Die Entstehung des Sonnensystems
Wolken aus Gas und Staub als Ausgangsmaterial
Zwischen den Sternen, im interstellaren Raum, befinden sich Wolken aus Gas und Staub. Astronomen und Astronominnen nennen sie Nebel. Sie bestehen vor allem aus Wasserstoff und Helium und bilden das Ausgangsmaterial für neue Sterne und Planeten. Wenn ein Stern zerfällt, entsteht ebenfalls wieder ein Nebel. Mehr dazu ist unter Sternentwicklung zu lesen. Der nächste Nebel von der Erde aus ist der Helixnebel - er ist 700 Lichtjahre von uns entfernt und enstand beim Zerfall eines Sterns. In seinem Innern ist als Überbleibsel ein Weisser Zwerg zu sehen.
Eine protoplanetare Scheibe entsteht
Die Staub- und Gaswolke ist an manchen Orten durch Turbulenzen verdichtet und kollabiert dort unter ihrer eigenen Gravitation. Aus der kontrahierten Materie entstehen Sterne - etwa unsere Sonne.
Falls die Wolke am Anfang auch nur minimal rotierte, so wurde diese Rotation während der Kontraktion mehr und mehr beschleunigt. Grund dafür ist ein physikalisches Gesetz, das besagt, dass der Drehimpuls eines Systems erhalten bleibt. Den Effekt kennen wir von Eiskunstläufern und -läuferinnen: Bei einer Pirouette rotieren sie zunächst langsam mit ausgestreckten Armen. Wenn sie die Arme aber näher zum Körper bringen, beschleunigt sich die Rotation. Die Wirkung ist umso grösser, je stärker sich die Anfangs- von der End-Spannweite unterscheidet.
Nach demselben Prinzip beschleunigt sich also die Rotation einer Gaswolke, wenn sie sich zusammenzieht. Der Drehimpuls der riesigen Wolke wird auf den vergleichsweise kleinen Stern übertragen. Eine gerade entstandene Sonne rotiert nun so schnell, dass ein Teil ihrer Masse der Fliehkraft folgend nach aussen gedrückt wird und so eine Scheibe senkrecht zur Rotationsachse der Sonne formt. Der Auswurf von Masse bremst schliesslich die schnell rotierende Sonne ab. Um den noch jungen Stern hat sich eine Scheibe aus Gas gebildet; eine protoplanetare Scheibe.
Vom Staubkorn zum Planeten
Mit der Zeit kühlt das Material der protoplanetaren Scheibe ab. Einzelne Elemente kondensieren langsam aus, die hitzebeständigsten in Sonnennähe, die flüchtigeren Elemente nur in grosser Distanz zur Sonne. So verändert sich die chemische Zusammensetzung der Scheibe von innen nach aussen.
Mehr und mehr auskondensierte Staubteilchen bevölkern nach und nach die protoplanetare Scheibe. Dabei ballen sich die Staubkörner zu grösseren Staubagglomeraten zusammen (ein Prozess, der sich bei vielen Menschen auch zuhause hinter dem Sofa abspielt).
Aus diesen Staubballungen entstehen schliesslich Körper mit Durchmessern von einigen Kilometern, genannt Planetesimale. Hier ist unser Verständnis des Planeten-Bauplan noch lückenhaft. Wie sich diese Planetesimale genau zusammenfügen können, ist noch nicht bekannt.
Durch Zusammenstösse mit anderen Brocken wachsen die Planetesimale, denn ihre Gravitationskraft hält die Kollisionspartner zusammen. Allmählich entwickeln sich so feste Objekte mit Planetengrösse. Da die protoplanetaren Scheibe gegen aussen hin dicker wird, entstehen in den äusseren Bereichen grössere Planeten als in der Nähe der Sonne. Nachdem ein Objekt das kritische Gewicht von etwa 10 Erdmassen erreicht hat, beginnt es zudem auch das umliegende Gas der Scheibe zu akkreditieren. Es bildet sich schliesslich ein Gasgigant.
Aus diesem Szenario fügt sich ein Bild zusammen, wie wir es heute grob von unserem Sonnensystem haben: Vier kleine Gesteinsplaneten im inneren Bereich und vier grosse Gasplaneten im äusseren Bereich umkreisen die Sonne in nahezu kreisrunden Bahnen und senkrecht zur Rotationsachse ihres Zentralgestirns.