Im Weltall

Weltbilder

Lange Zeit glaubte man, dass sich die Erde im Mittelpunkt des Weltalls befindet, und dass sich Sterne, Planeten und der Mond sich um die Erde bewegen. Das ist eigentlich auch einsichtig, wenn man sich etwa die Sonne ansieht, die ja im Osten auf- und im Westen untergeht.

Heute wissen wir aber, dass sich nur der Erdmond um die Erde dreht, diese und die anderen Planeten unseres Sonnensystems sich aber um die Sonne bewegen. Die scheinbare Bahn der Sonne kommt dadurch zustande, dass sich die Erde einmal innerhalb von rund 24 Stunden um die eigene Achse dreht, während sie in etwas mehr als 365 Tagen um die Sonne wandert.

Die Kenntnis dieser Bewegungen und die Erklärung für die Bahnen der Planeten geht auf viele Naturforscher zurück. Letztlich war es Johannes Kepler, der mit seinen drei berühmt gewordenen Planetengesetzen, die Bahnen aller Planeten um ein Zentralgestirn berechnen konnte.

Kepler liefert Gesetze

Planeten sind Himmelskörper, die sich auf einer elliptischen Bahn um einen Stern bewegen. Man nimmt heute an, dass vor etwa 4,5 Milliarden Jahren unser Sonnensystem entstanden ist. Um den zentralen Stern, die Sonne, haben sich aus einer Gas- und Gesteinswolke die Planeten gebildet. Durch die Bewegung, die diese Materiebrocken hatten und die Anziehungskräfte kam es zu der heute festzustellenden Bewegung der Planeten.

Der Astronom Kepler hat Beobachtungen von Planetenbahnen unseres Sonnensystems ausgewertet und in drei Gesetzen, die man nach ihm benannt hat, dargestellt.

Versucht hier ungefähr die Werte für die Umlaufbahn der Erde einzustellen!
a = 149,598 Mio km
b = 149,577 Mio km

Vergleicht mit den Abbildungen unten und diskutiert, warum die Erdbahn meist übertrieben dargestellt wird!

Jeder Planet ist im Laufe einer Umrundung der Sonne, unterschiedlich weit von dieser entfernt. Den sonnennächsten Punkt nennt man Perihel und den am weitest entfernten Aphel.

Für unsere Erde sind diese beiden Punkte hier angegeben:

Die Zentripetalkraft ändert sich, weil sich die Entfernung des Planeten zur Sonne im Jahresverlauf verändert. Das bedeutet, dass sich die Planeten nicht mit gleichbleibender Geschwindigkeit um die Sonne bewegen. Damit der Planet bei größer werdender Zentripetalkraft nicht in die Sonne stürzt, muss er sich schneller bewegen, wenn er näher an der Sonne ist. Die Gesetzmäßigkeit dieser unterschiedlichen Geschwindigkeit hat ebenfalls Johannes Kepler gefunden. Es ist nicht so einfach, wie das 1. Keplergesetz.

In der folgenden Tabelle findet man einige Daten zu den Planeten unseres Sonnensystems:

Die vollständige Umdrehung der Erde um die eigene Achse dauert etwa 23 Stunden und 56 Minuten. In dieser Zeit ist die Erde allerdings auf ihrer Bahn um die Sonne ein Stück weiter gekommen. Damit zu Mittag, die Sonne immer genau im Süden steht, muss man nach einer vollen Erdumdrehung noch rund 4 Minuten warten, bis dieselbe Stellung wieder eintritt.

Satelliten

Jeden Körper, der einen Planeten umrundet, nennt man Satellit. Der Mond ist ein (natürlicher) Satellit der Erde.

Damit Satelliten die Erde umrunden können, benötigen sie die Geschwindigkeit von 7,9 km/s was rund 28 000 km/h bedeutet. Da, wie vorhin erklärt, der Satellit ständig zur Erde fällt, muss er eben genau diese Geschwindigkeit haben, damit er trotzdem immer fast gleich weit von der Erde entfernt ist.

Auf welchen Bahnen bewegen sich die künstlichen Satelliten und Raumstationen?

Die Internationale Raumstation ISS befindet sich in rund 400 km Höhe. Auf dieser ständig bemannten Station im All werden wissenschaftliche Forschungen durchgeführt, die zumeist dem Zweck dienen, den Einfluss von Mikrogravitation auf Mensch, Tier und Material zu studieren.

Die „GPS“-Navigationssatelliten bewegen sich etwa 20 000 km von der Erdoberfläche entfernt und senden ihre Signale an die Navis in Autos und Smartphones.

Noch weiter weg, in rund 36 000 km Höhe befinden sich die sogenannten geostationären Satelliten. Diese haben eine Umlaufzeit von 23 Stunden und 56 Minuten. Das ist genauso lange, wie die Erde für eine Umdrehung braucht. Dadurch drehen sich diese Satelliten genauso schnell wie die Erde und stehen daher über einem Punkt der Erdoberfläche still.

Diese Satelliten dienen als Kommunikationssatelliten und sind für den weltweiten TV-Empfang notwendig. Auch viele Wettersatelliten befinden sich in dieser Höhe, denn dadurch „sehen“ sie immer denselben Bereich der Erde.

Wie viele Satelliten sind im All?

Die genaue Zahl ist nicht bekannt, denn über die militärisch genutzten Satelliten gibt es begreiflicherweise keine genauen Daten. Sieht man sich aber mehrere Datenbanken an, dann kann man abschätzen, dass aktuell im Weltraum rund 10 000 künstliche Trabanten unterwegs sein dürften, wovon rund zwei Drittel funktionsfähig sind. Etwa die Hälfte dieser Satelliten starteten von den USA aus und auch Österreich hat vier sogenannte Nanosatelliten im All. Das sind kleine nur wenige Kilogramm schwere Objekte, die zur Erforschung sehr heller Sterne im All eingesetzt werden.