Unser kosmisches Zuhause — acht Planeten, eine Sonne und unzählige kleinere Körper, eingebettet in einen Raum, den Licht über ein halbes Jahr durchquert.
Das Sonnensystem besteht aus der Sonne und allem, was gravitativ an sie gebunden ist. Nur 0,14 % der Gesamtmasse entfallen auf alles außer der Sonne — trotzdem enthält dieser winzige Bruchteil acht Planeten, Hunderte von Monden, Millionen Asteroiden und Milliarden von Kometen. Die Planeten bewegen sich nahezu alle in der Ekliptikebene, dem abgeflachten Überrest der protoplanetaren Scheibe, aus der das System entstand. Ein fundamentaler Einschnitt trennt die Welt der Planeten: die Schneegrenze bei etwa 3–5 AE — dort, wo flüchtige Verbindungen wie Wasser, Methan und Ammoniak im frühen Sonnensystem als Eis vorlagen und zur Bildung der massereichen äußeren Planeten beitrugen.
Die Sonne erzeugt ihre Energie durch die Proton-Proton-Kette (pp-Kette): Vier Wasserstoffkerne (Protonen) fusionieren schrittweise zu einem Heliumkern. Der dabei entstehende Massendefekt wird nach E = mc² vollständig in Energie umgewandelt — pro Sekunde werden ca. 620 Millionen Tonnen Wasserstoff zu Helium fusioniert. Die abgestrahlte Leistung beträgt 3,86 × 10²⁶ Watt. Die Sonnenstrahlung benötigt jedoch bis zu 100.000 Jahre, um den diffusen Strahlungstransport vom Kern bis zur Konvektionszone zu überwinden; von der Photosphäre zur Erde sind es dann nur noch rund 8 Minuten.
Die Sonne ist ein G-Typ-Hauptreihenstern — in der Astronomie als "gelber Zwerg" bezeichnet, obwohl sie tatsächlich weiß strahlt (die Atmosphäre färbt sie gelblich). G-Sterne machen nur rund 7 % aller Sterne der Milchstraße aus; die Mehrheit sind rote Zwerge (M-Typ). Die Sonne liegt mit ihrer Leuchtkraft und Masse recht genau im mittleren Bereich stabiler Hauptreihensterne — unspektakulär für die Astronomie, ideal für die Entstehung von Leben.
Die vier inneren Planeten entstanden innerhalb der Schneegrenze aus Silikaten und Metallen. Leichte, flüchtige Verbindungen wurden durch den Sonnenwind und die intensive frühe Strahlung verdampft — was übrigblieb, waren dichte, gesteinsreiche Körper mit metallischen Kernen. Ihre Schwerkraft ist zu gering, um leichte Gase wie Wasserstoff und Helium festzuhalten.
Der sonnennächste Planet besitzt keine echte Atmosphäre und hat daher die extremsten Temperaturschwankungen im System. Bemerkenswert: Merkur dreht sich in einer 3:2-Spin-Orbit-Resonanz — drei Eigenrotationen entsprechen genau zwei Umläufen um die Sonne. Trotz seiner geringen Größe hat Merkur einen außergewöhnlich großen Eisenkern (85 % des Radius), der ein schwaches Magnetfeld erzeugt.
Der heißeste Planet im Sonnensystem — heißer als Merkur, obwohl weiter entfernt. Ursache ist ein extremer Treibhauseffekt: Die dichte CO₂-Atmosphäre (92× Erddruck) lässt kaum Wärme entweichen. Dazu dreht sich die Venus retrograd und extrem langsam (ein Venustag dauert 243 Erdtage, ein Venusjahr nur 225). Der Sonnenaufgang ist dort im Westen zu beobachten. Venus gilt als Warnung, was mit einer Erde ohne Treibhausrückkopplung geschehen kann.
Der einzige bekannte Planet mit flüssigem Wasser an der Oberfläche und bestätigtem Leben. Die Plattentektonik reguliert über geologische Zeiträume den CO₂-Gehalt der Atmosphäre (Kalk-Kohlenstoff-Kreislauf) und stabilisiert damit das Klima. Das starke Magnetfeld, erzeugt durch den flüssigen äußeren Eisenkern, schützt die Biosphäre vor dem Sonnenwind. Der relativ große Mond stabilisiert die Erdachsenneigung (23,5°) und verhindert chaotische Klimaschwankungen.
Der Mars trägt mit dem Olympus Mons den höchsten Vulkan des Sonnensystems (21 km) und das größte Canyonsystem, das Valles Marineris (4.000 km lang, 7 km tief). Heute ist die Atmosphäre zu dünn (0,6 % des Erddrucks), um flüssiges Wasser zu halten — doch geologische Spuren belegen, dass Mars vor 3–4 Milliarden Jahren flüssiges Wasser auf der Oberfläche hatte. Der Verlust des Magnetfeldes vor rund 4 Milliarden Jahren ließ den Sonnenwind die Atmosphäre abtragen.
Jenseits der Schneegrenze konnten Planeten durch die gefrorenen Verbindungen (Eis, Methan, Ammoniak) ausreichend Masse akkumulieren, um durch ihre Gravitation auch Wasserstoff und Helium aus dem protoplanetaren Nebel einzufangen. Gasriesen bestehen hauptsächlich aus H und He; Eisriesen enthalten einen größeren Anteil an "Eis" — womit in der Planetologie Verbindungen wie H₂O, NH₃ und CH₄ in superkritischem oder flüssigem Zustand gemeint sind, nicht festes Wassereis.
Der größte Planet übertrifft alle anderen Planeten zusammen an Masse um mehr als das Zweifache. Sein Großer Roter Fleck ist ein seit mindestens 350 Jahren tobender Sturm, größer als die Erde. Jupiter rotiert am schnellsten aller Planeten (9 h 56 min) und entwickelt durch seine starke Corioliskraft markante Wolkenbänder. Die vier Galileischen Monde (Io, Europa, Ganymed, Kallisto) — entdeckt 1610 von Galilei — sind jeweils für sich faszinante Welten: Io ist vulkanisch aktiv, Europa hat unter seiner Eiskruste einen globalen Ozean.
Saturns spektakuläres Ringsystem besteht aus Milliarden Eis- und Gesteinsbrocken (1 cm bis mehrere Meter), die sich über 282.000 km Radius erstrecken, aber nur 10–100 m dünn sind. Seine mittlere Dichte von 0,69 g/cm³ ist die geringste aller Planeten — Saturn würde auf Wasser schwimmen. Der Mond Titan hat eine dichte Stickstoffatmosphäre und Seen aus flüssigem Methan. Enceladus schleudert Wassergeysire ins All — ein Indiz für einen subglazialen Ozean.
Uranus ist der kälteste Planet des Sonnensystems — trotz Neptuns größerer Entfernung. Er strahlt kaum innere Wärme ab, was auf eine ungewöhnliche interne Struktur hindeutet. Sein markantestes Merkmal ist die axiale Neigung von 97,77°: Er rollt quasi auf seiner Bahn und zeigt der Sonne für ~42 Jahre abwechselnd einen seiner Pole zu. Vermutlich wurde er durch eine Kollision mit einem erdgroßen Körper in diese Lage gebracht.
Neptun besitzt die stärksten bekannten Winde im Sonnensystem — bis zu 2.100 km/h, obwohl er kaum Sonnenenergie erhält. Er muss daher enorme innere Wärme abstrahlen. Sein größter Mond Triton umkreist ihn retrograd — ein Hinweis, dass Triton kein natürlicher Mond ist, sondern ein eingefangenes Objekt aus dem Kuipergürtel. Triton bewegt sich spiralförmig auf Neptun zu und wird in ca. 3,6 Milliarden Jahren zerrissen werden.
Die Habitable Zone (HZ), auch Goldilocks-Zone genannt, ist der Bereich um einen Stern, in dem ein Planet mit Atmosphäre flüssiges Wasser an der Oberfläche haben kann. Die Grenzen hängen von der Sternluminosität, der Albedo (Reflexionsvermögen) des Planeten und seiner Atmosphärenzusammensetzung ab. Die konservative HZ unseres Systems liegt bei 0,99 bis 1,70 AE — Mars liegt an der äußeren Grenze, kommt aber mangels ausreichender Atmosphäre nicht in den Genuss des Treibhauseffekts. Venus wiederum hätte in der HZ gelegen, verlor aber durch einen außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt alle Wasserozeane.
Klassische HZ-Modelle beschreiben nur Planeten an der Oberfläche. Aber auch weit außerhalb kann Leben existieren: Jupiters Mond Europa und Saturns Mond Enceladus besitzen unter dicken Eiskrusten globale Salzwasserozeane, warmgehalten durch Gezeitenkräfte. Enceladus schleudert aktiv Wassergeysire ins All, die die Raumsonde Cassini analysierte — und dabei organische Verbindungen und molekularen Wasserstoff fand. Dies deutet auf hydrothermale Aktivität hin, die auf der Erde seit Jahrmilliarden Leben beherbergt. Das Konzept der HZ muss daher um eine subsolare Zone erweitert werden, die deutlich weiter reicht.
Zwischen, außerhalb und rund um die Planeten bevölkert eine Vielzahl kleinerer Objekte das Sonnensystem — fossile Überreste der Entstehungszeit, eingefangene Körper oder Trümmer vergangener Kollisionen.
Voyager 1, gestartet 1977, passierte 2012 als erstes menschgemachtes Objekt die Heliopause — die Grenze zwischen Sonnenwind und interstellarem Medium — bei etwa 121 AE. Seither befindet sie sich im interstellaren Raum, sendet aber noch immer schwache Funksignale zur Erde (Laufzeit: ~22 Stunden). Bis zum Kuipergürtel war sie nur Jahrzehnte unterwegs; bis zur inneren Oortschen Wolke braucht sie noch etwa 300 Jahre, bis zum äußeren Rand ~30.000 Jahre.
Das Sonnensystem entstand vor rund 4,57 Milliarden Jahren aus einer kollabierenden Molekülwolke aus Gas und Staub. Auslöser war vermutlich die Druckwelle einer nahegelegenen Supernova — was auch erklärt, warum sich im frühen Sonnensystem kurzlebige radioaktive Isotope wie ²⁶Al befanden, die nur in Supernova-Ejecta entstehen.
Die Planetenzahl ist kein Zufall, sondern Folge der Scheibenphysik und der Schwerkraft: Zu nahe beieinander destabilisieren sich Planeten auf langen Zeitskalen, zu weit auseinander akkretiert nicht genug Material. Computersimulationen zeigen, dass unser System unter vielen möglichen Ausgangsbedingungen eine besondere Stabilität hat — möglicherweise begünstigt durch Jupiters frühe Entstehung, die das Asteroidenmaterial "aufräumte" und die Bildung eines fünften terrestrischen Planeten verhinderte. Mars wäre bei anderen Anfangsbedingungen deutlich massereicher geworden.