HIMMELSMECHANIK
Opposition
Was ist eine Opposition? Wann kann man einen Planeten am besten beobachten? Das machen wir am Beispiel des Mars fest. Gleiches gilt aber auch für die anderen äußeren Planeten wie Jupiter und Saturn.
Bei den inneren Planeten (Merkur und Venus) heißt das vergleichbare Ereignis untere Konjunktion.
Wann lässt sich der Mars am besten beobachten? Dazu müssen wir etwas ausholen. Wenn der Mars 1,5-mal so weit entfernt von der Sonne ist, wie die Erde, ist auch die gesamte Wegstrecke seiner Umlaufbahn 1,5-mal so lang wie die der Erde. Daher ist es kein Wunder, dass er auch mehr Zeit für eine Umrundung der Sonne braucht.
Stellen Sie sich ein Fußballfeld vor. Zwei Personen laufen gegen den Uhrzeigersinn um den Mittelkreis herum. Die erste Person läuft in einem Abstand von 20 Metern zum Mittelpunkt. Die zweite Person läuft in einem Abstand von 30 Metern zum Mittelpunkt. Beide starten auf gleicher Höhe (auf derselben Seite der Mittellinie stehend) und bewegen sich mit gleicher Geschwindigkeit.
Wie sieht der Zwischenstand nach der ersten Runde des inneren Läufers aus? Seine Runde war 126 Meter lang (2 × 20 m × π). Der äußere Läufer ist in dieser Zeit auch 126 Meter gelaufen. Da seine Runde aber insgesamt knapp 189 Meter lang ist (2 × 30 m × π), hat er noch 63 Meter vor sich (189 – 126 = 63). Er hat eine Drittelrunde (63 von 189 Metern) verloren. Unten stehend ist der Zwischenstand abgebildet.
Wann wird der innere Läufer den Äußeren überrunden? Wenn er bei jeder Umrundung eine Drittelrunde Vorsprung rausarbeitet, hat er nach drei Runden den äußeren Läufer überrundet. Nach drei Runden (aus Sicht des inneren Läufers) sind die beiden endlich wieder für einen Moment auf gleicher Höhe. Siehe Bild unten.
Das ist zugleich der Moment, an dem sich die beiden Läufer am nächsten sind. Da der eine Läufer 20 Meter vom Mittelpunkt entfernt steht und der andere Läufer 30 Meter, sind die beiden nur 10 Meter voneinander entfernt. Das trifft aber nur auf diesen einen Moment zu, wenn sich Mittelpunkt, innerer Läufer und äußerer Läufer auf einer Linie befinden. Mit jedem weiteren Schritt entfernen sie sich wieder voneinander. Erst drei Runden später (aus Sicht des inneren Läufers) sind sie wieder so nah beieinander.
Wenn der äußere Läufer langsamer laufen würde als der innere, bräuchte der innere Läufer natürlich keine drei vollen Runden, um den äußeren Läufer zu überrunden. Er würde es bereits nach weniger als drei Runden geschafft haben.
Der äußere Läufer in unserem Beispiel ist der Mars. Da seine Umlaufbahn 1,5 AE beträgt und damit auch die Wegstrecke um die Sonne 1,5-mal so lang ist, würde man erwarten, dass ein Marsjahr 1,5 Erdenjahre dauert. Dem obigen Beispiel folgend, müsste die Erde den Mars dann alle drei Jahre überrunden. Der Mars ist aber etwas langsamer als die Erde unterwegs. Deshalb braucht er nicht 1 Jahr und 6 Monate, sondern 1 Jahr und 10 ½ Monate (687 Tage) für eine Umrundung der Sonne.
Warum fliegt der Mars langsamer als die Erde? Die Anziehungskraft der Sonne wird schwächer, je weiter man sich von ihr entfernt. Eine stabile Umlaufbahn ergibt sich, wenn Fliehkraft und Anziehungskraft sich ausgleichen. Je weiter außerhalb man sich im Sonnensystem befindet, desto geringer ist die Gravitation und desto weniger Fliehkraft braucht man, um auf der Umlaufbahn zu bleiben. Weniger Fliehkraft heißt geringere Geschwindigkeit. Deshalb nimmt die absolute Geschwindigkeit der Planeten des Sonnensystems von innen nach außen kontinuierlich ab. Die äußeren Planeten fliegen langsamer als die inneren Planeten.
Die Erde braucht 365 Tage pro Runde um die Sonne, der Mars 687 Tage. Nach 365 Tagen hat die Erde genau 1,00 Runden um die Sonne geschafft, der Mars aber erst 0,53 Runden (365 ÷ 687 = 0,53). Oder anders ausgedrückt: Mit jedem Erdjahr holt die Erde 0,47 Umrundungen auf den Mars auf (1 – 0,53 = 0,47). Um den Mars zu überrunden, braucht sie also 2,13 Jahre (1 ÷ 0,47 = 2,13). Das entspricht 780 Tagen oder 2 Jahren und 2 Monaten.
Wie lässt sich die Zeit, die die Erde für eine Überrundung des Mars braucht, als einfache Formel ausdrücken? „ e “ wie Erde ist die Umlaufzeit der Erde um die Sonne und „ m “ wie Mars die Umlaufzeit des Mars um die Sonne. Ob man die Zeitangaben in Erdtagen, Erdjahren, Marstagen, Marsjahren oder als Sternzeit aus Raumschiff Enterprise angibt, ist egal. Hauptsache e und m werden in derselben Einheit angegeben. In diesem Fall rechnen wir der Einfachheit halber in Erdtagen. (Wir verwenden etwas genauere Angaben als zuvor. So dauert ein Erdenjahr nicht 365 Tage, sondern 365,26 Tage. Deshalb gibt es alle vier Jahre einen 29. Februar.)
e ÷ (1 â (e ÷ m))
365,26 ÷ (1 â (365,26 ÷ 686,98))
=Â Â 779,95Â Tage
=Â 26Â Monate
= 2 Jahre und 2 Monate
Nach dieser Zeitspanne stehen beide Planeten wieder „auf gleicher Höhe“. Das heißt, dass Sonne, Erde und Mars wieder eine gedachte Linie bilden. Und das bedeutet, dass sich die beiden Planeten besonders nah sind.
Dieses Ereignis nennt sich Marsopposition. Das Gegenteil davon ist die Marskonjunktion. In beiden Fällen bilden Sonne, Erde und Mars eine Linie. Bei Opposition sind sich Erde und Mars so nah, wie sonst nie. Bei Konjunktion sind sie so weit voneinander entfernt, wie sonst nie. Auf dem unten stehenden Bild sieht man links die Opposition und rechts die Konjunktion.
Warum ist das interessant? Da sich Erde und Mars bei der Opposition besonders nah sind, ist der Mars auch besonders groß zu sehen. Für die Beobachtung von Oberflächenstrukturen macht das einen gewaltigen Unterschied. Da der Radius der Erdumlaufbahn 1,0 AE beträgt und der Radius der Marsumlaufbahn ungefähr 1,5 AE, beträgt der Minimalabstand zwischen Erde und Mars ungefähr 0,5 AE (Opposition) und der Maximalabstand ungefähr 2,5 AE (Konjunktion). Durch die elliptische Bahn des Mars und andere Abweichungen sieht es in der Realität so aus, dass der Minimalabstand genaugenommen bei 0,37 AE und der Maximalabstand bei 2,68 AE liegt.
Schauen Sie nochmals auf die obige Illustration und gucken Sie sich die Konjunktion an. In dieser Zeit ist der Mars überhaupt nicht zu beobachten, da er sich nachts außerhalb unseres Blickfelds befindet.
Unser Beobachtungsrhythmus folgt dem eben berechneten 26-Monats-Intervall. Zunächst ist der Mars unsichtbar (Konjunktion). Dann taucht er niedrig am Horizont in der Morgendämmerung auf. Nach 13 Monaten ist Opposition. Wir sehen ihn die ganze Nacht über und er steigt hoch am Himmel empor. Dann verabschiedet er sich langsam wieder und ist nur noch in der Abenddämmerung und wesentlich niedriger zu sehen. Wir steuern wieder auf eine Konjunktion mit einem unsichtbaren Mars zu. Und alles beginnt von Neuem.
Verständlicherweise herrscht alle 26 Monate – zur Zeit der Marsopposition – unter Hobbyastronomen Hochstimmung, weil sich unser roter Nachbar dann am besten beobachten lässt.
Mehr Infos zu den Planeten:
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