Das Sonnensystem

Zähle die Bestandteile des Sonnensystems auf und erkläre in einem Satz, was jede Art von Himmelskörper ist.

Das Schema zeigt das Sonnensystem in qualitativer Darstellung (Bahnen und Größen sind nicht realistisch). Nenne die mit den Zahlen 1 bis 8 markierten Planeten, vom sonnennächsten zum sonnenfernsten.

Erkläre den Unterschied zwischen einem Gesteinsplaneten und einem Gasplaneten und ordne die acht Planeten des Sonnensystems einer dieser beiden Gruppen zu.

2006 wurde Pluto zum Zwergplaneten erklärt. Erkläre, welches Kriterium der Planetendefinition er nicht erfüllt, und nenne einen weiteren Zwergplaneten des Sonnensystems.

Was sind der Asteroidengürtel und der Kuipergürtel? Gib an, wo sich jeder befindet und welche Art von Körpern er enthält.

Die Erde ist bisher der einzige Planet, auf dem Leben bekannt ist. Erkläre drei Eigenschaften der Erde, die sie lebensfreundlich machen, etwa ihren Abstand zur Sonne, das Vorhandensein von flüssigem Wasser oder ihre Atmosphäre.

Ein Weltraumteleskop hat drei felsige Exoplaneten entdeckt, die einen Roten Zwerg umkreisen, der kühler und kleiner ist als die Sonne und dessen habitable Zone zwischen $0,15\ \text{AE}$ und $0,30\ \text{AE}$ liegt:

• Planet A: Abstand zum Stern: $0,06\ \text{AE}$. Masse: $1,1$ Erdmassen. Dichte Atmosphäre, reich an Wasserdampf.

• Planet B: Abstand zum Stern: $0,22\ \text{AE}$. Masse: $0,9$ Erdmassen. Nachweisbares Magnetfeld und Atmosphäre mit $N_2$, $CO_2$ und Wasserdampf.

• Planet C: Abstand zum Stern: $0,25\ \text{AE}$. Masse: $0,02$ Erdmassen (ähnlich dem Mond). Keine nennenswerte Atmosphäre.

1. a) Analysiere begründet, welcher von ihnen der geeignete Kandidat für flüssiges Wasser und Leben ist, und begründe, warum du die beiden anderen ausschließt.
2. b) Erkläre, warum es eine notwendige, aber nicht hinreichende Bedingung für die Bewohnbarkeit eines Planeten ist, sich innerhalb der „habitablen Zone“ zu befinden.

Du sollst im Flur deiner Schule, der $50\ \text{m}$ lang ist, ein maßstabsgetreues Modell des Sonnensystems entwerfen. Du beschließt, die Sonne durch einen Basketball mit $24\ \text{cm}$ Durchmesser darzustellen (der tatsächliche Durchmesser der Sonne beträgt ungefähr $1\,390\,000\ \text{km}$).

1. a) Berechne bei demselben Maßstab, welchen Durchmesser die Erde haben müsste (tatsächlicher Durchmesser: $12\,742\ \text{km}$), und vergleiche ihn mit einem kleinen Alltagsgegenstand (etwa einem Stecknadelkopf oder einem Sandkorn).
2. b) Die mittlere Entfernung Erde–Sonne beträgt $1,5 \times 10^8\ \text{km}$ und die Entfernung des Neptun von der Sonne etwa $4,5 \times 10^9\ \text{km}$. Berechne, in welchem Abstand vom Ball du beide Planeten platzieren müsstest.
3. c) Begründe anhand der Ergebnisse, ob das vollständige Modell in den Flur passt, wenn gleichzeitig der Maßstab für die Größen und der für die Entfernungen eingehalten wird, und erläutere, warum Darstellungen des Sonnensystems in Schulbüchern oft in die Irre führen.

Eine Raumsonde erkundet den Neptun in $30\ \text{UA}$ Entfernung von der Sonne ($1\ \text{UA} = 150\ \text{Millionen km}$). In einem Moment, in dem Erde und Neptun von der Sonne aus gesehen auf derselben Seite ausgerichtet sind (Mindestabstand von $29\ \text{UA}$), erkennt die Sonde einen Gesteinsbrocken auf Kollisionskurs, der sie in $6\ \text{Stunden}$ treffen wird.

1. a) Berechne die Mindestzeit (in Stunden), die ein Alarmsignal von der Sonde zur Erde und der Korrekturbefehl zurück zum Neptun bräuchte, wenn sich Funksignale mit $300\,000\ \text{km/s}$ ausbreiten.
2. b) Sage auf Grundlage deiner Rechnung voraus, ob die Sonde überleben würde, wenn sie auf einen Befehl der Bodenkontrolle angewiesen wäre, und begründe, warum Raumfahrzeuge im äußeren Sonnensystem mit autonomen Echtzeit-Navigationssystemen arbeiten müssen.