Unser Sonnensystem lässt sich bei den acht Planeten grundsätzlich in zwei große Gruppen einteilen: die terrestrischen Planeten und die äußeren Riesenplaneten. Zu den terrestrischen Planeten gehören Merkur, Venus, Erde und Mars. Jupiter und Saturn sind klassische Gasriesen, während Uranus und Neptun genauer als Eisriesen bezeichnet werden. Alle vier äußeren Planeten werden häufig unter dem Oberbegriff „Riesenplaneten“ oder „jovianische Planeten“ zusammengefasst. (NASA Science)
Der wichtigste Unterschied liegt in der Zusammensetzung: Die inneren Planeten besitzen überwiegend feste, felsige Oberflächen und relativ hohe Dichten. Jupiter und Saturn bestehen dagegen größtenteils aus Wasserstoff und Helium. Uranus und Neptun enthalten einen deutlich höheren Anteil an Wasser, Ammoniak und Methan und werden deshalb als Eisriesen klassifiziert. (NASA Science)
Terrestrische Planeten und Riesenplaneten im Vergleich
| Merkmal | Terrestrische Planeten | Riesenplaneten |
|---|---|---|
| Planeten | Merkur, Venus, Erde, Mars | Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun |
| Lage | Inneres Sonnensystem | Äußeres Sonnensystem |
| Oberfläche | Fest, felsig | Keine feste Oberfläche wie bei der Erde |
| Hauptbestandteile | Gestein, Silikate, Metalle | Wasserstoff, Helium bzw. Wasser, Ammoniak, Methan |
| Durchschnittliche Dichte | Relativ hoch | Meist deutlich niedriger |
| Atmosphäre | Dünn bis sehr dicht | Sehr ausgedehnt und tief |
| Ringe | Keine ausgeprägten Ringsysteme | Alle vier besitzen Ringsysteme |
| Monde | 0 bis 2 | Viele Monde |
| Beispiele | Erde, Mars | Jupiter, Saturn |
| Untergruppen | Gesteinsplaneten | Gasriesen und Eisriesen |
NASA bezeichnet Merkur, Venus, Erde und Mars als terrestrische Planeten, weil sie kompakte, felsige Oberflächen besitzen. Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun gehören dagegen zu den äußeren Riesenplaneten. Jupiter und Saturn gelten als Gasriesen, Uranus und Neptun als Eisriesen. (NASA Science)
Dichte der Planeten: Tabelle
Die Dichte ist ein besonders guter Anhaltspunkt, um die beiden Planetengruppen zu unterscheiden. Sie beschreibt, wie viel Masse durchschnittlich in einem bestimmten Volumen enthalten ist.
| Planet | Planetentyp | Mittlere Dichte ca. |
|---|---|---|
| Merkur | terrestrisch | 5,43 g/cm³ |
| Venus | terrestrisch | 5,24 g/cm³ |
| Erde | terrestrisch | 5,51 g/cm³ |
| Mars | terrestrisch | 3,93 g/cm³ |
| Jupiter | Gasriese | 1,33 g/cm³ |
| Saturn | Gasriese | 0,69 g/cm³ |
| Uranus | Eisriese | 1,27 g/cm³ |
| Neptun | Eisriese | 1,64 g/cm³ |
Die terrestrischen Planeten weisen damit grundsätzlich eine deutlich höhere mittlere Dichte auf als die Gasriesen Jupiter und Saturn. Der Grund liegt in ihrem hohen Anteil an Gestein und Metall. Saturn besitzt sogar eine mittlere Dichte von weniger als 1 g/cm³ und ist damit im Durchschnitt weniger dicht als Wasser. (NASA Science)
Bei Uranus und Neptun ist die Situation etwas anders. Obwohl sie ebenfalls zu den äußeren Riesenplaneten gehören, besitzen sie eine höhere mittlere Dichte als Jupiter und Saturn. Ihr Inneres enthält einen erheblichen Anteil schwererer Stoffe, darunter Wasser, Ammoniak und Methan in extrem komprimierter und erhitzter Form. (NASA Science)
Warum sind terrestrische Planeten so dicht?
Die terrestrischen Planeten bestehen hauptsächlich aus relativ schweren Materialien wie Silikatgestein und Metallen. Besonders ihre Kerne enthalten große Mengen an Eisen und anderen schweren Elementen.
Die Erde ist mit einer mittleren Dichte von etwa 5,51 g/cm³ der dichteste Planet des Sonnensystems. Merkur kommt trotz seiner geringen Größe auf etwa 5,43 g/cm³. Dies hängt unter anderem mit seinem ungewöhnlich großen metallischen Kern zusammen.
genui{„learning_viz“:{„type_id“:“MASS_DENSITY_VOLUME_RELATION“,“initial_values“:{„mass“:12,“volume“:5},“locale_override“:“de-DE“}}
Vereinfacht gilt: Je mehr schwere Materialien in einem bestimmten Volumen enthalten sind, desto höher fällt die durchschnittliche Dichte aus.
Zusammensetzung: Gesteinsplaneten vs. Riesenplaneten
Ein entscheidender Unterschied zwischen den beiden Planetengruppen ist die chemische Zusammensetzung.
Terrestrische Planeten
Merkur, Venus, Erde und Mars bestehen überwiegend aus:
- Eisen und anderen Metallen
- Silikatgesteinen
- Mineralien
- verschiedenen Elementen in Kruste und Mantel
Typischerweise besitzen sie einen metallischen Kern, einen Gesteinsmantel und eine feste Kruste. NASA beschreibt terrestrische Planeten allgemein als Welten, deren Zusammensetzung von Gestein beziehungsweise Eisen dominiert wird und die eine feste oder teilweise flüssige Oberfläche besitzen können. (NASA Science)
Jupiter und Saturn
Jupiter und Saturn sind klassische Gasriesen. Ihre äußeren Schichten bestehen vor allem aus Wasserstoff und Helium. Unter den sichtbaren Wolkenschichten nimmt der Druck immer weiter zu. Dadurch geht Wasserstoff in dichtere Zustände über.
Bei Jupiter wird unter extremem Druck sogar metallischer Wasserstoff erwartet. Eine scharf definierte feste Oberfläche wie bei der Erde gibt es bei diesen Gasriesen nicht. (NASA Science)
Uranus und Neptun
Uranus und Neptun werden inzwischen meist nicht einfach mit Jupiter und Saturn gleichgesetzt. Sie gehören zur Untergruppe der Eisriesen.
Ihre Atmosphären enthalten ebenfalls überwiegend Wasserstoff und Helium, während ihr Inneres einen hohen Anteil an Wasser, Ammoniak und Methan enthält. Diese Stoffe liegen im Inneren jedoch nicht einfach als gewöhnliches Eis vor, sondern unter extremem Druck und bei sehr hohen Temperaturen in ungewöhnlichen Zuständen. (NASA Science)
Atmosphäre im Vergleich
Auch bei den Atmosphären gibt es große Unterschiede.
| Planet | Planetentyp | Wichtigste Bestandteile der Atmosphäre |
|---|---|---|
| Merkur | terrestrisch | Extrem dünne Exosphäre; u. a. Sauerstoff, Natrium, Wasserstoff |
| Venus | terrestrisch | Vor allem Kohlendioxid, Stickstoff; Schwefelsäurewolken |
| Erde | terrestrisch | ca. 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff |
| Mars | terrestrisch | Vor allem Kohlendioxid, dazu Stickstoff und Argon |
| Jupiter | Gasriese | Vor allem Wasserstoff und Helium |
| Saturn | Gasriese | Vor allem Wasserstoff und Helium |
| Uranus | Eisriese | Wasserstoff, Helium und Methan |
| Neptun | Eisriese | Wasserstoff, Helium und Methan |
Die Atmosphären der terrestrischen Planeten unterscheiden sich erheblich voneinander. Merkur besitzt keine dichte Atmosphäre im klassischen Sinn, sondern eine extrem dünne Exosphäre. Venus dagegen verfügt über eine sehr dichte Kohlendioxidatmosphäre mit einem Oberflächendruck von etwa 93 bar. (NASA Science)
Die Erde besitzt eine vergleichsweise ungewöhnliche Atmosphäre mit rund 78 Prozent Stickstoff und 21 Prozent Sauerstoff. Mars besitzt dagegen nur eine sehr dünne Atmosphäre, die größtenteils aus Kohlendioxid besteht. (NASA Science)
Bei den Riesenplaneten sind Wasserstoff und Helium die dominierenden Bestandteile der äußeren Atmosphäre. Methan spielt insbesondere bei Uranus und Neptun eine wichtige Rolle für deren charakteristische Färbung. (NASA Science)
Atmosphäre und Oberflächendruck
Ein weiterer großer Unterschied betrifft den atmosphärischen Druck.
| Planet | Oberflächen- bzw. Referenzdruck | Besonderheit |
|---|---|---|
| Merkur | nahezu 0 bar | praktisch keine dichte Atmosphäre |
| Venus | ca. 93 bar | extrem dichter Kohlendioxidmantel |
| Erde | ca. 1 bar | lebensfreundliche Atmosphäre |
| Mars | ca. 0,007–0,009 bar | sehr dünne Atmosphäre |
| Jupiter | keine feste Oberfläche | Druck nimmt mit Tiefe stark zu |
| Saturn | keine feste Oberfläche | Atmosphäre geht allmählich in dichtere Zustände über |
| Uranus | keine feste Oberfläche | dichte Atmosphäre über tiefem Inneren |
| Neptun | keine feste Oberfläche | sehr tiefe Atmosphäre |
Bei Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun ist der Begriff „Oberflächendruck“ deshalb nur eingeschränkt sinnvoll. Anders als bei der Erde oder dem Mars gibt es keine klar definierte feste Oberfläche, auf der ein Raumfahrzeug landen könnte. NASA beschreibt die äußeren Riesenplaneten entsprechend als Welten ohne harte Oberfläche. (NASA Science)
Größe: Terrestrische Planeten vs. Riesenplaneten
Auch bei den Abmessungen ist der Unterschied enorm.
| Planet | Durchmesser ca. | Gruppe |
|---|---|---|
| Merkur | 4.879 km | terrestrisch |
| Mars | 6.792 km | terrestrisch |
| Venus | 12.104 km | terrestrisch |
| Erde | 12.756 km | terrestrisch |
| Neptun | 49.528 km | Eisriese |
| Uranus | 51.118 km | Eisriese |
| Saturn | 120.536 km | Gasriese |
| Jupiter | 142.984 km | Gasriese |
Jupiter ist damit mehr als elfmal so breit wie die Erde. Selbst Uranus und Neptun besitzen einen Durchmesser von ungefähr dem Vierfachen der Erde. (NASA Science)
Die Größe allein bestimmt jedoch nicht die Zusammensetzung. Uranus und Neptun sind beispielsweise wesentlich kleiner als Jupiter und Saturn und unterscheiden sich auch hinsichtlich ihres inneren Aufbaus deutlich von den klassischen Gasriesen.
Gibt es bei Gasriesen einen festen Kern?
Diese Frage lässt sich nicht so einfach beantworten wie bei der Erde. Jupiter und Saturn besitzen keine feste Oberfläche. Im Inneren werden jedoch kompakte, schwere Bereiche beziehungsweise Kerne aus Gestein und schwereren Elementen erwartet.
Unter dem Einfluss des enormen Drucks verändern sich Wasserstoff und andere Stoffe mit zunehmender Tiefe. Bei Jupiter entsteht unter extremen Bedingungen metallischer Wasserstoff. (NASA Science)
Uranus und Neptun besitzen nach heutigen Modellen einen stärker differenzierten Aufbau mit einem felsigen Kern, einem sogenannten „Eismantel“ und einer äußeren Atmosphäre. Der Begriff Eis bezieht sich dabei auf Stoffe wie Wasser, Ammoniak und Methan und bedeutet nicht, dass dort gewöhnliches gefrorenes Eis vorliegt. (NASA Science)
Warum befinden sich die Gesteinsplaneten innen?
Die unterschiedliche Zusammensetzung der Planeten hängt eng mit der Entstehung des Sonnensystems zusammen.
Vor etwa 4,6 Milliarden Jahren entstand unser Sonnensystem aus einer rotierenden Wolke aus Gas und Staub. In der Nähe der jungen Sonne waren die Temperaturen so hoch, dass viele flüchtige Stoffe nicht dauerhaft kondensieren konnten. Übrig blieben vor allem hitzebeständige Materialien wie Gestein und Metall.
Weiter von der Sonne entfernt konnten dagegen auch flüchtige Stoffe wie Wasser und andere Verbindungen kondensieren. Dadurch standen dort mehr Materialien für die Entstehung großer Planetenkörper zur Verfügung. (NASA Science)
Terrestrische Planeten vs. Gasriesen: Die wichtigsten Unterschiede
| Kriterium | Terrestrische Planeten | Gasriesen |
|---|---|---|
| Anzahl im Sonnensystem | 4 | 2 klassische Gasriesen |
| Beispiele | Erde, Venus | Jupiter, Saturn |
| Eisriesen | Nein | Uranus und Neptun werden separat als Eisriesen eingeordnet |
| Oberfläche | Fest | Keine feste Oberfläche |
| Hauptmaterial | Gestein und Metall | Wasserstoff und Helium |
| Dichte | Hoch | Niedrig bis mittel |
| Atmosphäre | Relativ dünn bis sehr dicht | Sehr tief und ausgedehnt |
| Ringe | Keine ausgeprägten Ringsysteme | Vorhanden |
| Monde | Wenige | Viele |
| Größe | Relativ klein | Sehr groß |
| Kerne | Metallisch und felsig | Schwerer Kern bzw. dichter innerer Bereich erwartet |
| Sonnennähe | Inneres Sonnensystem | Äußeres Sonnensystem |
Sind Uranus und Neptun Gasriesen?
Im allgemeinen Sprachgebrauch werden Uranus und Neptun gelegentlich ebenfalls als Gasriesen bezeichnet. Wissenschaftlich ist die Bezeichnung Eisriesen jedoch präziser.
Jupiter und Saturn bestehen überwiegend aus Wasserstoff und Helium. Bei Uranus und Neptun machen Wasser, Ammoniak und Methan im Inneren einen wesentlich größeren Anteil aus. Ihre äußeren Atmosphären bestehen zwar ebenfalls vorwiegend aus Wasserstoff und Helium, ihre Gesamtzusammensetzung unterscheidet sich jedoch deutlich von derjenigen von Jupiter und Saturn. (NASA Science)
Fazit
Der Vergleich zwischen terrestrischen Planeten und Riesenplaneten zeigt zwei grundsätzlich unterschiedliche Planetentypen. Merkur, Venus, Erde und Mars sind kompakte Gesteinswelten mit festen Oberflächen, relativ hohen Dichten und überwiegend aus Gestein und Metall bestehenden Körpern.
Jupiter und Saturn sind dagegen klassische Gasriesen, deren Zusammensetzung hauptsächlich durch Wasserstoff und Helium geprägt ist. Uranus und Neptun nehmen eine Zwischenstellung innerhalb der Riesenplaneten ein und werden aufgrund ihres hohen Anteils an Wasser, Ammoniak und Methan als Eisriesen bezeichnet.
Die Dichte ist dabei eines der deutlichsten Unterscheidungsmerkmale: Die terrestrischen Planeten liegen grob im Bereich von etwa 3,9 bis 5,5 g/cm³, während die Riesenplaneten deutlich geringere mittlere Dichten besitzen. Gleichzeitig zeigen die Atmosphären, dass „Gasplanet“ nicht bedeutet, dass der gesamte Planet einfach aus Gas besteht. Unter den tiefen Atmosphärenschichten verändern sich Druck, Temperatur und Aggregatzustände der Materialien fundamental.