Mars Guide WERNER E. CELNIK DER PRAXISRATGEBER ZUM ROTEN PLANETEN - K
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W ERN ER E. C E L NI K Kosmos Mars Guide D E R P R A X I S R AT G E B E R ZUM ROTEN PLANETEN K
E Inhalt
4 MARS IM ÜBERBLICK 66 MARS IM TELESKOP
5 Mythos Mars 67 Teleskopsysteme
8 Frühe Beobachtungen 77 Beobachtungszubehör
13 Die Marsbahn 82 Beobachtungsbedingungen
20 Planet Mars und Monde 86 Mars beobachten
111 Mars zeichnen
24 MARS MIT BLOSSEM AUGE 118 Marsdetails
25 Orientierung am Himmel 127 Das Beobachtungsbuch
31 Die Marsopposition 2018
37 Sichtbarkeiten bis 2035 128 MARSFOTOGRAFIE
49 Technik Astrofotos 129 Fotos mit Teleskop
58 Erste Marsaufnahmen 133 Planetenkameras
63 Die Bildbearbeitung 139 Mars aufnehmen
144 Die Bildverarbeitung
2
148 PROJEKTE FÜR
FORTGESCHRITTENE
E ONLINE
149 Marsfotos auswerten Unter dem Link www.kosmos.de/Mars-Guide finden Sie
155 Marskarten erstellen weiterführende Informationen zu folgenden Themen:
159 Marsmonde erwischen
163 Bedeckungsereignisse — Beobachtungsinformationen 2018
166 Publikationen — Mars zeichnen
— Soft ware Planetariumsprogramme
— Soft ware Aufnahme + Bildverarbeitung
171 Zum Weiterlesen — Videos, Anleitungen und Animationen
172 Register — Nützliche Homepages von Amateurastronomen
174 Bildnachweis — Foren und Mailinglisten
175 Impressum — Vereine und (Internet-)Treffpunkte
— Zeitschriften
ANHANG
— Teleskophändler
— Astroreisen
176 Marskarte
177 Himmelsereignisse zur Opposition
2018
178 Marsschleifen der Oppositionsperioden
2018–2022, 2035
179 Marsschleifen der Oppositionsperioden
2025–2033
3
MARS IM ÜBERBLICK 4
MYTHOS MARS
Die Menschheit hat heute zahlreiche Raumsonden zum Mars
geschickt, von denen einige sogar auf seiner Oberfläche gelandet
sind. Und dennoch: Dem Roten Planeten haftet nach wie vor etwas
Mystisches an.
Fragt man auf einer Volkssternwarte, welche Ares im Gegensatz zu seinem römischen Ge-
Planeten den Besuchern bekannt sind, so wird genstück nicht entstanden, auch wenn jeder
meist zuerst der Mars genannt. Überraschend einzelne Krieg als Huldigung an Ares angese-
ist das nicht, hat doch der „Mythos Mars“ in hen wurde. Dennoch wurde in gewisser Weise
der Kulturgeschichte der Menschheit mindes- auch Ares am Himmel verewigt: Da der Pla-
tens zwei glorreiche Zeitalter erlebt: in der net Mars etwa alle zwei Jahre am hellen, roten
Antike im Rahmen der griechischen und rö- Hauptstern im Sternbild Skorpion vorüber-
mischen Götter- und Sagenwelt sowie Ende zieht und mit diesem zeitweise ein auffälliges
des 19. Jahrhunderts in Europa und Nordame- Paar ähnlicher Farbe und Helligkeit bildet,
rika, nachdem die vermeintlichen „Marskanä- wurde der Skorpion-Stern „Anti-Ares“ ge-
le“ entdeckt worden waren. Vieles davon ist nannt und kam so zu seinem Namen Antares.
seit Generationen überliefert. So verwundert Der römische Kriegsgott Mars war dagegen ei-
es nicht, dass sich der Mars ins „kollektive Ge- ner der bedeutendsten Götter in der antiken
dächtnis“ unseres Kulturkreises eingebrannt italischen Religion und neben dem Götter-
hat – und das nicht nur, weil sich der auffal- vater Jupiter (der hier nicht Vater von Mars
lend rote Planet vergleichsweise schnell über ist) der wichtigste römische Gott. Mars ist ein
den Sternenhimmel bewegt. Sohn der Juno, er wurde auch außerhalb Roms
weithin verehrt. Der Gründungslegende Roms
MARS ALS KRIEGSGOTT nach war Mars Vater der Zwillinge Romulus
Den Namen „Mars“ für ihren Kriegsgott und Remus und damit der Stammvater der Rö-
scheinen die antiken Römer aus dem griechi- mer. Auf dem sogenannten Marsfeld (Campus
schen Kulturkreis übernommen zu haben. Er Martius) außerhalb der Stadt fanden ihm zu
könnte vom griechischen Pendant Ares abge- Ehren Prozessionen statt, ihm wurden auch
leitet sein, auch wenn es zwischen den Gott- Tiere geopfert. Nach Mars wurde der zweite
heiten Ares und Mars erhebliche Unterschiede Wochentag (Dienstag) benannt: italienisch
gibt. Ares war der Sohn von Göttervater Zeus „martedì“, französisch „mardi“. Der Monat
und Göttermutter Hera und wird als wilder, März wurde ihm gewidmet, nach dem römi-
nicht zu bändigender Kriegsgott beschrieben. schen Kalender war dies der erste Monat des
Doch galt er auch als Sinnbild männlicher Jahres. Der lateinische Name Marcus bedeu-
Kraft und Schönheit. Seine Begleiter während tet „dem Mars geweiht“, der Begriff „martia-
des Trojanischen Krieges waren die Götter lisch“ bezeichnet etwas Kriegerisches. Das
Deimos (Schrecken) und Phobos (Furcht), Marssymbol steht auch heute noch sowohl
mit ihnen kämpfte Ares an der Seite der Grie- für den Planeten Mars als auch für das männ-
chen. Ein Kult ist um den griechischen Gott liche Geschlecht: 씹.
5
Mars im Überblick — Mythos Mars
MARSEUPHORIE IN DER MODERNE mit dem fränkischen Astronomen Simon Ma-
Der moderne Marsmythos, der fast in einer rius 1610 die vier großen Jupitermonde ent-
Art Hysterie gipfelte, begann im Jahr 1877 deckt hatte, wurden Teleskope zur Himmels-
und dauerte über mehrere Generationen an. beobachtung stetig weiterentwickelt. Intensiv
Er beruhte jedoch auf einem der größten Irr- beobachtete man nun die Planeten. Und 1877
tümer in der Geschichte der Astronomie. war modern und auffällig – der Mars. Wegen
Unser Planet Erde kommt dem Planeten Mars der oft großen Distanz des Planeten Mars von
alle zwei Jahre und 50 Tage recht nahe, näm- der Erde konnte man mit einfacheren Instru-
lich dann, wenn die Erde den weiter außen um menten nur helle und dunkle Flecken auf der
die Sonne laufenden Mars auf ihrer schnelle- Oberfläche erkennen, die als Wüsten und
ren Innenbahn überholt. Die beiden Planeten Meere interpretiert wurden. Mit den jetzt zur
treffen bei diesem Überholvorgang alle 15 bis Verfügung stehenden neuen Linsenteleskopen
17 Jahre besonders eng zusammen. Mars wird und bei der 1877 vergleichsweise geringen
dann nach Mond und Venus zum hellsten Ge- Marsdistanz ließen sich jedoch erstmals Ein-
stirn am irdischen Nachthimmel, heller noch zelheiten beobachten. So machte der italieni-
als Jupiter. Das Jahr 1877 war ein solches sche Astronom Giovanni Schiaparelli (1835–
„Marsjahr“: Am 6. September erreichte Mars 1910) feine, gerade, dunkle Linien auf dem
seine damalige Oppositionsstellung und stand Roten Planeten aus, die die dunklen „Meere“
in Mailand um Mitternacht –2,9 Größenklas- des Mars verbanden. Diese Linien nannte er
sen hell und 33 Grad hoch am Himmel. Er ihrem Erscheinungsbild entsprechend „canali“
war damit ein extrem auffälliges Himmels- (ital., Rinnen), ohne dass er mit diesem Begriff
objekt. Nur wenige Tage zuvor hatte der Rote eine Interpretation oder Wertung verband.
Planet seinen (bei diesem Zusammentreffen) Kurz zuvor, im Jahr 1869, war das Jahrhun-
geringsten Erdabstand von lediglich 56,3 Mil- dertprojekt Suez-Kanal erfolgreich abgeschlos-
lionen Kilometern durchlaufen. Die Beob- sen worden und noch immer in aller Munde.
achtungsbedingungen waren somit ideal! Einigen Zeitgenossen Schiaparellis gefiel daher
Seit Galileo Galilei zum ersten Mal ein Fern- der Gedanke, dass auch Bewohner des Plane-
rohr auf den Himmel gerichtet und zeitgleich ten Mars „Kanäle“ gebaut haben könnten, um
E GRÖSSENKLASSEN
Die Größenklasse ist seit der Antike ein Maß für die Helligkeit eines Gestirns am Himmel.
Je kleiner die Zahl, umso heller das Objekt. Die hellsten Sterne haben 1. (auch 0. oder sogar
–1.) Größe, wohingegen die gerade noch mit bloßem Auge sichtbaren Sterne der 6. Größe
entsprechen. Das Größenklassensystem ist ein logarithmisches Maß, es ist vom Helligkeits-
empfinden des menschlichen Auges abgeleitet. So ist ein Stern 1. Größenklasse 100-mal
heller als ein Stern 6. Größenklasse. Bei einem Unterschied von fünf Größenklassen ent-
spricht das Verhältnis der Lichtintensitäten der beiden Objekte also 1:100. Bei einem Hellig-
keitsunterschied von einer Größenklasse beträgt das Intensitätsverhältnis 1:2,512. Die Ein-
heit der Größenklasse wird offiziell mit dem lateinischen Wort „magnitudo“ bezeichnet,
abgekürzt „mag“.
E Beispiele: Spica, der hellste Stern im Sternbild Jungfrau, besitzt eine scheinbare Hellig-
keit von 1,06 mag. Der vorderste Deichselstern im Großen Wagen, auch Alkaid oder Benet-
nasch genannt, ist 1,86 Größenklassen hell (1,86 mag).
6
Marskarte von Giovanni Schiaparelli aus dem Beobachtungszeitraum von 1877 bis 1886
beispielsweise Wüsten zu bewässern und sie Welten) von Orson Welles (1915–1985), das
als Verkehrswege zu nutzen. Schnell waren im Jahr 1938 am Vorabend von Halloween
die „canali“ in der durch die moderne Presse erstmalig ausgestrahlt wurde, an der Ostküste
informierten Öffentlichkeit berühmt und der USA eine Massenpanik ausgelöst haben.
potenzielle Marsbewohner „in“. Einer der ein- Der Raketen- und Raumfahrtpionier Wern-
flussreichsten (und reichsten!) Kanalbefür- her von Braun (1912–1977) erinnerte sich in
worter war der amerikanische Amateurastro- Interviews an die Wirkung, die die Science-
nom Percival Lowell (1855–1916), der 1895 Fiction-Literatur auf ihn ausgeübt hatte. Er
in Flagstaff, Arizona, ein Observatorium mit selbst verfasste den Entwurf einer SF-Erzäh-
einem noch heute arbeitsfähigen Refraktor- lung zu einer von ihm geplanten bemannten
Teleskop von 61 Zentimetern Öffnung er- Marsmission.
richtete. Sein Ziel war es, die Marskanäle zu Das Aus für die Marskanäle kam im Jahr 1965
untersuchen. Ebenso wie der französische und zwar mit der ersten erfolgreichen Mars-
Astronom Camille Flammarion (1842–1925) sonde Mariner 4. Sie funkte erstmals Aufnah-
mit seinen wissenschaftlichen und populär- men der Marsoberfläche aus einer Entfernung
wissenschaftlichen Veröffentlichungen schrieb von nur 10.000 Kilometern zur Erde – von
auch Lowell zahlreiche Bücher und warb für Kanälen keine Spur, die Marslandschaft war
die These eines bewohnten Mars. eher trostlos und wie der Mond von Kratern
Die Popularität der Marskanäle und der nun geprägt. In der SF-Literatur ist Mars aber bis
für die Öffentlichkeit damit zwangsläufig ver- heute ein beliebtes Thema. Die modernen
bundenen „Marszivilisation“ führte zu zahl- Werke beschäftigen sich jedoch mit realistisch
reichen Fachartikeln und nach 1880 zu einer betrachteten, zukunftsnahen Marsmissionen.
wahren Flut von Science-Fiction-Romanen. Aber wer weiß: Sollten irgendwann bemannte
Nach der Verbreitung des Radios soll darüber Missionen zu unserem roten Nachbarplaneten
hinaus das äußerst realistisch wirkende Hör- tatsächlich möglich werden, bricht vielleicht
spiel The War of the Worlds (dt., Der Krieg der wieder eine neue Marseuphorie aus.
7FRÜHE BEOBACHTUNGEN
Im ausgehenden Mittelalter galt der wandelnde „Stern“, der sich
zwischen den anderen Sternen des Himmels deutlich bewegte, nicht
mehr ausschließlich als Sagen- oder Göttergestalt. Er wurde viel-
mehr zum Objekt wissenschaftlicher Forschung.
Die vorteleskopische Zeit war geprägt durch KLASSISCHE MARS-
einen der größten Beobachter aller Zeiten: BEOBACHTUNGEN
den dänischen Astronomen Tycho Brahe Tycho Brahe vertrat die damals ungewöhn-
(1546–1601). Basierend auf seinen Aufzeich- liche Meinung, dass ein Fortschritt in der As-
nungen konnte der geniale Mathematiker tronomie nur durch exakte Beobachtungen
Johannes Kepler (1571–1630) seine drei Pla- möglich sei. Auf seiner Sternwarte Uraniborg
netengesetze ableiten. Nach der Erfindung des vermaß er daher Stern- und Planetenpositio-
Fernrohrs folgten auf Galileo Galilei (1564– nen. Da es zu seiner Zeit noch keine Tele-
1642) zahlreiche weitere Teleskopbeobachter, skope gab, verwendete er dazu einen Mauer-
die immer detailreichere, aber – wie bereits quadranten und eine Armillarsphäre. Seine
beschrieben – mitunter fragwürdige Struktu- Messungen waren mit Abstand die präzises-
ren auf dem Roten Planeten ausmachten. ten und mit einer Genauigkeit von zwei Bo-
Der große Himmelsbeobachter Tycho Brahe 1598 Der Mathematiker und Astronom Johannes
an seinem Mauerquadranten Kepler (1610)
8genminuten auch heute nicht ohne Weiteres schwindigkeiten der Planeten und führte
zu erreichen. schließlich zu seinen drei berühmten, später
Im Jahr 1600 begegnete Tycho Brahe Johan- nach ihm benannten Keplerschen Gesetzen
nes Kepler, der bereits durch Facharbeiten auf der Planetenbewegung.
sich aufmerksam gemacht hatte und mit dem
er nun bis zu seinem Tod zusammenarbeitete.
Kepler wurde später Brahes Nachfolger und
führte dessen Auftrag, die sogenannten Ru- E DIE KEPLERSCHEN GESETZE
dolfinischen Tafeln zur Vorhersage von Plane- 1. Keplersches Gesetz
tenpositionen, zu Ende. Dabei unterzog Kep- Die Planeten bewegen sich auf elliptischen Bahnen,
ler Brahes Messungen der Marspositionen in deren einem Brennpunkt die Sonne steht.
einer genauen Untersuchung und entdeckte 2. Keplersches Gesetz
darin Abweichungen zu den Vorhersagen, die Ein von der Sonne zum Planeten gezogener Fahrstrahl
auf der Basis des Kopernikanischen Weltbil- überstreicht in gleichen Zeiten gleich große Flächen.
des erstellt worden waren. Die Abweichungen Das heißt, dass sich ein Planet in Sonnennähe (im Peri-
waren deutlich größer als die Ungenauigkei- hel) schneller auf seiner Bahn bewegt als in Sonnen-
ten in Brahes Messungen. ferne (im Aphel).
So musste Kepler schließlich die Jahrtausen- 3. Keplersches Gesetz
de alte Auffassung fallen lassen, dass sich die Die Quadrate der Umlaufzeiten zweier Planeten ver-
Planeten auf Kreisen bewegen. Anhand von halten sich wie die Kuben (dritten Potenzen) ihrer
Brahes Marsbeobachtungen konnte er nun großen Bahnhalbachsen. Das bedeutet, dass sich Pla-
beweisen, dass die Planeten auf Ellipsen wan- neten auf weiter von der Sonne entfernten Bahnen
dern. Diese Erkenntnis ermöglichte ihm eine langsamer bewegen und eine längere Umlaufzeit ha-
genaue Berechnung von Positionen und Ge- ben als Planeten auf sonnennäheren Umlaufbahnen.
Die Abbildung unten zeigt eine grafische Zusammen-
fassung der drei Keplerschen Gesetze. Dabei bedeuten:
E ABSTÄNDE AM HIMMEL f – Brennpunkte, A – Flächen, a – große Halbachsen.
Der Abstand zweier Punkte am Himmel wird
in Grad gemessen. Ein Großkreis am Himmel
umfasst 360 Grad. Ein Grad wird unterteilt
in 60 Bogenminuten (abgekürzt mit ', engl.:
arcmin). Eine Bogenminute wird weiter un-
terteilt in 60 Bogensekunden (Symbol ", f1 (Sonne) a1 f2
engl.: arcsec).
Auch die Ausdehnung von Himmelsobjekten
wird auf diese Weise angegeben. Sonne und A2
Mond zeigen am Himmel eine Winkelaus- A1
dehnung von etwa einem halben Grad, also Planet 1
30 Bogenminuten. Zwei Bogenminuten – a2
Planet 2
die Genauigkeit von Tycho Brahes Messun- f3
gen – entsprechen demnach nur dem 15. Teil
eines Monddurchmessers am Himmel! Der
Planet Mars zeigt eine maximale Winkelgrö-
ße von gut 25 Bogensekunden.
9Mars im Überblick — Frühe Beobachtungen
TELESKOP BEOBACHTUNGEN
Nach der Erfindung des Fernrohrs im frühen
17. Jahrhundert entdeckte der niederländische
Physiker und Astronom Christiaan Huygens
(1629–1695) mit einem von ihm verbesserten
Teleskop das erste Detail auf dem kleinen
Marsscheibchen: eine dreieckige, dunkle
Zone, die „Große Syrte“ (Syrtis Major). Aus
ihren Positionsveränderungen im Laufe der
Zeit errechnete Huygens eine Rotationsdauer
des Planeten von 24,5 Stunden, was dem heu-
tigen Wert bereits sehr nahekommt.
Im Jahr 1666 beschrieb Giovanni Domenico
Cassini (1625–1712) zum ersten Mal die wei-
ßen Polkappen des Mars. Der aus Deutschland Zeichnung der Marsstruktur „Große Syrte“ von
stammende britische Astronom und Entdecker Christiaan Huygens aus dem Jahr 1659
des Planeten Uranus, Friedrich Wilhelm Her-
schel (1738–1822), bestimmte 1784 die Nei- astronom Wilhelm Beer (1797–1850) zusam-
gung der Polachse von Mars zur Senkrechten men mit dem Astronomen Johann Heinrich
auf seiner Umlaufbahn zu 25 Grad – das war von Mädler (1794–1874) an. Sie erkannten,
ebenfalls ein sehr genauer Wert. Herschel fol- dass die dunklen „Flecken“ beständig sind,
gerte daraus die Existenz von Jahreszeiten auf also zur Marsoberfläche gehören. Die dunk-
dem Mars und schloss wegen der Polkappen len Ränder um die Polkappen interpretierten
auf das Vorhandensein einer Atmosphäre. sie als Sumpfgebiete, gespeist von polarem
Die erste Karte und den ersten Marsglobus Schmelzwasser. Beer und Mädler legten auch
fertigte im Jahr 1830 der Berliner Amateur- die Lage des Nullmeridians auf dem Mars in
Der Amateurastronom Wilhelm Beer in der ersten Der Astronom Johann Heinrich Mädler im Jahr
Hälfte des 19. Jahrhunderts 1856
10Die erste Marskarte, erstellt von den beiden Beobachtern Beer und Mädler im Jahr 1830, zeigt links die
Südhalbkugel, rechts die Nordhalbkugel des Mars. Später folgte noch eine detailliertere Karte.
der beobachtungsauffälligen und später so be- Der griechische Astronom Eugène Michel
nannten Struktur Sinus Meridiani fest. Antoniadi (1870–1944) arbeitete während
Mit weiter verbesserten Teleskopen entdeckte der Marsopposition von 1909 am damals bes-
Giovanni Schiaparelli (1835–1910) 1877 sei- ten Teleskop der Welt, dem 83-Zentimeter-
ne „canali“ auf dem Mars, gerade dunkle Ver- Riesenteleskop des Pariser Meudon-Observa-
bindungslinien zwischen den dunklen Flä- toriums. Er kam zu dem Schluss, dass es sich
chen (vgl. Abb. S. 7). Sie lösten den bereits bei den Marskanälen um optische Täuschun-
erwähnten Mythos von intelligenten Marsbe- gen handeln müsse, die nur in kleineren Fern-
wohnern aus. Viele Astronomen hielten die rohren als Linienstrukturen „sichtbar“ wür-
Marskanäle jedoch schon damals für eine op-
tische Täuschung. Gegen die Kanalvermu-
tung sprach etwa die nicht messbare Polarisa-
tion des Lichtes durch die dunklen Stellen auf
der Marsoberfläche. Wären diese Stellen tat-
sächlich Wasseroberflächen, dann hätte das
reflektierte Sonnenlicht polarisiert sein müs-
sen. Kanäle müssten auch eine Mindestbreite
von 100 Kilometern besitzen, um auf diese
Entfernung sichtbar zu sein. Alternativ wur-
den die dunklen Gebiete als Vegetationsflä-
chen interpretiert. Schlussendlich haben sich
einige „canali“ als reale, langgestreckte, geo-
logische Strukturen auf der Marsoberfläche
entpuppt, so beispielsweise der große Graben-
bruch Valles Marineris oder andere Gelände-
stufen mit Schattenlinien sowie längere Kra-
terketten. Auf Schiaparelli gehen auch die
lateinischen Namensgebungen für die markan- Der Astronom Giovanni Schiaparelli in den
testen Marsstrukturen zurück. 1870er-Jahren
11Mars im Überblick — Frühe Beobachtungen
Die Marskarte von Eugène Michel Antoniadi aus dem Jahr 1930, Süden ist oben
Marskarte aus Bildern der Raumsonde Mars Global Surveyor (2001), Norden ist oben
den. Dieser Eindruck entstehe durch die Bild- Moderne Marskarten werden aus Fotografien
verarbeitung im Gehirn. Antoniadi fertigte in erstellt. Die offizielle Karte der NASA, die aus
den folgenden 20 Jahren immer detailliertere Raumsondenaufnahmen zusammengestellt
Marskarten an, auf denen er die „canali“ durch wurde, zeigt nicht nur Hell-Dunkel-Gebiete,
fortgesetzte Reihen dunkler Flecken kartier- die sogenannten Albedostrukturen, sondern
te. Seine 1930 erschienene vierteilige Carte de auch Bodenstrukturen. Dass heutige Amateur-
Mars war bis zum Start der Raumsonden in astronomen mit moderner Digitaltechnik da
den 1960er-Jahren die genaueste Kartografie durchaus mithalten können, beweisen etwa die
des Roten Planeten. Antoniadi wählte auch Marskarten der deutschen Amateurastrono-
den Namen Sinus Meridiani für die dunkle men Sebastian Voltmer und Mario Weigand
Struktur, durch die der Nullmeridian verläuft. (vgl. Abb. S. 152, 157).
12DIE MARSBAHN
Der Planet Mars ist von der Sonne aus gezählt der vierte Planet im
Sonnensystem. Während die Venus unser sonnennäherer Nachbar-
planet ist, bewegt sich der Mars auf einer weiter außen liegenden,
sonnenferneren Bahn.
Da die Erde auf ihrer „Innenbahn“ schneller
ist als der Mars, überholt sie den äußeren E DIE NUMERISCHE EXZENTRIZITÄT
Nachbarplaneten regelmäßig – dann ist Mars In der Abbildung unten ist schematisch die Ellipsenbahn
besonders gut zu beobachten. Je nach Stellung eines Planeten dargestellt. In einem der beiden Brenn-
der beiden Planeten zueinander variieren die punkte steht die Sonne. Der Planet läuft auf der roten
Sichtbarkeitsbedingungen aber stark. Ellipse entlang. Die Form der Ellipse wird bestimmt durch
die Längen der großen und kleinen Halbachsen (blau),
PLANETENBAHN UND OPPOSITION aus denen sich die Exzentrizität (orange) ergibt. Diese
Mars läuft – wie alle Planeten – auf einer El- zeigt an, wie kreisähnlich oder kreisfern die Ellipse ist.
lipsenbahn, in deren einem Brennpunkt die In der Grafik ist die sogenannte „lineare Exzentrizität“
Sonne steht. Im Unterschied zur Erde, die auf markiert, sie gibt die Entfernung eines Brennpunktes
einer sehr kreisähnlichen Ellipse um die Sonne zum Mittelpunkt der Ellipse an. Die in der Astronomie
läuft, besitzt die Marsbahn eine recht hohe Ex- gebräuchliche Größe ist jedoch die „numerische Exzen-
zentrizität. Die sogenannte numerische Exzen- trizität“ e, sie bezeichnet das Verhältnis von linearer
trizität e ist ein Maß für die Elliptizität einer Exzentrizität c zur großen Halbachse a, also e = c / a.
Bahn, beim Mars beträgt sie 0,09341233 (Jahr E Beispiel Marsbahn: große Halbachse a = 227,95 Mio.
2000). Bei der Erdbahn beläuft sie sich auf le- km, numerische Exzentrizität e = 0,093, lineare Exzent-
diglich 0,017, die numerische Exzentrizität der rizität c = e ∙ a = 0,093 ∙ 227,95 Mio. km = 21,20 Mio.
Marsbahn ist also 5,5-mal größer! km. Das bedeutet: Die Sonne steht 21,20 Millionen Kilo-
Während des Umlaufs eines Planeten auf sei- meter von der Mitte der Marsbahn entfernt!
ner Ellipsenbahn um die Sonne ändert sich die
Distanz Sonne – Planet ständig. Der sonnen-
nächste Bahnpunkt des Planeten wird „Peri-
hel“, der sonnenfernste „Aphel“ genannt. Die
kleine Halbachse
Linie, die Perihel und Aphel verbindet, heißt
„Apsidenlinie“ (vgl. Abb. S. 14 oben). Beim
lineare
Mars beträgt die kleinste Sonnenentfernung große Halbachse Exzentrizität
206,62 Millionen Kilometer (Periheldistanz), Brennpunkt 2 Brennpunkt 1
die größte hingegen 249,23 Millionen Kilo-
meter (Apheldistanz); das entspricht 120,6
Prozent der Periheldistanz! Bei der Erdbahn
sind es nur 103,4 Prozent, sie ist also deutlich
kreisähnlicher. Zu den Marsbahnparametern
siehe auch die Tabelle Seite 21.
13Mars im Überblick — Die Marsbahn
Nach dem 2. Keplerschen Gesetz ist die Bahn- Kilometer pro Sekunde und variiert von 22,0
geschwindigkeit eines Planeten in Sonnen- im Aphel bis zu 27,0 Kilometer pro Sekunde
nähe größer als in Sonnenferne. Die mittlere im Perihel. Die Erde bewegt sich auf ihrer son-
Bahngeschwindigkeit von Mars beträgt 24,1 nennäheren Umlaufbahn nach dem 3. Kepler-
schen Gesetz mit einer höheren mittleren Ge-
schwindigkeit, nämlich mit 29,8 Kilometern
pro Sekunde.
Marsbahn Mars benötigt für einen Umlauf um die Son-
ne von einem Perihel zum nächsten 686,98
Erdbahn
Tage. Ein Marsjahr dauert demnach 1,88 Erd-
jahre. Da sich die Erde schneller als der Mars
bewegt, überholt sie ihn etwa alle zwei Jahre,
genauer: im Durchschnitt nach zwei Jahren
und 50 Tagen. Bei diesem Vorgang steht die
Mars im Apsidenlinie Mars Erde genau zwischen Sonne und Mars. Von
Aphel Sonne im
Perihel uns aus gesehen befindet sich der Mars also ge-
genüber der Sonne am Himmel – er erreicht
seine „Opposition“. Das ist die Stellung, in der
sich Mars und Erde besonders nahe kommen.
Abhängig davon, an welcher Stelle der Mars-
bahn die Erde den Mars überholt, kann die
Oppositionsentfernung dennoch recht unter-
schiedlich sein (vgl. folgenden Abschnitt). Das
andere Extrem ist die Stellung, wenn sich der
Perihel, Aphel und die Apsidenlinie der Marsbahn Mars von der Erde aus gesehen hinter der Son-
ne befindet: In der sogenannten Konjunkti-
onsstellung (mit der Sonne) ist die Distanz
Erde – Mars besonders groß.
Marsbahn Ein weiterer, beobachtungsrelevanter Bahn-
parameter ist die Inklination i der Marsbahn.
Erdbahn
Sie gibt an, um welchen Winkel die Mars-
bahn gegen die Erdbahn geneigt ist. Wäre die
Erde Neigung gleich Null, dann würde der Mars
exakt auf der scheinbaren Bahn der Sonne am
Himmel entlanglaufen, also genau auf der
Sonne
g Op Ekliptik. Die Bahnneigung beträgt aber ein
llun po
nsste sit
io Grad und 51 Bogenminuten (= 1,85061°).
tio ns
nk ste
nju Mars bewegt sich demnach mal oberhalb und
Ko llu
ng
Mars
mal unterhalb der Ekliptik über den Himmel.
Erde
Insbesondere in der Zeit nahe der Oppositi-
Mars
onsstellung (in Erdnähe also) kann Mars sehr
Mars in Mars in
weit nördlich oder südlich von der Ekliptik
Konjunktion Opposition stehen. So ist es auch Anfang August 2018,
mit der Sonne zur Sonne
dann hält er sich bis zu 6,5 Grad unterhalb der
in Mitteleuropa in Sommernächten ohnehin
Oppositions- und Konjunktionsstellung von Mars tiefstehenden Ekliptik auf.
14E ÜBERBLICK MARSOPPOSITIONEN 2018–2035
DURCHMESSER
ABSTAND
MARSDISTANZ
MARSWINKEL-
UNTER-
MARSHELLIG-
OPPOSITIONEN
KEIT [MAG]
SCHIED
[MIO. KM]
ERDNÄHE-
[JAHRE]
ZEITPUNKT
[TAGE]
OPPOSITI-
OPPOSI- ZEITPUNKT ON [TAGE]
["]
TION [MEZ] ERDNÄHE [MEZ]
27.07.2018 6:07 2 65 –2,8 57,6 24,3 31.07.2018 8:51 4,1
14.10.2020 0:20 2 80 –2,6 62,1 22,3 06.10.2020 15:19 –8,4
08.12.2022 6:36 2 54 –1,9 81,5 17,0 01.12.2022 3:18 –7,1
16.01.2025 3:32 2 39 –1,4 96,1 14,5 12.01.2025 14:38 –3,5
19.02.2027 16:45 2 34 –1,2 101,4 13,8 20.02.2027 1:14 0,4
25.03.2029 8:43 2 34 –1,3 96,8 14,4 29.03.2029 13:56 4,2
04.05.2031 11:26 2 40 –1,8 82,8 16,7 12.05.2031 4:50 7,7
27.06.2033 2:24 2 54 –2,5 63,3 21,8 05.07.2033 19:20 8,4
15.09.2035 20:33 2 80 –2,8 56,9 24,5 11.09.2035 15:21 –4,2
PERIHEL- UND APHEL- metern bereits weiter weg. Und im Jahr 2027,
OPPOSITIONEN wenn die Marsopposition nahe seinem Aphel
Wenn der Mars in Opposition zur Sonne ge- stattfindet, sind es 101,4 Millionen Kilometer
langt, ist seine Entfernung zur Erde zwar ge- (vgl. Abb. S. 16) . Danach werden die Opposi-
ring, sie fällt aber je nach seiner Bahnposition tionsentfernungen wieder kleiner, bis im Jahr
trotzdem ganz unterschiedlich aus: Steht unser 2035, wieder in Perihelnähe, 56,9 Millionen
Nachbarplanet bei einer Opposition gleichzei- Kilometer erreicht werden – eine Opposition
tig im Perihel seiner Umlaufbahn, ist die Op- vergleichbar mit der von 2018.
positionsdistanz mit 55,65 Millionen Kilome- Oppositionen in der Nähe des Perihels finden
tern am kleinsten. Befindet er sich dagegen in größeren Zeitabständen als der oben ge-
während einer Opposition im Aphel, dann ist nannte Mittelwert statt, da sich Mars um das
die Distanz mit 101,51 Millionen Kilometern Perihel herum zügiger bewegt und die Erde
viel größer. Die größte Entfernung von der so längere Zeit braucht, um ihn einzuholen.
Erde erreicht der Mars in Konjunktionsstel- Um das Aphel herum bewegt sich Mars lang-
lung mit der Sonne (vgl. Abb. links unten) samer und die Erde kann ihn schneller einho-
und wenn er sich gleichzeitig im Aphel seiner len, die Oppositionen finden dort in kürzeren
Bahn befindet: 401,3 Millionen Kilometer. Zeitabständen statt. Man erkennt in der zwei-
Die Tabelle oben listet die kommenden Mars- ten Tabellenspalte oben die unterschiedlichen
oppositionen auf. In der vierten Spalte sind die Zeitspannen, mit denen die Oppositionen auf-
Entfernungen von der Erde aufgeführt. Bei der einanderfolgen. Vergleicht man diese zeitlichen
nächsten Opposition am 27. Juli 2018 wird Abstände mit der Oppositionsdistanz von der
uns Mars bis auf 57,6 Millionen Kilometer na- Erde, so wird deutlich: je größer die Oppositi-
hekommen. Beim darauffolgenden Ereignis im onsentfernung, umso kürzer der Zeitraum zwi-
Oktober 2020 ist er mit 62,1 Millionen Kilo- schen zwei Oppositionen.
15Mars im Überblick — Die Marsbahn
8.12.2022
erreicht die Ekliptik nachts mit den Sternbil-
Ls = 351° dern Stier, Zwillinge und Krebs einen hohen
Marsbahn Stand, während sie tagsüber mit der Sonne
16.1.2025 14.10.2020 nur geringe Horizonthöhen erreicht.
Ls = 31° Erdbahn Ls = 295°
Für die Beobachtung von Mars, der sich ja stets
in der Umgebung der Ekliptik aufhält, bedeu-
Dez
mber
emb tet dies: Bei Aphel-Oppositionen erreicht der
er
Nove
Jan 15.9.2035
ob
ua Ls = 267° Planet um Mitternacht große Höhen über dem
er
kt
r
O
19.2.2027
Ls = 65° Horizont. 2027 sind es im Sternbild Löwe 55
ber
Februa
r Septem Grad, im Jahr 2025 im Sternbild Zwillinge so-
Aphel Perihel
Ls = 70° Augus
t Ls = 250° gar 65 Grad. Bei Perihel-Oppositionen dagegen
März
durchläuft der Mars die bei uns tiefstehenden
Ju
li Regionen der Ekliptik. Hinzu addiert sich die
ril
Ap
oben beschriebene Neigung der Marsbahn ge-
Jun
Mai
27.7.2018
25.3.2029
i
Ls = 219°
Ls = 99° gen die Ekliptik, die den Planeten bei Perihel-
Oppositionen noch südlicher als die tiefste-
27.6.2033
hende Ekliptik platziert. Im Jahr 2018 wird
Ls = 191° Mars zur Opposition im Sternbild Steinbock
4.5.2031
Ls = 138° rund sechs Grad südlicher als die Ekliptik ste-
hen (vgl. die Abb. in den Umschlagklappen)
Die Marsoppositionen 2018 bis 2035 und für einen Beobachtungsort auf 50 Grad
nördlicher Breite (das ist etwa auf einer Linie
Nicht nur die Distanz bei Oppositionsstellun- Rheinland-Pfalz – Frankfurt/Main – Bay-
gen variiert, die Oppositionen finden auch je- reuth) nur eine Horizonthöhe von 14 Grad er-
weils an unterschiedlichen Stellen des Him- reichen. Bei der nachfolgenden Opposition im
mels vor anderen Sternbildern statt. Die Erde Oktober 2020 ist es schon günstiger: Mars
überholt den Mars – wie bereits erwähnt – steht dann im Sternbild Fische und erreicht um
rund alle zwei Jahre und 50 Tage. Bei der dar- Mitternacht 45 Grad Höhe.
auffolgenden Opposition steht der Mars daher Perihel-Oppositionen sind aber gerade wegen
nicht wieder an derselben Stelle des Himmels, der großen Marsnähe und dem damit verbun-
sondern hat sich rund 50 Tage lang in Rich- denen großen Winkeldurchmesser des Mars-
tung Osten weiterbewegt und steht nun vor scheibchens viel attraktiver als Aphel-Opposi-
einem anderen Sternbild. Da er sich dann tionen. Wie aus der Tabelle Seite 15, fünfte
auch an einem anderen Punkt seiner Umlauf- Spalte, zu entnehmen ist, zeigt uns Mars zur
bahn befindet, besitzt er eine andere Oppo- Perihel-Opposition 2018 ein „großes“ Scheib-
sitionsentfernung von der Erde als zuvor. chen von 24,3 Bogensekunden Winkeldurch-
Aus der Grafi k oben wird deutlich, dass Peri- messer, zur Aphel-Opposition 2027 sind es
hel-Oppositionen in unserem Sommer und dagegen nur 13,8 – das sind lediglich 57 Pro-
Frühherbst stattfinden, Aphel-Oppositionen zent des Durchmessers von 2018! Wer im Jahr
in unserem Spätwinter und Frühling, gültig 2018 zu ungünstige Beobachtungsbedingun-
für die Nordhalbkugel der Erde. Leider ist es gen vorfindet oder Wetterpech hat, der hat
so, dass in unseren Breiten die Ekliptik mit im Jahr 2020 noch eine sehr gute Chance auf
den Sternbildern Skorpion, Schlangenträger, Mars: Der Rote Planet bietet uns dann ein
Schütze und Steinbock in Sommernächten Scheibchen von 22,3 Bogensekunden Größe
tief im Süden steht. Tagsüber steht sie mit der bei einer maximalen Horizonthöhe von
Sonne hoch am Himmel. Im Winter dagegen 45 Grad in unseren Breiten.
16JAHRESZEITEN AUF DEM MARS Nordfrühlings-,
Südherbst-
Auch beim Mars steht die Rotationsachse nicht anfang
Ls = 0° Nor
senkrecht auf seiner Umlaufbahn. Sie ist viel- Marsbahn dw
int
er Nordwinter-,
t /
bs Sü Südsommer-
mehr um einen Winkel von 25,19 Grad ge- dh
er ds
o anfang
Erdbahn Ls = 270°
ü
neigt, etwas mehr als bei der Erde (23,4 Grad).
m
/S
m
g
er
lin
Das hat natürlich Konsequenzen: Der Him-
rüh
rdf
melsäquator des Mars bildet durch die Neigung
No
der Polachse einen Winkel mit der scheinbaren
Sonnenbahn am Marshimmel (diese ist ja nur
ein Spiegel seiner Umlaufbahn um die Sonne). Mars Apsidenlinie Mars
Aphel Perihel
Diese beiden Großkreise schneiden sich in zwei Sonne
Ls = 70° Ls = 250°
gegenüberliegenden Punkten, dem Frühlings-
punkt und dem Herbstpunkt. Die Bezeichnun-
ing
gen sind analog denen auf der Erde, denn auch
ühl
dfr
der Mars zeigt aufgrund der Neigung seiner
Sü
t/
bs
Polachse Jahreszeiten.
er
dh
r
Nordsommer-, No
Im Frühlingspunkt steht die Sonne exakt auf Südwinter- Nor
ds
anfang om
dem Himmelsäquator und senkrecht über dem Ls = 90° me
r/S
üdw
Nordherbst-,
inter Südfrühlings-
Marsäquator. Es herrscht Tagundnachtgleiche, anfang
Ls = 180°
der Frühling beginnt. Während der Mars auf
seiner Bahn weiter um die Sonne läuft, wan- Jahreszeiten, solare Länge Ls und Apsiden der Marsbahn
dert die Sonne auf ihrer scheinbaren Bahn am
Marshimmel und erreicht ihren Höchststand oben sind die Anfänge der Jahreszeiten mit
über dem Himmelsäquator – es ist Sommeran- ihren solaren Längen relativ zur Apsidenlinie
fang, Sommersonnenwende. Im weiteren Um- dargestellt. Man erkennt, dass Mars sein Peri-
lauf verringert die Sonne ihre Höhe wieder hel bei Ls = 250° erreicht, das ist gegen Ende
über dem Äquator, schneidet ihn im Herbst- des Frühlings auf der Südhalbkugel, kurz vor
punkt (Herbstanfang, Herbsttagundnacht- Beginn des Südsommers bei Ls = 270°. Da-
gleiche) und tritt ins Winterhalbjahr ein – alles durch ist bei Oppositionen, die in Perihelnähe
wie bei der Erde. stattfinden, stets der Südpol des Mars zur Son-
Der Winkel, den die Sonne entlang ihrer ne und (wegen der Oppositionsstellung) auch
scheinbaren Bahn am Marshimmel mit dem zur Erde geneigt. Bei Aphel-Oppositionen
Frühlingspunkt bildet, wird „solare Länge“ schauen wir auf den Nordpol des Mars.
(Ls) genannt. Der Frühlingspunkt hat die so- Wegen der Exzentrizität der Marsbahn gibt es
lare Länge Null, Frühlingsanfang ist somit deutliche Unterschiede in der Länge der Jah-
durch die Position der Sonne bei Ls = 0° defi- reszeiten. So dauert der Frühling auf der Nord-
niert. Der Sommeranfang liegt bei Ls = 90°, halbkugel 198,6 Tage, der Sommer 183,5, der
der Herbstanfang bei Ls = 180° und der Win- Herbst 146,7 und der Winter 158,0 Tage. Der
teranfang bei Ls = 270°. Wie bei der Erde sind Unterschied zwischen einem Viertelmarsjahr
so die Anfänge der Jahreszeiten für die Nord- und der Nordfrühlingsdauer beträgt 15,8 Pro-
halbkugel des Mars festgelegt. Auf der Süd- zent. Auf der Erde mit ihrer kreisähnlicheren
halbkugel ist Winteranfang, wenn auf der Umlaufbahn sind es nur 2,5 Prozent. Der
Nordhalbkugel der Sommer beginnt. Sommer auf der Südhalbkugel des Mars ist also
Beim nördlichen Sommeranfang ist der Nord- deutlich kürzer als der Sommer auf der Nord-
pol des Mars zur Sonne geneigt, beim Süd- halbkugel. Im Herbst und Winter der jeweili-
sommerbeginn der Südpol. In der Abbildung gen Hemisphäre wächst die entsprechende Pol-
17Mars im Überblick — Die Marsbahn
Das Marsscheibchen erscheint nicht kreisrund,
Marsbahn sondern wie eine aufrecht stehende Ellipse.
Oben ist die nördliche, unten die südliche Pol-
Erdbahn
kappe zu erkennen, links der östliche Marsrand
(der Marshorizont), rechts (westlich) jedoch
nicht der Horizont, sondern die Tag-Nacht-
Grenze – der Terminator also, an dem auf dem
Mars die Sonne untergeht. Noch etwas weiter
Apsidenlinie Sonne westlich befindet sich ein Stück der unsicht-
baren Nachtseite von Mars (vgl. Abb. rechte
Seite oben). Die Phasengestalt kann auch be-
Mars
φ schrieben werden durch den prozentualen An-
teil des Marsscheibchens, der von der Sonne
beleuchtet wird. Bei maximalem Phasenwin-
Erde kel ist der Effekt am größten und der beleuch-
tete Teil des Marsscheibchens am kleinsten.
Entfernt sich die Erde nach der Opposition
wieder vom Mars, so erblicken wir durch den
Definition des Phasenwinkels von Mars Phaseneffekt den östlichen Terminator, an dem
auf dem Mars die Sonne aufgeht.
kappe, im Spätfrühling und Sommer schmilzt Der obere Teil der Grafi k auf der rechten Sei-
sie wieder ab. Dieser Vorgang kann in den bei- te zeigt, wie sich während der Oppositionszeit
den Hemisphären unterschiedlich stark ver- 2018 der Phasenwinkel ändert: Zu Jahresbe-
laufen. ginn 2018 beträgt er 30 Grad, steigt bis zum
13. April bis auf knapp 41 Grad an und fällt
DIE PHASENGESTALTEN dann bis zur Opposition am 27. Juli auf 4,7
Nicht immer erscheint Mars am Himmel als Grad ab. Entfernt sich die Erde wieder vom
kreisrundes Scheibchen. Der Planet zeigt zu- Mars, klettert der Phasenwinkel auf 44 Grad
weilen eine Phasengestalt, die besonders vor am 16. November, um danach erneut abzu-
und nach der Oppositionszeit in Erscheinung fallen. Im unteren Teil der Abbildung ist dar-
tritt. Die Abbildung oben verdeutlicht dabei gestellt, wie sich der beleuchtete Anteil von
die Definition des sogenannten Phasenwinkels Mars entsprechend mit der Zeit verändert.
φ. Er wird von Sonne, Mars und Erde aufge- Um den 13. April herum ist der Phaseneffekt
spannt oder anders formuliert: Vom Mars aus während der Annäherung der Erde an den
gesehen ist die Erde um den Winkel φ von der Mars am stärksten, der beleuchtete Anteil be-
Sonne entfernt, er stellt – analog zur Elongati- trägt nur 87,8 Prozent. Zur Opposition ist
on der inneren Planeten Merkur und Venus der Effekt minimal, das Marsscheibchen ist zu
von der Erde aus gesehen – die „Elongation“ 99,8 Prozent rund. Er ist nicht genau gleich
der Erde vom Mars aus dar. Null, weil der Mars nicht exakt auf der Eklip-
Die Grafi k verdeutlicht, dass wir bei großen tik steht, sondern 6,5 Grad südlich davon. Sei-
Phasenwinkeln (in diesem Fall vor der Opposi- ne Elongation von der Sonne beträgt also nicht
tion) nicht von der Sonne aus zum Mars schau- genau 180 Grad, sondern nur 173,5 Grad. Ent-
en (das ist nur zur Opposition der Fall), son- fernt sich die Erde wieder vom Mars, sinkt der
dern etwas von der Seite. Dadurch ist – in der Beleuchtungsgrad bis Mitte November auf
Grafi k am rechten Marsrand – ein kleiner Teil 85,8 Prozent, um danach wieder langsam an-
der Nachtseite des Mars der Erde zugewandt. zusteigen.
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