Thema: Sonnensystem
 

Thema
Sonnensystem

Einleitung

Auf dieser Seite nehmen wir dich mit auf eine faszinierende Reise: einmal quer durch unser Sonnensystem! Du lernst andere Welten kennen, erfährst spannende Dinge über die verschiedenen Himmelskörper – und wir erzählen dir, welche Fragen gerade in der Forschung behandelt werden und welche ungelösten Rätsel es noch gibt. Kurz und gut: Es wird aufregend! Und weil es auch eine ziemliche lange Reise wird, noch ein Tipp: Du musst dir das nicht in einem Rutsch durchlesen, sondern kannst dir den Text gerne aufteilen und immer nur ein Kapitel ansehen und dann später weitermachen – ganz wie du Lust hast. Schließlich ist das hier keine Autofahrt mit den Eltern, bei der Kinder von der Rückbank immer wieder ungeduldig rufen „Wann sind wir endlich da?“. Sondern unsere Reise soll dir richtig Spaß machen! Also: Los geht’s ins Weltall!

Das ist kein echtes Bild, sondern eine künstlerische Darstellung der Milchstraße. Für ein echtes Foto, das unsere Galaxie so wie hier abgebildet zeigt, hätte ein Satellit viele Millionen Jahre lang durchs All fliegen müssen. Bild: NASA/JPL-Caltech/ESO/R. Hurt

Verschaffen wir uns erst einmal einen Überblick: Unsere Sonne ist einer von vielen Milliarden Sternen, die alle zusammen unsere Galaxie bilden, die Milchstraße genannt wird. Nach Schätzungen sind das insgesamt zwischen 100 und 400 Milliarden Sterne – eine unvorstellbar große Zahl. Die Milchstraße kannst du dir von der Form her wie eine riesige Scheibe vorstellen, sagen wir mal wie eine überdimensionale Frisbee-Scheibe: also recht flach, wenn man sie von der Seite betrachtet, aber enorm „breit“, wenn man von oben draufschauen würde. Die Sonne ist dabei nicht im Zentrum und auch nicht ganz außen, sondern ungefähr auf halbem Weg zwischen Mitte und Rand. Der nächste Stern – er heißt Proxima Centauri – ist etwa 4 Lichtjahre entfernt. Upps, haben wir „Lichtjahre“ gesagt? Den Begriff müssen wir gleich mal erklären: Ein Lichtstrahl bewegt sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit durch das Universum. Ob es Licht von einem Stern ist oder ob du auf dem Mond stehen würdest und – rein theoretisch – eine Taschenlampe anknipst: Licht hat immer dasselbe Tempo. Das ist die sogenannte Lichtgeschwindigkeit. Sie beträgt 300.000 Kilometer in einer Sekunde. Nur mal als Beispiel: Der Mond ist etwa 400.000 Kilometer von der Erde entfernt. Würdest du also auf dem Mond – immer noch rein theoretisch – eine superultramegamäßig starke Taschenlampe anknipsen, würde man das auf der Erde nicht sofort sehen. Denn der Lichtstrahl käme erst nach etwas mehr als einer Sekunde bei uns hier unten an. Das Licht der Sonne ist etwas mehr als 8 Minuten bis zur Erde unterwegs. Und vom nächsten Stern benötigt das Licht eben 4 Jahre bis zu unserem Planeten. Andere Sterne in unserer Galaxie sind 10 oder 100 oder sogar weit über 1.000 Lichtjahre entfernt.

So, das soll zum Überblick genügen. Jetzt geht’s wirklich los mit unserer Reise durchs Sonnensystem. Wir starten in der Mitte, bei der Sonne selbst. Zieh schon mal die Sonnenbrille auf ;-) Nein, Späßchen. Mach es dir bequem und pass auf – denn es gibt da einige spannende Sachen zu lernen.

Warum scheint die Sonne?

Ein Bild der Sonne, aufgenommen vom Satelliten SDO. Rechts haben wir zum Größenvergleich ein Bild der Erde einkopiert. Du siehst, wie groß die Sonne ist und wie klein dagegen die Erde ist. Bild: NASA, SDO

Bei der Sonne kümmern wir uns hier vor allem um die Frage, warum sie eigentlich scheint. Aber fangen wir erst einmal mit der Größe der Sonne an. Verglichen mit der Erde ist sie gewaltig! Mehr als 100 Mal könnte man die Erde nebeneinander aufreihen wie auf einer Perlenkette – das wäre ungefähr der Durchmesser der Sonne. Nur ganz nebenbei: Vergleicht man die Sonne mit anderen Sternen, dann gibt es da wahre „Riesen“, die Hunderte oder sogar Tausende Male größer sind. So gesehen ist die Sonne also ein ziemlich durchschnittlicher Stern.

Doch ob groß oder klein oder mittel wie unsere Sonne – alle Sterne haben etwas gemeinsam: Sie strahlen. Aber wieso strahlt die Sonne überhaupt? Warum scheint sie so hell? Einfache Frage, aber komplizierte Sache, die wir dir hier mal ganz stark vereinfacht erklären.

Wie bei allen Sternen spielt sich im Inneren der Sonne ein Prozess ab, der Kernfusion genannt wird. Dazu muss man wissen: Alle Materie – egal ob fest wie ein Stein oder flüssig wie Wasser oder gasförmig wie Luft – besteht aus winzigen Teilchen, den Atomen. Und die Atome setzen sich aus einem winzigen Kern und anderen noch winzigeren Teilchen zusammen, die wir hier mal Minimini-Teilchen nennen. Die Sonne besteht zu einem großen Teil aus einem Gas, das Wasserstoff heißt. Stell dir den Kern eines Wasserstoff-Atoms mal wie einen Tischtennisball vor. Außerdem gibt es in der Sonne auch noch ein anderes Gas namens Helium – da kannst du dir den Atomkern so vorstellen, als ob er aus vier Tischtennisbällen bestehen würde, die ganz eng aneinanderkleben. Im Inneren der Sonne herrscht nun ein so gewaltiger Druck, dass die Atome und ihre Kerne regelrecht zusammengequetscht werden. Jetzt stell dir das mal bildlich vor: Die Wasserstoff-Tischtennisbälle geraten in diesem Gedränge ganz eng aneinander, werden feste zusammengedrückt und bilden dadurch Helium-Atomkerne. Das passiert in der Sonne andauern, sodass pausenlos Wasserstoff in Helium verwandelt wird.

Was das damit zu tun hat, dass die Sonne scheint? Bei diesem Prozess, bei dem die Atomkerne verschmelzen, werden einige der Minimini-Teilchen, aus denen Atome bestehen, freigesetzt. Sagen wir mal, das neue Helium-Atom, das aus vier Wasserstoff-Atomen entstanden ist, braucht einige der Minimini-Teilchen nicht mehr und schickt sie fort. Diese freigesetzten Teilchen werden daher als Strahlung abgegeben und deshalb scheint die Sonne. Übrigens: Weil die Sonne auf diese Weise andauernd Minimini-Teilchen freisetzt und abgibt, verliert sie auch andauernd an Masse. Jedes dieser Teilchen wiegt zwar nur ganz, ganz wenig. Aber insgesamt ergibt das eine ziemliche Menge! In jeder Sekunde verliert die Sonne 4 Millionen Tonnen an Gewicht! Das ist so viel wie 4 Millionen Autos! Nanu? Ist dann irgendwann Schluss damit? Tja, tatsächlich wird die Sonne eines Tages aufhören zu strahlen. Aber das dauert noch eine ganze Weile. Um genau zu sein: Die Sonne gibt es seit 5 Milliarden Jahren und sie wird noch weitere 5 Milliarden Jahre „leben“.

So, jetzt weißt du also, warum die Sonne so hell strahlt. Allerdings müssen wir da noch etwas ergänzen: Denn die Sonne strahlt nicht nur Licht aus. Es gibt nämlich auch andere Arten von Strahlung. Das spürst du ja schon, wenn du an einem sonnigen Tag draußen bist und es warm oder sogar heiß ist. Das liegt an der Wärmestrahlung. Außerdem sendet die Sonne auch noch andere Strahlungsarten aus – zum Beispiel die ultraviolette Strahlung. Die kennst du sicher auch: Das ist die Strahlung, die die Haut braun werden lässt und manchmal auch zu einem Sonnenbrand führt. All diese Arten von Strahlung können wir anders als das sichtbare Licht nicht mit unseren Augen sehen.

Das ist auch bei einer weiteren Strahlungsart so, die wir noch kurz erwähnen müssen. Die Rede ist vom Sonnenwind. Dabei geht es um Folgendes: Auf der Sonnenoberfläche bilden sich manchmal Sonnenflecken. Und in diesen Regionen – immer stark vereinfacht gesagt – dringt dann manchmal Materie und besonders starke Strahlung nach außen. Die Materie, die dabei ins All geschleudert wird, fällt anschließend wieder auf die Sonne zurück. Aber die Strahlung, die bei diesen Ausbrüchen ausgesandt wird, kann sogar weit hinaus bis zur Erde gelangen. Ein wenig von diesem Sonnenwind gibt es immer und im Normalfall schützt uns auf der Erde das Magnetfeld unseres Planeten davor. Wie ein unsichtbarer Schutzschirm hält es den Sonnenwind ab. Aber wenn der Sonnenwind besonders stark ist, kann es passieren, dass er den Schutzschirm durchbricht. Das kann dazu führen, dass die Satellitennavigation und der Funkverkehr gestört werden. Ohne sichere Navigation und Funk müssen dann Flugzeuge am Boden bleiben. Außerdem können durch den Sonnenwind, der aus elektrisch geladenen Teilchen besteht, auch Kraftwerke überlastet werden. Damit dann die Stromleitungen keinen Schaden nehmen und durchschmoren, müssen die Kraftwerke rechtzeitig vom Netz genommen werden. Woher man weiß, wann all diese Vorsichtsmaßnahmen nötig sind? Es gibt Satelliten, die die Sonne rund um die Uhr beobachten und im Ernstfall vor einem starken geomagnetischen Sturm – so nennt man solche Ereignisse mit starkem Sonnenwind – warnen. Hier siehst du ein kurzes Video des Satelliten SDO, der die Sonne permanent überwacht.

Dieses kurze Video zeigt im Zeitraffer eine gewaltige Eruption auf der Sonne – aufgenommen vom Satelliten SDO. Quelle: NASA

Merkur: Das Rätsel tief im Inneren des kleinen Planeten

Der Planet Merkur, gesehen von der Raumsonde MESSENGER. Bild: NASA, John Hopkins University

Es gäbe noch viel über die Sonne zu sagen – aber wir müssen weiter auf unserer Reise, sonst kommen wir nie bei den äußeren Planeten an. Fliegen wir also mal zu dem ersten Planeten, der von der Sonne aus gesehen ganz innen um sie herum kreist. Die Rede ist von Merkur. Er ist viel kleiner als die Erde und nur etwas größer als unser Mond. Er ähnelt dem Mond auch äußerlich: eine graue Steinkugel mit unzähligen Kratern. Und wie der Mond hat Merkur praktisch keine Atmosphäre. Denn mit seiner geringen Masse übt er zu wenig Anziehungskraft aus, um eine Lufthülle „festhalten“ zu können.

Eine Aufnahme der amerikanischen Raumsonde MESSENGER, die den Merkur aus der Umlaufbahn untersucht hat. Bild: NASA, John Hopkins University

Eine Steinkugel mit Kratern und ohne Luft – klingt langweilig? Oh nein! Denn unter seiner Oberfläche tief im Innern verbirgt sich ein Rätsel! Merkur gehört wie die Erde zu den sogenannten Gesteinsplaneten. Und wie alle diese Planeten hat er außen eine Kruste, darunter weitere Schichten und ganz innen einen Kern. Der Kern besteht aus Metall. Das Ganze kannst du dir wie einen Pfirsich vorstellen: außen die Schale, darunter das Fruchtfleisch und innen der Kern. Das Besondere bei Merkur ist nun, dass sein Kern eigentlich für diesen kleinen Planeten viel zu groß ist. Als ob ein Pfirsichkern nicht in einem Pfirsich, sondern in einer kleinen Mandarine stecken würde. Das Rätsel daran ist: Wie kann es sein, dass ein so kleiner Planet einen so großen Kern hat? Was ist da passiert? Heute geht man davon aus, dass Merkur früher einmal viel größer war und dann bei einem Crash einen großen Teil verloren hat. Da könnte ein anderer Himmelskörper in ihn hineingedonnert sein und massenweise Materie aus seinen äußeren Schichten herausgesprengt haben. Solche Zusammenstöße gab es in der Anfangszeit unseres Sonnensystems öfter, als sich die Planeten gerade erst gebildet hatten und noch nicht schön geordnet auf ihren heutigen Bahnen um die Sonne kreisten. Damals ging es ziemlich wild durcheinander – und auch die Erde hat wahrscheinlich in ihrer Frühzeit einen heftigen Treffer abbekommen. Aber dazu später mehr …

Damit wir es nicht auf unserer langen Reise vergessen: Wenn du selbst mal dein eigenes Sonnensystem erstellen willst, gibt es hier eine interaktive Grafik. Da kannst du Planeten um die Sonne kreisen lassen und außerdem auch noch einen Mond hinzufügen, der wiederum den Planeten umrundet. Man kann auch die Masse der Sonne verändern und sie also in einen größeren Stern verwandeln – und dann verändert sich natürlich auch die Art und Weise, wie ein Planet angezogen wird und auf welcher Bahn er sich bewegt. Und apropos Mond: Merkur hat keinen Mond und das gilt auch für den nächsten Planeten, den wir jetzt besuchen …

Venus: Heiße Hölle mit dichter Atmosphäre

Das ist kein Foto, sondern eine künstlerische Illustration. Sie zeigt, wie es auf der Venus aussehen könnte. Da siehst du aktive Vulkane – und die könnte es dort tatsächlich geben. Jedenfalls hat eine Sonde der Europäischen Weltraumorganisation ESA, die Venus Express hieß, vor ein paar Jahren die Venus umkreist und aus der Ferne Anzeichen für heiße Lava entdeckt. Bild: ESA, AOES Medialab

Jetzt zum nächsten Planeten, zur Venus. Auf ihrer Oberfläche ist es höllisch heiß! Über 450 Grad Celsius. Das ist mehr als in jedem Backofen und sogar heißer als auf Merkur. Selbst Metalle wie Blei würden da schmelzen. Du wunderst dich vielleicht jetzt: Denn die Venus ist ja weiter von der Sonne entfernt als Merkur. Wieso ist es dann auf der Venus noch heißer? Das liegt an dem enormen Treibhauseffekt, der auf der Venus herrscht. Wie bei einem Treibhaus dringt Sonnenwärme von außen hinein, aber nicht mehr all diese Wärme entweicht wieder nach draußen. Die Venus speichert also sehr viel Sonnenwärme und dadurch heizt sie sich auf diese hohen Temperaturen auf. Woran das liegt? Die Atmosphäre der Venus besteht fast ausschließlich aus dem Gas Kohlenstoffdioxid – und das ist ein sogenanntes Treibhausgas, das genau diesen Effekt erzeugt. Und von diesem Gas gibt es dort so viel, dass in der „Luft“ ein enormer Druck herrscht. Zum Vergleich: Der Luftdruck ist in der Venus-Atmosphäre 90 Mal höher als bei uns auf der Erde. Das ist so viel wie in 900 Metern Wassertiefe.

Eines der ganz wenigen echten Fotos, die es von der Venusoberfläche gibt. Es wurde von einer russischen Landesonde namens Venera 14 im Jahr 1982 aufgenommen. Bild: Russian Academy of Science

Manche Raumsonden, die auf der Venus gelandet sind, wurden durch den hohen Druck schon nach kurzer Zeit regelrecht zerquetscht. Immerhin konnten diese Landesonden vorher noch einige Daten zur Erde funken und auch Bilder machen und per Funk übermitteln. Andere Aufnahmen stammen von Sonden, die um die Venus kreisten und mit Radarinstrumenten durch die dichten Wolken „hindurchsehen“ konnten. Wie eine Sonde mit Radarsignalen durch Wolken sehen kann? Das geht so: Die Sonde sendet mit ihren Instrumenten Radarsignale zum Boden. Von dort werden sie zurückgeworfen – wie von einem Spiegel oder wie das Echo von einem Berg – und die Sonde empfängt das Radarsignal dann wieder. Wenn das Signal nun bis in ein tiefes Tal und zurück zur Sonde unterwegs war, braucht es für diesen Weg natürlich etwas mehr Zeit, als wenn es auf einen hohen Berg gestoßen ist und von dort zur Sonde zurückgeworfen wurde. Ist klar, oder? Große Entfernung von der Sonde zum Boden bedeutet längere Zeit, bis das Signal zurück ist. Kürzere Entfernung bedeutet, dass das Signal nicht so lange unterwegs ist. Dabei geht es immer nur um Sekundenbruchteile. Aber das genügt: Aus den Unterschieden dieser sogenannten Signallaufzeiten – also von den Zeiten, die ein Signal runter und zurück benötigt – kann man dann berechnen, wo Täler oder Berge oder flache Ebenen sind. So hat man die Oberfläche der Venus mit Radarsignalen praktisch rundherum „abgetastet“ und weiß, wie es da aussieht. Die Daten über die Oberfläche und die Höhen und Tiefen kann man sogar in Bildern und Videos darstellen. Die Videos sehen dann so aus, als ob jemand in einem Düsenflugzeug über die Venus geflogen ist – in Wirklichkeit sind es aber nur Messdaten, die in diese Perspektive umgerechnet wurden. Klingt etwas kompliziert – aber egal: Sieh dir einfach dieses Video von der Venusoberfläche an, das auf diese Weise entstanden ist. Spannend ist dabei vor allem der erste Teil, in dem du wie im Tiefflug über die Venusoberfläche saust.

Das ist eine Illustration (also auch kein echtes Foto). Da schweben über den Wolken der Venus Luftschiffe, die so ähnlich wie Zeppeline aussehen. Eine solche Mission wird zurzeit von der amerikanischen NASA diskutiert. Noch ist aber offen, ob das mal eines Tages auch so durchgeführt werden soll. Bild: NASA

Interessant ist auch die Atmosphäre der Venus: Am Boden ist die Luft noch sehr heiß. Aber je höher man steigt und je näher man dem eiskalten Weltraum kommt, umso kühler wird die Luft. In etwa 50 Kilometern Höhe ist es ungefähr so warm wie bei uns auf dem Erdboden. Und in dieser Höhe ist auch der Luftdruck nicht mehr so stark wie ganz unten, sondern etwa so wie bei uns auf der Erde. Merkst du etwas? Da gibt es also eine Zone in der Venus-Atmosphäre, auf der fast die Bedingungen wie bei uns auf dem Erdboden herrschen. Bedingungen wie bei uns auf der Erde? Seit man das entdeckt hat, haben Fachleute immer wieder darüber nachgedacht, ob es dort auch Leben geben könnte. Vielleicht einfache Bakterien, die da durch die Atmosphäre treiben? Und tatsächlich haben Wissenschaftler vor wenigen Jahren eine sensationelle Entdeckung gemacht: Sie haben in der Venus-Atmosphäre eine chemische Verbindung aufgespürt, die eigentlich nur durch Bakterien entstehen kann. Doch als man die Daten nochmal überprüfte, kamen Zweifel auf. Möglicherweise war das auch nur ein Messfehler. Inzwischen glauben die meisten Forscher nicht daran, dass da die Spuren von kleinen Lebewesen in der Venus-Atmosphäre entdeckt wurden. Aber um das alles genauer zu untersuchen, will man weitere Raumfahrtmissionen zu unserem Nachbarplaneten starten. Eine ziemlich utopische Idee ist dabei die folgende: Eine Raumsonde könnte in eine Umlaufbahn um die Venus einschwenken und dort ein Luftschiff – so ähnlich wie einen Zeppelin – absetzen. Und dieses Luftschiff könnte dann in der Atmosphäre schweben, Messdaten sammeln und zur Erde funken. Wiegesagt: ziemlich utopisch. Aber wer weiß? Vielleicht erlebst du das ja eines Tages tatsächlich mit … Hier ein Video, das zeigt, wie das in ferner Zukunft aussehen könnte.

Erde: Der richtige Abstand zur Sonne

Die Erde – gesehen von den Apollo-Astronauten, die vor etwa 50 Jahren auf dem Mond waren. Dieses Foto entstand bei Apollo 17, der letzten Mission, bei der Menschen den Mond betraten. Bild: NASA

Die Erde ist – wie die anderen Planeten unseres Sonnensystems – vor etwa 4,6 Milliarden Jahren entstanden. Damals bildeten sich alle Himmelskörper unseres Sonnensystems aus einer kosmischen Gas- und Staubwolke. Die Gas- und Staubteilchen waberten anfangs durchs All, wie wir das auch in vielen anderen Regionen der Milchstraße durch Teleskope beobachten können. Allmählich zogen sie sich gegenseitig an, klumpten aneinander und formten die einzelnen Himmelskörper: in der Mitte die Sonne, drumherum die einzelnen Planeten.

Noch mal zur Erinnerung: Die Venus ist unser Nachbarplanet auf der „Innenbahn“ um die Sonne. Und um es schon mal vorweg zu nehmen: Unser anderer Nachbarplanet auf der „Außenbahn“ ist der Mars. Auf der Venus ist es wiegesagt extrem heiß, auf dem Mars ist es sehr kalt – und dazwischen bei uns auf der Erde herrschen bekanntlich recht angenehme Temperaturen. Tja, wir haben eben genau den richtigen Abstand zur Sonne: nicht zu heiß und nicht zu kalt. Diese lebensfreundliche Entfernung nennt man auch die „habitable Zone“. Übersetzt ist damit eine „bewohnbare“ Zone gemeint. Je nachdem, wie groß oder klein ein Stern ist und wie stark oder schwach er strahlt, kann diese Zone näher oder weiter von ihm weg sein – du kannst dir das wie einen Schwimmreifen oder auch einen Donut um den Stern herum vorstellen. Und bei unserer Sonne befindet sich die Bahn der Erde genau in diesem Gebiet.

Das Wichtigste bei der „habitablen Zone“ ist: Hier kann es Wasser in flüssiger Form geben, wie wir das ja auf unserem Planeten kennen und wie wir es zum Leben brauchen. Zum Vergleich: Auf der Venus würde Wasser wie in einem Kochtopf verdampfen – es käme also nur als Gas vor, eben als Wasserdampf. Auf dem Mars gibt es Wasser nur in gefrorenem Zustand, also in fester Form als Eis. Ganz nebenbei: Gasförmig, flüssig oder fest – das nennt man die „Aggregatzustände“. Ob es dabei um Wasser oder auch um irgendwelche chemischen Elemente oder Verbindungen geht, ist egal. Der einzige Unterschied ist, bei welchen Temperaturen etwas gefriert und dadurch fest wird oder wann es gasförmig wird. Wasser friert bekanntlich bei 0 Grad Celsius (das kennt man ja von kalten Wintertagen) und verdampft bei 100 Grad Celsius (so heiß muss es also im Topf auf dem Herd werden, bevor es dampft und man Spaghetti zum Kochen hineingeben kann). Irgendwann kommt das bei euch sicher im Chemieunterricht vor und dann hast du hiermit schon mal davon gehört.

Wie kommen wir jetzt von den Spaghetti wieder ins Sonnensystem zurück? Ach richtig, es ging um die Temperaturen. Also: Auf der Erde herrschen lebensfreundliche Temperaturen und so entstand hier tatsächlich vor etwa 4 Milliarden Jahren das allererste Leben. Erst waren das nur winzig kleine Lebewesen: ganz einfache Einzeller wie Bakterien und Algen. Erst später entwickelten sich komplizierter aufgebaute Lebensformen, bei denen die einzelnen Zellen verschiedene Funktionen übernahmen – manche Zellen vielleicht für das Sehen, andere für die Haut und so weiter. Das nennt man dann Vielzeller und dazu gehören Pflanzen, Tiere und auch wir Menschen. Ob sich wohl auch auf anderen Planeten Leben entwickelt hat? Das ist eine der spannendsten Fragen der heutigen Forschung! Und damit sind wir auch schon fast bei unserem Nachbarplaneten Mars. Erst aber noch einige Infos zu unserem eigenen Planeten und zu einem kosmischen „Crash“, bei dem wir einen Begleiter bekamen …

Ein anderer Himmelskörper stößt mit der Erde zusammen, als unser Planet gerade erst entstanden war. Bild: NASA

Die Erde war anfangs eine glühend heiße Kugel, die allmählich abkühlte und eine feste Kruste bekam. Und dann – vor etwa 4,5 Milliarden Jahren – gab es einen gewaltigen Zusammenstoß: Ein anderer Himmelskörper – vielleicht halb so groß wie unser Planet – schrammte gegen die Erde. Dabei wurden riesige Mengen an Materie aus der jungen Erde herausgeschleudert. Auch der Planet, der in die Erde krachte, wurde dabei regelrecht „pulverisiert“. Die ganzen Trümmer – eigentlich wohl eher kleine Teilchen, die man sich wie Staub vorstellen kann – formten einen riesigen Ring um unseren Planeten, kamen sich durch ihre Anziehungskraft allmählich immer näher, klumpten aneinander und bildeten schließlich eine große Kugel: den Mond. Das ist jedenfalls die heutige Theorie über die Entstehung des Mondes. Nun ist eine Theorie erst einmal nur eine Theorie – sie kann stimmen oder auch nicht. Aber sie wurde inzwischen durch Untersuchungen bestätigt: Vor rund 50 Jahren landeten Astronauten auf dem Mond – das waren die amerikanischen Apollo-Missionen. Insgesamt gab es sechs Landungen in verschiedenen Regionen des Mondes. Dabei setzten immer zwei Astronauten mit der Landefähre auf der Oberfläche auf und sammelten Steine ein – insgesamt über 300 Kilogramm. Dieses Mondgestein wurde später in Laboren auf der Erde gründlich untersucht. Und es zeigte sich: Es ist tatsächlich dem Gestein auf der Erde so ähnlich, dass man davon ausgehen kann, dass der Mond einmal Teil der Erde war.

Der Mond ist etwa 400.000 Kilometer von der Erde entfernt – das hatten wir ja schon gesagt. Die Astronauten haben damals gerade einmal vier Tage für den Flug dorthin benötigt. Zum Vergleich: Bis zum Mars wäre ein Raumschiff etwa ein halbes Jahr unterwegs – nur für die Hinreise wohlgemerkt.

Kurz noch ein paar Zahlen zur Erde: Sie hat einen Durchmesser von etwa 12.000 Kilometern. Einmal um den ganzen Äquator rum sind es 40.000 Kilometer – das nennt man bei einer Kugel den Umfang. Übrigens: Dass die Erde eine Kugel ist und diesen Umfang hat, haben griechische Gelehrte schon vor über 2000 Jahren herausgefunden. So, das soll jetzt erst einmal genügen. Jetzt fliegen wir endlich weiter zu unserem äußeren Nachbarplaneten Mars. Und dafür brauchen wir hier auf unserer Gedankenreise glücklicherweise keine sechs Monate, sondern schwupps – schon sind wir da!

Mars: Der „Rote Planet“

Dieses Foto wurde vom Mars-Rover Curiosity aufgenommen. Diese Rover sind automatische Fahrzeuge, die mehrere Kameras und auch viele Instrumente an Bord haben – wie zum Beispiel Bohrer und auch Geräte, um die Zusammensetzung des Bodens zu analysieren. Ein Rover ist damit so etwas wie ein fahrendes Chemielabor. Die Bilder und auch die Ergebnisse der Untersuchungen werden dann zur Erde gefunkt. Bild: NASA

Willkommen auf dem „Roten Planeten“! Warum der Mars so genannt wird? Seine Oberfläche hat tatsächlich eine rötliche Färbung. Das kannst du sogar schon mit bloßem Auge sehen, wenn du den Mars am Nachthimmel betrachtest! Um ihn zu finden, gibt es verschiedene Apps – auch unsere eigene App „DLR_next“, die du gratis herunterladen kannst. Du wirst sehen: Sein Licht schimmert tatsächlich leicht rötlich. Wobei wir eine Sache gleich noch korrigieren müssen: Planeten leuchten und strahlen nicht selbst – das machen nur Sterne! Dass der Mars oder auch die Venus und andere Planeten hell wie ein Stern aussehen, hat einen anderen Grund: Sie werden – wie unsere Erde – von der Sonne angestrahlt und reflektieren ihr Licht. „Reflektieren“ heißt, dass sie das Sonnenlicht zurückwerfen wie ein Spiegel.

Das ist eine von vielen Aufnahmen, die eine deutsche Kamera auf der europäischen Sonde Mars Express aus der Umlaufbahn um den Roten Planeten aufgenommen hat. Deutlich ist da ein ausgetrockneter Flusslauf zu erkennen. Bild: ESA, DLR, FU Berlin

Jetzt aber zu der Frage, warum der Mars rötlich aussieht. Es hat mit der Beschaffenheit seiner Oberfläche zu tun: In dem Sand und Gestein ist nämlich viel Eisen enthalten. Und weil Eisen, wenn es rostet, rötlich wird, ist der Mars-Boden eben rötlich gefärbt. Wenn man so will, ist der Mars so etwas wie ein „Rost-Planet“. Aber Moment mal! Fällt dir daran etwas auf? Wie entsteht denn Rost? Oder anders gefragt: Wodurch rostet Eisen? Das passiert nur, wenn es mit Wasser in Berührung kommt. Das würde aber bedeuten, dass es einmal Wasser auf dem Mars gab! Und genau dafür haben Fachleute inzwischen viele Beweise gefunden. Auf Bildern von Raumsonden, die den Mars umkreisen und mit Kameras beobachten, sieht man ausgetrocknete Flusstäler. An der Breite der Täler lässt sich sogar erkennen, wie viel Wasser da einmal geflossen sein muss. Es hat wahrscheinlich sogar früher riesige Seen und sogar Meere auf dem Mars gegeben. Aber nochmal „Moment mal!“. Wir hatten doch oben gesagt, dass es auf dem Mars zu kalt für flüssiges Wasser ist. Stimmt! Heute ist das tatsächlich so. Aber man nimmt an, dass der Mars früher einmal deutlich wärmer war. Und gleich ein drittes Mal „Moment mal!“. Flüssiges Wasser ist ja eine der Voraussetzungen für Leben. Wenn es auf dem Mars einmal flüssiges Wasser gab – kann es sein, dass sich dort auch Leben entwickelt hat? Tja, das ist genau die Frage, die unsere Fachleute am Mars so besonders interessiert. Natürlich denken sie dabei nicht an grüne Mars-Männchen. Aber einfache Lebensformen wie Bakterien könnte es dort tatsächlich mal gegeben haben. Vielleicht findet man ihre Spuren noch heute irgendwo im Mars-Boden. Genau danach suchen auch Rover wie Curiosity und Perseverance – das sind automatische Fahrzeuge – auf der Oberfläche. Ob sie etwas finden werden? Noch ist dieses spannende Rätsel nicht gelöst!

Asteroiden: Kosmische Felsbrocken

So ähnlich wie in dieser Zeichnung kannst du dir den Asteroidengürtel vorstellen. Bild: NASA
Der „Felsbrocken“ heißt Ida und ist ein etwa 30 Kilometer großer Asteroid, der von einer Raumsonde im Vorbeiflug fotografiert wurde. Wenn du ganz genau hinschaust, siehst du rechts daneben einen kleinen Punkt: Das ist ein anderer winziger Asteroid, der Ida umkreist – gewissermaßen ein „Mini-Mond“ des Asteroiden. Bild: NASA

Wir machen uns vom Mars auf die weitere Reise in Richtung Jupiter. Auf unserem Weg durchqueren wir zunächst den Asteroidengürtel. Asteroiden kannst du dir wie Felsbrocken vorstellen – manche klein eben wie Felsbrocken so sind, andere einige Kilometer groß. Sie kreisen zumeist zwischen den Bahnen von Mars und Jupiter um die Sonne: ein gewaltiger Ring aus Hunderttausenden oder sogar Millionen dieser Himmelskörper. Sie sind wie die Planeten in der Anfangszeit des Sonnensystems – also vor 4,6 Milliarden Jahren – entstanden. Aber warum haben sie sich nicht zu einem Planeten geformt? Warum sind es „Bruchstücke“ geblieben? Man geht heute davon aus, dass Jupiter daran „schuld“ ist: Mit seiner gewaltigen Anziehungskraft hat dieser riesige Planet immer wieder daran „gezerrt“ und so verhindert, dass sie sich zu einem Planeten zusammenschließen konnten.

Asteroiden werden aus mehreren Gründen untersucht. Sie ziehen zwar meistens zwischen Mars und Jupiter, also weit von der Erde entfernt um die Sonne. Aber es gibt auch Asteroiden, die zum Beispiel bei einem Zusammenstoß vom Kurs abgelenkt wurden und dann in unsere Richtung unterwegs sind. Solche sogenannten „erdnahen Objekte“ können theoretisch auf der Erde einschlagen. Auch wenn man zurzeit keinen großen Asteroiden kennt, der auf „Crash-Kurs“ mit unserem Planeten ist: Falls man doch mal einen entdeckt, müsste man versuchen, ihn von seiner Bahn abzulenken. Dazu gibt es verschiedene Pläne – und ob die funktionieren, weiß man nur, wenn man Asteroiden vorher gründlich studiert hat.

Jupiter: Der Große Rote Fleck und viele spannende Monde

Diese künstlerische Darstellung zeigt Jupiter, wie er von seinem Mond namens Europa aussehen könnte. Bild: NASA
Das ist ein echtes Foto von Jupiter – aufgenommen von der Sonde Cassini, die auf ihrem Weg zum Saturn an dem Gasplaneten vorbeiflog. Du erkennst links einen der vier inneren Monde, die Jupiter umkreisen. Insgesamt hat er 79 Monde. Jupiter ist von dichten Wolken umgeben, die sich in „Bändern“ um den Planeten schlängeln. Rechts erkennt man den sogenannten Großen Roten Fleck – einen riesigen Wolkenwirbel, in den die Erde zwei Mal reinpassen würde. Bild: NASA

Nachdem wir den Asteroidengürtel durchquert haben, nehmen wir Kurs auf Jupiter. Während die vier inneren Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars weitgehend aus Gestein bestehen und daher Gesteinsplaneten genannt werden, ist Jupiter – wie die anderen äußeren Planeten Saturn, Uranus und Neptun – ein Gasplanet. Das heißt: Der Planet hat keine feste Oberfläche, sondern besteht aus Gasen, die nach innen immer dichter und dichter werden. Ganz tief im Innern befindet sich dann ein fester Kern – beim riesigen Jupiter ist er wahrscheinlich so groß wie die ganze Erde. Schauen wir auf unserer Gedankenreise aus der Nähe auf Jupiter, so sehen wir eine undurchsichtige Wolkendecke. Sie besteht aus verschiedenen „Wolkenbändern“, die sich in zahlreichen Wirbeln um den Planeten schlängeln. Besonders auffallend ist dabei ein riesiger Wolkenwirbel, der „Großer Roter Fleck“ genannt wird. Das ist ein gigantischer Wirbelsturm, der schon vor weit über 300 Jahren entdeckt wurde und der seitdem dort in der Atmosphäre tobt.

Für die Forschung mindestens so interessant wie Jupiter selbst sind seine Monde. Insgesamt sind 79 Monde bekannt, die Jupiter umkreisen. Spannend sind dabei vor allem die vier inneren Monde, die recht groß sind. Einer von ihnen heißt Ganymed – er ist sogar der größte Mond des ganzen Sonnensystems. Und dort hat man mit Raumsonden eine sehr aufregende Entdeckung gemacht: Unter seiner Eiskruste befindet sich offenbar ein tiefer Ozean aus flüssigem Wasser. Falls du dich jetzt fragst, wie es dort draußen weit von der habitablen Zone entfernt im eiskalten Weltraum flüssiges Wasser geben kann: Der große Jupiter scheint mit seiner Anziehungskraft so stark an seinen Monden zu zerren, dass ihr Inneres andauernd durchgeknetet wird. Dadurch entsteht Reibung und die sorgt für warme Temperaturen. Du kannst ja mal deine Hände ganz schnell und feste gegeneinander reiben – dann spürst du diese Reibungswärme, die offenbar auch für die Temperaturen im Inneren von Ganymed sorgt.

Aber wie kann man überhaupt von außen erkennen, wie es im Inneren eines Himmelskörpers wie Ganymed aussieht? Wie lässt sich herausfinden, ob es da fest oder flüssig ist? Das hat unter anderem mit der Drehbewegung der Himmelskörper zu tun. Dazu hier ein ganz einfaches Mitmach-Experiment, für das du bloß ein rohes und ein gekochtes Ei brauchst. Das rohe Ei ist innen flüssig und das gekochte fest. Jetzt leg beide mal nacheinander auf einen Teller und versetze sie in Drehbewegung. Du wirst sofort den Unterschied bemerken: Das Ei mit einem festen Inneren dreht sich ganz anders als das Ei mit flüssigem Inhalt. Das ist natürlich nur ein stark vereinfachtes Mini-Experiment – aber es zeigt: Man kann tatsächlich von außen Rückschlüsse auf das Innere eines Objektes ziehen. Bei den Jupiter-Monden waren noch viele andere Messungen zu ihrem „Innenleben“ nötig, die mit Magnetfeldern und anderen Dingen zu tun haben – aber das alles würde jetzt zu kompliziert.

Da wir bei Ganymed von einem Ozean aus flüssigem Wasser gesprochen haben: Denk nochmal daran, was wir auf den früheren Stationen unserer Reise bei Erde und Mars zu diesem Thema gesagt haben: Flüssiges Wasser ist eine der Voraussetzungen für Leben, wie wir es kennen. Schließlich bestehen auch wir Menschen und andere Lebewesen zu einem großen Teil aus flüssigem Wasser, das sich in unseren Zellen befindet. Und wahrscheinlich hat sich sogar das allererste Leben auf unserem Planeten im Wasser gebildet. Wenn es aber auf Ganymed auch flüssiges Wasser gibt – könnte es dort vielleicht auch Leben geben? Das halten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler durchaus für möglich und deshalb sollen künftige Raumfahrtmissionen das genauer untersuchen.

Bevor wir weiterfliegen, hier einfach mal zwischendurch ein spannender Link, der dir auch die gewaltigen Entfernungen verdeutlicht. Mit dieser Echtzeit-Animation der NASA kannst du unser Sonnensystem so betrachten, wie es in diesem Moment aussieht.

Saturn: Der Herr der Ringe

Saturn sieht mit seinen Ringen einfach wunderschön aus. Das Foto stammt von der Raumsonde Cassini, die den Planeten und seine Monde viele Jahre lang umkreist und untersucht hat. Bild: NASA, JPL, Space Science Institute
Dieses Foto der Cassini-Sonde zeigt den Mond Enceladus. Im Gegenlicht der Sonne erkennt man Wasserfontänen, die wie ein „Spray“ ins All gesprüht werden. Bild: NASA, JPL, Space Science Institute

Wir verlassen Jupiter und nähern uns Saturn, dem „Herrn der Ringe“. Diese Ringe sind sicher das Auffälligste an Saturn: Sie bestehen aus Eis- und Gesteinsteilchen – manche klein wie ein Ball, andere groß wie ein Haus. Vielleicht sind es Trümmer von Monden, die Saturn mit seiner Anziehungskraft in Stücke gerissen hat. Ganz sicher ist man aber auch bei dieser Theorie noch nicht. Auch Saturn hat viele Monde, darunter wie bei Jupiter auch mehrere Eismonde wie zum Beispiel Enceladus. Er ist von einer strahlend weißen Eiskruste überzogen. Und wie beim Jupiter-Mond Ganymed gibt es unter dem Eispanzer einen Ozean aus flüssigem Wasser. Der Unterschied ist nur: Während man bei Ganymed nur indirekt darauf schließen kann, ist das bei Enceladus ganz offensichtlich. Da sprühen nämlich riesige Wasserfontänen ins All – wie bei einem Brunnen oder bei einem dieser Geysire, die man auch auf der Erde kennt. Damit ist auch dieser Mond ein Kandidat für die Suche nach einfachen Lebensformen.

Diese künstlerische Darstellung zeigt die amerikanische Cassini-Sonde bei ihrer Ankunft am Saturn. Sie hatte eine kleine europäische Sonde im „Huckepack-Verfahren“ dabei, die dann abgetrennt wurde und auf dem Saturn-Mond Titan landete. Bild: NASA

Jetzt noch zu einem anderen Saturn-Mond, der megaspannend ist: zu Titan. Dort ist alles ganz anders. Titan ist der zweitgrößte Mond des Sonnensystems und er hat etwas ganz Besonderes zu bieten: Er ist der einzige Mond mit einer dichten Atmosphäre. Man kann durch sie nicht hindurchsehen und deshalb wusste man auch lange Zeit nicht, wie es auf seiner Oberfläche aussieht. Das änderte sich erst, als die amerikanische Raumsonde Cassini mit einer kleinen Landesonde aus Europa, die den Namen Huygens trug, im Jahr 2004 beim Saturn eintraf. Cassini umkreiste danach jahrelang den Saturn und seine Monde. Huygens aber wurde abgetrennt und landete Anfang 2005 auf Titan.

Dieses Foto funkte die Huygens-Sonde nach der Landung von der Titan-Oberfläche zur Erde. Bild: NASA/JPL/ESA/University of Arizona

Schon beim Flug durch die Atmosphäre sammelte die Sonde Daten und funkte sie zur Erde – und nach der Landung schickte Huygens sogar noch ein Foto. Zusammen mit den Bildern, die Cassini aus der Entfernung lieferte, wissen wir heute einiges über Titan. Es gibt dort Flüsse und Seen und auch Regen. Allerdings ist die Flüssigkeit, um die es dabei geht, kein Wasser, sondern Erdgas. Wie es da Erdgas regnen kann und wieso ein Gas überhaupt flüssig ist? Erinnerst du dich noch an die Sache mit den Aggregatzuständen, die wir weiter oben erklärt haben? Ein chemisches Element oder eine chemische Verbindung kann gasförmig, flüssig oder fest sein. Wenn Wasser gasförmig ist, dann ist das Wasserdampf, wie er aus dem Kochtopf kommt. Wenn es flüssig ist, ist es Wasser, wie wir es normalerweise kennen. Und wenn es fest ist, dann ist es Eis. Bei Ethan und Methan, den beiden Hauptbestandteilen von Erdgas, ist das ähnlich – nur eben bei anderen Temperaturen. Auf Titan ist es minus 180 Grad Celsius kalt – und da sind diese beiden Stoffe eben keine Gase, sondern Flüssigkeiten. Das Spannendste an Titan ist aber ganz stark vereinfacht gesagt: Dort ist die Atmosphäre so beschaffen, wie es anfangs auch auf der Erde war. Nur dass sich unser Planet zu einer lebensfreundlichen Welt entwickelt hat, während die Situation auf Titan bei den eisigen Temperaturen eingefroren wurde. Leben wird sich da wohl nie entwickeln können.

Uranus und Neptun – und der kleine Pluto

Hier haben wir zwei Fotos der Voyager-Sonden zusammengestellt. Sie zeigen links Uranus und rechts Neptun. In Wirklichkeit sind die beiden Gasplaneten natürlich viele Millionen Kilometer weit auseinander. Bilder: NASA
Ein Foto von Pluto – aufgenommen von der Sonde New Horizons, die viele Jahre bis zu dem Zwergplaneten unterwegs war und ihn dann im Vorbeiflug fotografiert hat. Bild: NASA, JHUAPL, SwRI

Wir fliegen vorbei an Uranus und Neptun. Das sind zwei Gasplaneten weit draußen fast schon am Rand des Sonnensystems. Wobei das mit dem „Rand des Sonnensystems“ so eine Sache ist. Eigentlich reicht es nämlich noch viel weiter. Denn da draußen kreisen noch viele andere Himmelskörper auf ihren Bahnen um die Sonne, die von hier aus nur noch wie ein etwas größerer Stern aussieht. Zu diesen kleinen Himmelskörpern gehört auch Pluto. Lange Zeit wurde er als Planet bezeichnet. Doch dann entdeckte man andere Objekte, die fast genau so groß wie Pluto sind. Sollten sie alle auch „Planet“ genannt werden? Dann hätte unser Sonnensystem auf einmal vielleicht zehn oder 20 oder noch mehr „Planeten“. Die Astronomen diskutierten lange und entschieden sich für eine andere Lösung: Pluto wird seitdem nicht mehr als „Planet“ bezeichnet, sondern als Zwergplanet.

Uranus und Neptun wurden nur von den Voyager-Sonden aus der Nähe untersucht – das ist schon viele Jahre her. Und auch Pluto bekam vor einiger Zeit endlich „Besuch“: Die Raumsonde New Horizons war mehr als neun Jahre unterwegs, bis sie im Jahr 2015 bei Pluto ankam. Sie flog an Pluto vorbei und funkte großartige Bilder zur Erde. Vorher hatte man Pluto selbst mit den besten Teleskopen nur als kleines Pünktchen gesehen und niemand wusste, wie es dort aussehen würde. Jetzt zeigten die Bilder erstmals Einzelheiten: riesige Ebenen und auch hohe Gebirge aus Eis.

Diese Grafik zeigt links den Kuipergürtel, der schon sehr weit von der Sonne und den Planeten entfernt ist. Die rechte Zeichnung zeigt die Oort’sche Wolke, die noch viel weiter weg ist. Bild: ESA

New Horizons konnte natürlich nicht bei Pluto anhalten: Um abzubremsen hätte die Sonde ihre Triebwerke gegen die Flugrichtung zünden müssen. Zur Erklärung: Wenn eine Sonde die Triebwerke ganz normal zündet, wird sie schneller. Wenn sie sich aber vorher rumdreht, sodass die Triebwerke nach vorne zeigen, und dann die Düsen anschaltet, feuert sie die Triebwerke gewissermaßen in die falsche Richtung und wird dadurch langsamer. Manche Raumsonden machen das auch so, um in eine Umlaufbahn einzuschwenken. Aber dafür braucht eine Sonde viel Treibstoff. Und den konnte die Sonde New Horizons nicht mitnehmen, weil das zu viel Gewicht bedeutet hätte. Also raste die Sonde an dem Zwergplaneten und einigen seiner kleineren Monde vorbei. Mittlerweile untersucht sie andere der winzigen Himmelskörper, die dort draußen im sogenannten Kuipergürtel kreisen. Den kannst du dir tatsächlich wie einen Gürtel vorstellen, der in einem riesigen Kreis um das ganze Sonnensystem herumführt. Und noch viel weiter entfernt kreist da noch etwas um unser Sonnensystem herum: Das sind unzählige Kometen und andere „Himmelskörperchen“, die sich weit jenseits der Planeten befinden. Das wird die „Oort’sche Wolke“ genannt. Kometen kannst du dir wie eisige Brocken vorstellen, wobei das Eis mit Staub vermischt ist und eher dunkel aussieht. Manche von ihnen befinden sich im Inneren des Sonnensystems – vielleicht da, wo auch Jupiter auf seiner Bahn um die Sonne kreist. Aber viele sind eben weit draußen jenseits der Bahnen von Uranus, Neptun und Pluto und auch viel, viel weiter als der Kuipergürtel. Und hier sind wir nun wirklich schon am Rand des Sonnensystems angekommen und machen mit unserer Gedankenreise mal Schluss. Sausen wir quer durchs All also zurück zur Erde – denn da wartet noch ein spannendes Quiz auf dich!

Quiz

Und hier sind sie auch schon – unsere ultimativen Quizfragen für dich. Mal sehen, ob wir alles gut verständlich erklärt haben und was du dir gemerkt hast. Die Antworten findest du hier. Aber nicht sofort nachgucken – sonst macht die Raterei ja keinen Spaß mehr.

Weiterführende Links

Hier noch ein paar spannende Links, falls du noch mehr über unser Sonnensystem wissen willst. Dazu gehört ein anderes Lernmodul, in dem wir Erde, Sonne und Mond genauer betrachten. Da erfährst du, wie die Erde die Sonne umrundet und warum es auf unserem Planeten zu den Jahreszeiten kommt – oder wie der Mond um die Erde kreist und dabei mal als Vollmond und mal als dünne Sichel erscheint. In anderen Lernmodulen haben wir uns mit dem Mars und mit dem Thema Astro-Fotografie beschäftigt. Außerdem gibt es in unserem Jugendportal DLR_next eine ganz „verrückte“ Seite: Da kannst du dich quer durchs Sonnensystem scrollen und bekommst ein Gefühl für die riesigen Entfernungen zwischen den einzelnen Himmelskörpern. Und noch ein Tipp für Schülerinnen und Schüler genau so wie für Lehrkräfte: Speziell für jüngere Jahrgänge (3.-6. Klasse) gibt es in unserer Reihe DLR_School_Info die Hefte „Unser Sonnensystem“ und „Erde und Mond“ mit vielen Anregungen für Mitmach-Experimente im Unterricht. Und auch für ältere Jahrgänge haben wir da etwas: Im Unterrichtsmaterial „Leben im All“ geht es um die spannende Frage, ob es außerirdisches Leben gibt – und da betrachten wir den Mars und andere Himmelskörper unseres Sonnensystems ebenso wie die sogenannten Exoplaneten, die um ferne Sterne kreisen. All diese Hefte finden sich hier zum Download und können von Lehrkräften auch gratis bestellt werden.

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