Warum sind alle Planetenbahnen kreisförmig?

Die fast runden Wege der Planeten: Ein Tanz der Schwerkraft und des Drehimpulses

Wenn wir an die Bewegung der Planeten um die Sonne denken, visualisieren wir oft perfekte Kreise. Ein Bild, das der Einfachheit halber in Schulbüchern gerne verwendet wird, aber die Realität nur annähernd trifft. Denn tatsächlich beschreiben Planeten keine kreisförmigen, sondern elliptische Bahnen. Die Frage ist also nicht, warum Planetenbahnen kreisförmig sind, sondern warum sie fast kreisförmig sind – warum weichen sie nur geringfügig von der perfekten Kreisbahn ab? Die Antwort liegt in der turbulenten Entstehungsgeschichte unseres Sonnensystems und den fundamentalen Gesetzen der Physik, die diesen Prozess beherrschten.

Vor rund 4,6 Milliarden Jahren existierte an der Stelle unseres Sonnensystems eine riesige Wolke aus Gas und Staub – die sogenannte protoplanetare Scheibe. Diese Scheibe rotierte, angetrieben von der ursprünglichen Drehung der Wolke. Im Zentrum dieser rotierenden Scheibe begann sich durch Gravitationskollaps die Sonne zu formen. Die restliche Materie in der Scheibe klumpte nach und nach zusammen. Unzählige Staubkörner stießen aneinander, hafteten aneinander und bildeten immer größere Gesteinsbrocken. Diese wiederum zogen sich durch ihre zunehmende Gravitationskraft an und verschmolzen zu den Planeten, die wir heute kennen.

Dieser Prozess war alles andere als geordnet. Die frühen Stadien des Sonnensystems waren geprägt von chaotischen Kollisionen. Planetesimale, die Vorläufer der Planeten, prallten aufeinander, wurden zerstört, verschmolzen oder schleuderten sich gegenseitig aus der Bahn. Doch inmitten dieses Chaos wirkte eine ordnende Kraft: die Rotation der protoplanetaren Scheibe.

Durch die Rotation der Scheibe und die ständigen Kollisionen begann sich die protoplanetare Scheibe abzuflachen. Stellen Sie sich einen Pizzabäcker vor, der einen Teigling in die Luft wirft und ihn durch Drehen in eine flache Scheibe verwandelt. Ähnlich, aber in kosmischen Dimensionen, flachte sich die protoplanetare Scheibe ab. Dieser Abflachungsprozess führte dazu, dass sich die Bahnen der entstehenden Planeten immer mehr in einer Ebene anordneten und ihre Bewegungsrichtungen sich angleichten.

Ein weiteres entscheidendes physikalisches Prinzip, das zur Form der Planetenbahnen beitrug, ist die Erhaltung des Drehimpulses. Vereinfacht ausgedrückt besagt dieser Grundsatz, dass sich ein rotierendes Objekt schneller dreht, wenn sein Radius kleiner wird, und langsamer, wenn sein Radius größer wird. Eine Eiskunstläuferin, die bei einer Pirouette ihre Arme anzieht, dreht sich schneller – ein anschauliches Beispiel für die Drehimpulserhaltung. Im frühen Sonnensystem bedeutete dies, dass Planetesimale, die sich spiralförmig in Richtung Sonne bewegten, beschleunigt wurden, während sich jene, die sich von der Sonne entfernten, verlangsamten. Dieser Effekt stabilisierte die Bahnen und trug dazu bei, extrem exzentrische Ellipsen zu vermeiden.

Die resultierenden Planetenbahnen sind also ein Kompromiss aus den chaotischen Anfangsbedingungen, der abflachenden Wirkung der rotierenden Scheibe und der stabilisierenden Kraft der Drehimpulserhaltung. Sie sind zwar elliptisch, aber in den meisten Fällen nur geringfügig. Die fast kreisförmigen Bahnen sind ein Zeugnis der gewaltigen Kräfte, die unser Sonnensystem geformt haben, und der fundamentalen physikalischen Gesetze, die diesen Prozess leiteten. Ausnahmen, wie beispielsweise die stark elliptische Bahn des Zwergplaneten Pluto, erinnern uns daran, dass die Geschichte des Sonnensystems komplex und von vielfältigen Einflüssen geprägt ist. Die fast runden Wege der Planeten sind jedoch die Regel, ein Ergebnis des kosmischen Tanzes von Schwerkraft und Drehimpuls.