layout des Sonnensystems definiert.
Ein Stern, fast die ganze Masse
Die Zahl 99,86% ist die einzeln wichtigste Zahl zum Verständnis der Skala hier. Das bedeutet, dass Sie, sobald Sie die Sonne abziehen, alles, was übrig bleibt, den Rest aufteilen müssen. Selbst dieser Rest ist einseitig: die vier Riesenplaneten – Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun – machen 99% von allem aus, das nicht in der Sonne ist, wobei Jupiter und Saturn allein mehr als 90% dieses Rests ausmachen.
Das lässt fast nichts für alles andere übrig. Die vier terrestrischen Planeten, jeder Zwergplanet, jeder Mond, jeder Asteroid und jeder Komet zusammengenommen machen weniger als 0,002% der Gesamtmasse des Sonnensystems aus. Die Erde, der Heimat allen bekannten Lebens, ist ein Bruchteil eines Bruchteils eines Bruchteils des Systems, zu dem sie gehört.
Ein Layout anders als die meisten anderen Sternensysteme
Diese starke Aufteilung zwischen kleinen terrestrischen Planeten und riesigen Gasplaneten, ohne etwas dazwischen, ist nicht die Norm anderswo in der Galaxie. Unter den Planetensystemen, die Astronomen untersucht haben, sind zwischengroße Planeten – sowohl felsig als auch gasförmig – typisch. Das Sonnensystem ist ungewöhnlich, weil es eine „Lücke" hat, wo solche Welten hätten sein können, zwischen der Größe der Erde und Neptun, dessen Radius 3,8-mal so groß ist. Es gibt keinen Planeten in unserem System, der diese Mittelerde füllt.
Es ist eine nützliche Erinnerung daran, dass „normal" relativ ist: die Anordnung, die die Erde hervorbrachte, ist nach aktuellem Beweis ein etwas seltsam unter Planetensystemen im Allgemeinen.
Jenseits der Planeten: Gürtel und Wolken
Vorbei an Neptun, das System endet nicht einfach – es verdünnt sich in zwei weitere Zonen. Der Kuiper-Gürtel hält etwa 100.000 oder mehr Objekte, die breiter als 50 km sind, doch all dieses Material addiert sich nur zu ein Zehntel bis zu ein Hundertstel der Erdmasse auf. Es ist eine Menge in der Anzahl, nicht in der Masse.
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Noch weiter draußen ist die Oort-Wolke, eine Schale von eisigen Trümmern – einige Teile größer als Berge – von der man denkt, dass sie dick ist und sich von etwa 5.000 bis 100.000 astronomische Einheiten von der Sonne erstreckt, bis zu 1,6 Lichtjahre entfernt reicht. Um diese Entfernung in Perspektive zu setzen: Voyager 1, die Sonde, die derzeit Sonden am nächsten zur Oort-Wolke ist, wird erwartet, weitere 300 Jahre zu brauchen, um nur ihre innere Kante zu erreichen – und Tausende mehr, um sie vollständig zu durchqueren. Die äußere Grenze des Sonnensystems ist mit anderen Worten nicht wirklich eine Linie, sondern eine Skala, die alles, was Menschen gebaut haben, überflügelt.
Die Blase der Sonne: Die Heliosphäre
Die Sonne dominiert das System nicht nur durch Masse – sie erzeugt auch eine Blase im Raum mit ihrem nach außen strömenden Sonnenwind. Diese Blase, die Heliosphäre, hat eine Gesamtform, die an einen Kometen erinnert: ungefähr kugelförmig bis etwa 100 AU auf der sonnenzugewandten Seite, aber schweifförmig auf der entfernten Seite, und erstreckt sich über mehrere tausend AU wie der „Helioschatten".
Innerhalb dieser Blase verlangsamt sich der Sonnenwind zunächst an dem Terminationsschock, von dem angenommen wird, dass er sich 75 bis 90 astronomische Einheiten von der Sonne befindet; Voyager 1 kreuzte ihn 2004, und Voyager 2 folgte 2007. Jenseits davon liegt die Heliosphärenpause, die wahre Kante, wo der Einfluss der Sonne dem interstellaren Raum weicht. Voyager 1 kreuzte sie am 25. August 2012, als es einen plötzlichen Anstieg der Plasmasdichte um das Vierzierfache maß – das klarste mögliche Zeichen, dass es die Blase der Sonne verlassen hatte.
Voyager 1 und die Grenze der menschlichen Reichweite
Voyager 1 wurde am 5. September 1977 mit einer Mission gestartet, die genau zu diesem Zweck gedacht war: das äußere Sonnensystem erforschen, dann weiterhin in den interstellaren Raum jenseits der Heliosphäre der Sonne gehen. Ab März 2026 befindet es sich in einer Entfernung von 172,59 AU von der Sonne, was es zum am weitesten entfernten Objekt, das von Menschen hergestellt wurde, von der Erde macht.
Es wird sich nicht lange in dieser Rolle allein sein. Voyager 1 und Voyager 2 sind die einzigen Raumfahrzeuge, die das Sonnensystem bisher verlassen haben, aber drei andere – Pioneer 10, Pioneer 11 und New Horizons – sind auf Trajektorien, die sie letztlich in den interstellaren Raum tragen werden. Alle fünf sind Teil einer viel größeren Anstrengung: mehr als 300 Roboter-Raumfahrzeuge aus vielen Nationen haben Ziele jenseits der Erdumlaufbahn erforscht, ein Bestand, der Vorbeiflüge, Orbiter, Lander und Rover umfasst, die an fast jede Zone des oben beschriebenen Systems gesendet wurden.
Ein Sonnensystem in Bewegung
Nichts davon sitzt still. Das gesamte Sonnensystem – Sonne, Planeten, Gürtel und Wolken zusammen – umkreist das Zentrum der Milchweg-Galaxie mit etwa 515.000 mph (829.000 kph) und benötigt ungefähr 230 Millionen Jahre, um einen einzigen Umlauf zu absolvieren. Jeder Dinosaurier, jede Eiszeit und die ganze aufgezeichnete Menschheitsgeschichte haben sich während eines winzigen Bruchteils eines solchen Umlaufs ereignet.
Und die Nachbarschaft ändert sich sogar in galaktischen Maßstäben weiter: Die Sonne wandert derzeit durch die Lokale Interstellare Wolke, einen Klumpen warmen Gases mit ein paar Parsec Durchmesser, selbst sitzt innerhalb der Lokalen Blase, eine ungefähr 100-Parsec-Radius Region von heißem, niedrig-dichtem Gas. Die Heliosphäre, die Gürtel, die Planeten und die Sonne, die sie alle verankert, sind letztendlich eine Struktur, die zusammen durch eine viel größere Galaxie bewegt wird.