Die Ankündigung dieser Veranstaltung fand eine überraschend große Resonanz. Schon Tage vor dem Termin waren alle 520 Plätze gebucht. Bei Vortragsbeginn gab es im Forum tatsächlich keine freien Sitzpläze mehr. Einige Eintrittskarten wurden zwar zurück gegeben und die Kosten den Leuten erstattet, konnten aber gleich an Nachzügler weiter verkauft werden.





Der erste Vorsitzende der Astronomischen Vereinigung Vulkaneifel - A v v Prof. Uli Klein gab eine kurze Einführung zur Person und zum wissenschaftlichen Werdegang von Prof. Harald Lesch.





Prof. Harald Lesch begann pünktlich um 19 Uhr nicht direkt mit dem Thema „Enstehung des Sonnensystems“, sondern ließ es sich nicht nehmen, zuvor einige kritische Bemerkungen zur rationalen, vernunftbasierten Forschung in „postfaktischen Zeiten“ zu machen. Hier ein passendes Zitat von ihm aus einem Gespräch im BR-Fernsehen vom Januar 2017: Was ist der Geist der Aufklärung in postfaktischen Zeiten noch wert? Das logische Argument, das auf Fakten basiert, wird nicht sterben, denn die Wirklichkeit holt alle ein, selbst den "blonden Lord aus den USA“.






Es folgt eine kurze Zusammenfassung und knappe Erklärung des Inhalts der Präsentation. Die hier gezeigten Folien wurden von der großen Leinwand im Forumsgebäude ab fotografiert.


Unser Sonnensystem mit den 8 großen Planeten.

Nach einer Entscheidung der Internationalen Astronomischen Union anläßlich eines Kongresses im August 2006 in Prag hat Pluto leider den Status eines Planeten verloren. Er gehört jetzt zur Kategorie der Zwergplaneten.


Die Rotationsachsen der Planeten stehen nahezu senkrecht zu ihren Umlaufebenen, die nur gering zur Ekliptik geneigt sind. Eine Ausnahme bildet Uranus, dessen Rotationsachse um ca. 90° gekippt ist. Dies ist vermutlich auf einen dramatischen Einschlag eines großen Planetenkörpers in der Frühphase des Sonnensystems zurück zu führen.





Jenseits von Neptun endet noch lange nicht das Sonnensystem. Eine Vielzahl von Himmelskörpern bevölkert die Region ausserhalb der Neptunbahn. Pluto ist davon der größte Zwergplanet. Aber auch Eris und Haumea können mithalten. Haumea ist wahrscheinlich tatsächlich eiförmig. Nicht nur Pluto hat Monde, von anderen Transneptunen sind auch Monde bekannt.

Sedna hat eine ungewöhnlich langgestreckte elliptische Bahn. Er kann sich 19 mal soweit von uns entfernen, wie Pluto. Sein Licht braucht dann über 5 Tage, um uns zu erreichen.



Das innere Sonnensystem

Es gibt eine Unstimmigkleit im Verständnis zur Entstehung unseres Sonnensystems. Alle numerischen Simulationen ergeben eine viel größere Masse eines Planeten zwischen Erde und dem Asteroidengürtel. Demnach ist unser Mars viel zu klein. Die Theorien erfordern einen Megamars und auch mehrere marsgroße Körper im Bereich der Asteroiden.


Das äußere Sonnensystem

Links ober in der Darstellung sind die Bahnen der inneren Planeten Merkur, Venus, Erde, Mars, der Asteroiden und des Jupiters zu sehen. Rechts oben dann die weiteren Bahnen von Saturn, Uranus, Neptun und Pluto, der sich schon im Bereich des Kuiper-Gürtels bewegt. Der Kuipergürtel enthält eine Vielzahl von Zwergplaneten und kleineren Himmelskörpern. Rechts unten ist die Bahn von Sedna dargestellt, die weit über Pluto hinaus geht, aber noch lange nicht in den Bereich der Oortschen Wolke reicht - Teilbild links unten.



Die Größe des Sonnensystems läßt sich besser mit einer logarithmischen Längenskala darstellen. Die Einheit ist die Entfernung Erde-Sonne, die astronomische Einheit - AE. Das sind 150 Millionen km. Der Außenbereich des Sonnensystems dürfte bei 100 000 AE liegen. Der nächste Stern, Alpha Centauri, hat eine Entfernung von 274 000 AE = 4.3 Lichtjahre.

An der Grenzzone Termination Shock werden die Teilchen des Sonnenwindes (meist Protonen) abrupt abgebremst, fliegen aber mit vermindeter Geschwindigkeit weiter. Diesen Effekt hat die Sonde Voyager 1 deutlich gemessen. Bis zur Heliopause reicht der Einfluss des Sonnenwindes. Danach vermischt er sich mit dem interstellaren Gas. Dieses wird etwas komprimiert und bildet in Richtung der Bewegung des Sonnensystems den Bow Shock. Dazwischen sammeln sich die Protonen der Sonne im Hydrogen Wall an, da sie nun auf die mittlere Geschwindigkeit des interstellaren Gases abgebremst sind.

Die Oortsche Wolke enthält noch das ursprüngliche Material, aus dem sich das Sonnensystem gebildet hat. Durch Störungen können Eisbrocken aus der Wolke in das innere Sonnensystem gelangen und werden als Kometen beobachtet.





Sterne entstehen in Dunkel- oder Molekülwolken.
Durch zufällige lokale Verdichtungen im Wolkenmaterial oder durch Sternenwinde von Supernovae oder massereichen Sternen beginnen Teile der Wolke zu kollabieren. Aufgrund der Drehimpulserhaltung setzt eine merkliche Rotation ein, die eine zunehmende Abflachung der Wolke bewirkt.



Im Originalvortrag zeigte hier Harald Lesch eine sehr eindrucksvolle Computeranimation, die demonstriert wie im Laufe der Zeit in der Wolke Klumpen entstehen, aus denen sich später protoplanetare Scheiben und Sterne bilden. Die Falsch-Farbskala ist eine Dichteskala, die von geringen Dichten, in Rot dargestellt, zu hohen Dichten über Gelb und Weiss reicht.



Solche protoplanetare Scheiben wurden im Orionnebel und im Sternentstehungsgebiet der Taurus-Molekülwolken gefunden. Das große Radiointerferometer ALMA hat mit höchster Auflösung die Scheibe um den Stern HL Tau beobachten können. Die Lücken in dem Ringsystem werden interpretiert als Zonen, in denen Protoplaneten das Material der Scheibe aufgesammelt haben. HL bedeutet nicht etwa Hoher List. HL Tau ist ein veränderlicher Stern. Solche Sterne werden mit Großbuchstaben und dem Sternbild bezeichnet, beginnend mit R,S,T..., ist das Alphabet aufgebraucht, geht es weiter mit Doppel-Buchstaben, danach mit V und einer fortlaufenden Nummer.



Eine Staub- und Molekülwolke kollabiert. DIe Wolke rotiert immer stärker und plattet sich dabei ab. Der Kern verdichtet und erwärmt sich. In der Scheibe bilden sich lokale Verdichtungen, die später zu Protoplaneten werden. Entlang ihrer Umlaufbahnen sammeln sie Material auf, die Scheibe bekommt Lücken. Zum Schluss bleibt der zentrale stern mit Planeten übrig, Das innere Scheibenmaterial ist aufgebraucht.




Meteorite, Zeugen aus der Anfangszeit des Sonnensystems

Eisenmeteorite stammen aus den Kernen von Protoplaneten, die durch Zusammenstöße zerstört wurden. Chondrite oder Gesteinmeteorite sind Überreste des Krustenmaterials von Planetesimalen.



Wie begann Alles?

Isotopenanalysen verraten den Wissenschaftlern, was der mögliche Auslöser zum Kollabs der interstellaren Wolke war, der zur Geburt des Sonnensystems führte. In den Meteoriten finden sich Zerfallsprodukte von relativ kurzlebigen Isotopen. z.B. wird das stabile Isotop Nickel-60 gefunden, das über Kobalt-60 aus ursprünglich Eisen-60 entstanden ist. Fe-60 ist aber instabil und zerfällt mit einer Halbwertszeit von 1.5 Millionen Jahren. Woher kam das Fe-60?



Auslöser war eine Supernova

Fe-60 entsteht in einer Supernova, die das Material, also auch radioaktive Isotope, mit der Explosionswolke in den interstellaren Raum ausschleudert. Die Schockfront verdichtet das Gas einer nahegelegenen Molekülwolke, so dass dort der Sternbildungsprozess einsetzt. Spätestens nach einigen Halbwertszeiten muss sich Fe-60 schon in festem Material eingelagert haben. Ca-41 ist das kurzlebigste Ausgangsprodukt, das indirekt nachgewiesen wurde. Also sollte zwischen dem Supernovaausbruch und dem ersten festen Material im protostellaren Nebel nur eine Zeitdifferenz von einigen hundet Millionen Jahren liegen.





Entstand die Sonne und das Sonnensystem zusammen mit anderen Sternen?

Massereiche Sterne, die bald als Supernova enden, sind sehr selten. Nur ein Stern von Tausenden hat dafür genug Masse. Wahrscheinlich war diese Supernova ein Mitglied eines grossen Sternhaufens



Auch unsere Sonne sollte ursprünglich einem großen Sternhaufen angehört haben. In den vergangenen 4.5 Milliarden Jahren sind aber durch die zu geringe Gravitationsbindung die Mitglieder des Haufens auseinander gedriftet.



Beispiel eines jungen offenen Sternhaufens



In offenen Sternhaufen kommt es manchmal zu engen Begegnungen mit anderen Haufensternen. Geschieht das in der Frühphase der Planetenbildung kann das Konsequenzen haben. Dadurch könnte z.B. ein anderer Stern den äußeren Teil des protoplanetaren Nebels unseres frühen Sonnensystems als Gezeitenschweif mitgeführt haben, so dass der Kuipergürtel nicht weiter nach aussen wachsen konnte



Susanne Pfalzner vom 1. Physikalischen Institut der Universität zu Köln machte dazu eine numerische Analyse, die sehr schön die Ausbildung eines Gezeitenschweifs durch den gravitativen Einfluss eines nahe vorbei fliegenden Sterns zeigt (kleiner Punkt in den Bildern).



Es gibt einen weiteren Hinweis, dass der frühe solare Nebel Masse aus dem äußeren Bereich verloren hat. Die über alle Objekte gemittelte Materiedichte
fällt jenseits von Uranus, also beginnend mit Neptun ab und ist für die mittlere Dichte der Kuipergürtelobjekte deutlich geringer verglichen mit der ursprünglichen Dichte im protoplanetaren Nebel. Dies ist ebenfalls ein Ergebnis der Arbeit von Susanne Pfalzner.



Es folgt ein Zusammenfassung, wie aus einer Reihe von Beobachtungen einige wesentliche Eigenschaften des frühen Sonnensystems abgeleitet werden konnten:














Kürzlich wurden Modelrechnungen in der Zeitschrift Nature veröffentlicht, die zeigen, dass die großen Planeten Jupiter und Saturn in den ersten 600 000 Jahren des jungen Sonnensystems auf völlig anderen Bahnen liefen. Sie entstanden zunächst bei 3.5 bzw. 4.5 AE, also etwas weiter innen als heute und bewegten sich langsam in das innere Sonnensystem. Bei etwas mehr als einer AE stellte sich eine 3:2 Resonanz in den Umlaufzeiten von Jupiter und Saturn ein, die dazu führte, dass beide Planeten wieder nach außen wanderten. Auf dem Weg nach innen und dann zurück durchquerten sie 2 mal den Bereich zwischen Erde und dem heutigen Asteroidengürtel und sammelten viel Materie auf. Deshalb konnte kein großer Planet (Megamars) mehr in dieser Gegend entstehen. Damit ist die Diskrepanz in früheren Simulationsrechnungen behoben, die immmer sehr große Mars-Planeten lieferten.



Am Ende des Vortrags bedankt sich Prof. Uli Klein recht herzlich bei Prof. Harald Lesch. Auch das Publikum zeigte seine Begeisterung durch einen lang anhaltenden Applaus.





Im Foyer des Forums hatten die Besucher noch die Möglichkeit, Bücher vom Prof. Harald Lesch zu erwerben und diese oder mitgebrachte Bücher von ihm signieren zu lassen.