Wissen: Planeten- und Kometenbeobachtung

Das Wort „Planet“ stammt ursprünglich aus dem Griechischem und bedeutet sinngemäß „Wandelstern“. Dies rührt daher, da die Planeten mit Ausnahme von Uranus und Neptun helle und auffällige astronomische Objekte am Nachthimmel sind. Sie stehen aber nicht still, sondern bewegen sich gegenüber dem Sternenhintergrund (dem Fixsternhimmel). Befinden sie sich in günstiger Beobachtungsposition (der Opposition), gehören sie zu den hellsten Gestirnen am Nachthimmel und sind deshalb relativ einfach aufzufinden. Aus diesen Gründen gehören sie bei Astronomie-Einsteigern zu den begehrtesten Beobachtungszielen.

 Die Planeten im richtigen Größen- (oben) und Entfernungsverhältnis (unten). Bildquelle: NASA

Um die inneren Planeten (Merkur und Venus) zu beobachten, müssen sie in größter westlicher oder größter östlicher Elongation befinden. In oberer Konjunktion steht der Planet von der Erde aus gesehen hinter der Sonne und ist daher dann nicht beobachtbar (siehe rechte untere Abb.). Die untere Konjunktion ist der Punkt, in dem sich der Planet zwischen Erde und Sonne befindet – wäre dann also nur am Taghimmel zu sehen, was aber sehr schwierig ist. Hier finden auch die sehr seltenen Transits von Merkur und Venus vor der Sonne statt (vgl. nebenstehende obere Abb.).

In beiden Konjunktionen sind die inneren Planeten also quasi nicht zu beobachten. Als größte westliche bzw. östliche Elongation bezeichnet man den größten Winkelabstand eines inneren Planeten von der Sonne in westlicher bzw. östlicher Richtung. Dies sind die günstigsten Beobachtungsphasen für die inneren Planeten (vgl. nebenstehende Abbildung). Ähnlich wie bei der Mondbeobachtung sehen wir dann aber nur einen Teil der beleuchteten Oberfläche von Merkur oder Venus. Daher zeigen sich bei der Beobachtung Phasen, die an die des Mondes erinnern.

Venus-Transit im Jahre 2012

Aspekte der inneren Planeten

Im Jahr 1610 sichtete der große Astronom Galileo Galilei ein bisher unbekanntes Objekt in der Dämmerung tief am Horizont. Giovanni Zupus, ebenfalls italienischer Astronom, stellte 1639 fest, dass dieses Objekt die Sonne umkreist. Der Planet Merkur war entdeckt worden. Erste Detailbeobachtungen gelangen Giovanni Schiaparelli gegen Ende des 19. Jahrhunderts.

Merkur ist von den fünf im Mittelalter bekannten Planeten der am schwierigsten zu beobachtende. Das liegt einzig und allein an dem stets sehr kleinen Abstand zur Sonne. Merkur geht höchstens zwei Stunden nach der Sonne unter, bzw. morgens höchstens zwei Stunden vor der Sonne auf. Er ist also nur in der Dämmerung zu beobachten und somit schwer zu finden, obwohl er so hell wie die hellsten Sterne leuchten kann. Auch Merkur kann nur beobachtet werden, wenn er sich in größter westlicher oder östlicher Elongation befindet.

Phase des Merkurs bei max. Elongation

Merkurtransit im Jahre 2006

Entsprechend können wir bei Merkur nur Phasen beobachten. Der Planet selbst ist sehr klein. Um mit erdgebundenen Teleskopen (des Hobby-Bereichs) eine Struktur auf der Oberfläche auszumachen, ist nahezu unmöglich. Auch ein Merkur-Transit (also das Vorbeiziehen vor der Sonne) kommt sehr selten vor. Um Merkur zu beobachten, wenn er noch möglichst hoch über dem Horizont steht, muss er schnell gefunden werden. Die beste Chance, Merkur schnell zu orten, hat man mit einem guten Fernglas. Damit sollte der Horizont in der Nähe der Sonnenuntergangsstelle abgesucht werden.

Venus ist der zweitinnerste Planet unseres Sonnensystems und hat ungefähr die Größe der Erde. Ihre Atmosphäre besteht aus Kohlendioxid, Stickstoff, Schwefeldioxid und verschiedenen Edelgasen. Diese Zusammensetzung (in Verbindung mit ihrer Nähe zur Sonne) macht unseren Nachbarplaneten zu einer lebensfeindlichen und geheimnisvollen Welt. Bei ihrem Umlauf um die Sonne rotiert die Venus rückläufig, d.h. genau gegenläufig zu unserer Erde. Auf der Venus ist daher im Westen Sonnenaufgang und im Osten Sonnenuntergang. Venus ist nach Sonne und Mond das dritthellste Objekt am Himmel. Seit alters her ist sie bekannt als Morgen- oder Abendstern (heute wissen wir natürlich, dass sie kein Stern ist). Als Morgenstern erscheint sie uns, wenn sie sich in größter westlicher Elongation befindet und entsprechend als Abendstern in größter östlicher Elongation. Von allen „Leuchtpunkten“ der Nacht ist Venus dann der Erste, der in der Dämmerung am Himmel erscheint (oder morgens der letzte, der verschwindet). Manchmal kann man sie sogar schon sehen, wenn die Sonne noch nicht untergegangen ist (oder schon aufgegangen ist). Sie strahlt auffällig und kraftvoll und zieht alle Blicke auf sich.

Venus als Abendstern neben dem Mond

Venus mit Wolkenstruktur

Zunächst bewegt sich der Planet auf seiner Bahn zwischen den Sternen rechtläufig von West nach Ost. Rechtläufig bedeutet, dass die Rektaszension des betrachteten Himmelskörpers mit der Zeit zunimmt. Nach Beginn der sogenannten Oppositionsschleife „bremst“ der Planet ab und kommt vor dem Hintergrund der Sterne scheinbar zum Stillstand. Es folgt eine rückläufige Bewegung, bei der sich der Planet vor dem Sternenhintergrund von Ost nach West bewegt. Dieser Prozess wird dadurch verursacht, dass die Erde den Planeten zur Opposition überholt. Beim Ende der rückläufigen Bewegung tritt ein erneuter Stillstand ein, und die Bewegung wird wieder rechtläufig. Schließlich ist die Oppositionsperiode abgeschlossen.

Typische Oppositionsschleife am Beispiel des Mars 2009 / 2010. Der Abstand zwischen den einzelnen Planetenpositionen beträgt jeweils drei Tage

Nach einer Konjunktion zur Sonne beginnt die Sichtbarkeitsphase eines äußeren Planeten zur Sonne mit einer Morgensichtbarkeit am Osthimmel. Der Abstand zur Sonne vergrößert sich hierbei, da die Bewegung der Sonne auf der Ekliptik von West nach Ost schneller ist als die Eigenbewegung des Planeten auf seiner Bahn in gleicher Richtung. Infolgedessen geht der Planet täglich ein paar Minuten früher auf, und er ist mit der Zeit immer besser zu beobachten. Während dieser Phase nehmen der scheinbare Durchmesser und die Helligkeit des Planeten stetig zu. Die nebenstehende Abbildung zeigt die zunehmende Horizonthöhe eines Planeten nach der Konjunktion am Beispiel der beginnenden Saturn-Sichtbarkeitsphase Ende 2010.

Die Darstellung beginnt am 25.10.2010 (links unten) und dauert zwei Monate. Der Abstand der beschrifteten Positionen beträgt fünf Tage.

Mars ist zunächst ein kleiner Gesteinsplanet. Sein Durchmesser entspricht etwas mehr als der Hälfte dessen der Erde. In idealer Oppositionsstellung erreicht er seinen minimalen Abstand zur Erde mit 0,371 AE ($\approx$ 55 Mio. km). Sein scheinbarer Durchmesser beträgt dann rund 25‘‘ – das entspricht ungefähr 1/75 des scheinbaren Durchmessers, unter dem uns der Mond erscheint. In einem kleinen Teleskop erscheint uns Mars zunächst als rotes Scheibchen. In etwas größeren Geräten erkennt man bereits sehr gut die Polkappen, sowie einige Oberflächendetails wie helle und dunkle Bereiche.

Giovanni Schiaparelli hatte den Mars 1877 besonders intensiv mit einem Teleskop beobachtet und auf seiner Oberfläche feine Linien entdeckt, die er als Kanäle bezeichnete. Von nun an wurde wild spekuliert, wie diese Kanäle wohl zustande kamen. Die synodische Umlaufzeit – also die Zeit von Opposition zu Opposition – beträgt rund 2,1 Jahre. Wir finden also grob nur alle 2 Jahre ideale Beobachtungsbedingungen für die Marsbeobachtung.

Mars mit Polkappe, Quelle: NASA

Marskarte von Giovanni Schiaparelli

Anders als Mars ist Jupiter alljährlich zu beobachten. Er braucht knapp zwölf Jahre, um einmal um die Sonne zu ‚kreisen‘. Daher bewegt er sich am Firmament um mehr als dreißig Grad pro Jahr ostwärts. So wandert er im Schnitt pro Jahr um ein Sternbild weiter. Im Jahr 2023 war er in den Sternbildern Fische und Widder unterwegs. Unter letzterem dreht er seine typische Oppositionsschleife, die er 2023 Anfang September zu vollziehen begann. Die Opposition erreichte er im November 2023, zu der Zeit war Jupiter am prächtigsten zu beobachten. Jupiter ist der größte Planet unseres Sonnensystems. Sein Äquatordurchmesser beträgt rund 143.000 km, was ungefähr 11 Erddurchmessern entspricht.

Jupiter in natürlichen Farben mit Schatten des Mondes Europa, fotografiert von der Raumsonde Cassini (Quelle: Wikipedia)

Saturn ist der wohl auffälligste Planet unseres Sonnensystems, was er seinem Ringsystem zu verdanken hat. Die nebenstehenden Abbildungen zeigen den Anblick von Saturn bei ca. 30-facher Vergrößerung (oben) bzw. aus der Nähe durch die Raumsonde Cassini fotografiert (unten). Wie Jupiter, findet auch mit Saturn jährlich eine gute Oppositionsstellung zur Beobachtung statt. Das Ringsystem konnte schon Galileo Galilei durch sein Teleskop halbwegs erkennen. Dass es sich um einen Ring handelt, der um den Planeten gelegt ist, hat er aber noch nicht verstanden. Er dachte der Planet hat links und rechts jeweils einen Henkel. So wie eine Kaffeetasse mit zwei Henkeln zum Festhalten. Was gibt es sonst noch zu entdecken? Auf jeden Fall die Cassinische Teilung. Es handelt sich um eine Lücke zwischen den Ringen, die etwa 4.800 km breit ist. Bei guten Verhältnissen (ruhige Luft) kann man durchs Teleskop einen schmalen, dunklen Strich innerhalb des Saturnrings sehen.

Wie die Erdachse, ist auch die Rotationsachse des Saturns gegenüber der Ekliptik geneigt. Dadurch sehen wir von der Erde aus das Ringsystem Jahr für Jahr immer aus einer etwas anderen Perspektive. Nach einem Saturnjahr ($\approx$  30 Jahre) sehen wir ihn wieder in seiner Ausgangsposition. Aktuell bewegen wir uns auf die Seitenansicht zu und im Jahr 2025 wird der Ring fast nicht mehr zu sehen sein, da wir dann genau auf die Kante schauen.

Saturn, wie man ihn bei ca. 30-facher Vergrößerung durch ein Teleskop wahrnimmt.

Saturn in natürlichen Farben, fotografiert am 6. Oktober 2004 von der Raumsonde Cassini aus einer Entfernung von 6,3 Millionen km.

Perspektive auf das Ringsystem von der Erde aus gesehen.

Um des Gasriesen Uranus am Himmel zu finden, braucht man schon sehr gute Augen und einen dunklen Nachthimmel, ohne störende Lichtquellen, wie etwa Straßenlampen oder den Mond. Ohne zu wissen, wo man suchen sollte, hat man aber keine Chance, ihn zu entdecken. Uranus hat, wenn man ihn entdeckt, eine grünlich-bläuliche Färbung und leuchtet nicht sehr hell. Sein scheinbarer Durchmesser beträgt im Idealfall knapp 3‘‘ (also ca. nur 1/8 der des Mars), weshalb er auch in größeren Teleskopen nur als grünliches Scheibchen sichtbar ist.

Neptun ist für unsere bloßen Augen nicht am Himmel auffindbar. Er ist so weit entfernt (zwischen 4,3 und 4,7 Milliarden Kilometer!), dass er uns sehr klein erscheint, obwohl er doch ein Gasriese ist. Auch in einem Fernglas oder Teleskop können wir nur ein winziges bläuliches Scheibchen erkennen. Um Neptun zu beobachten, benötigen wir unbedingt ein Teleskop und vor allem eine Sternkarte, in der seine genaue Position eingezeichnet ist. Für genauere Beobachtungen reichen selbst die größten Teleskope der Erde nicht aus. Nur eine Raumsonde, die in seine Nähe kommt, kann mehr erkennen.

Uranus und Neptun durch ein Teleskop und mit digitaler Kamera aufgenommen.