Auf der Suche nach der zweiten Erde I. Sterne und Planeten

Transkript

1 Auf der Suche nach der zweiten Erde I. Sterne und Planeten Max Camenzind Kleine Akademien

2 Astronomie aktuell Jupiter im Visier

3 Warum suchen wir Exoplaneten? Eine der ältesten Fragen der Menschheit: Sind wir allein im Universum? Ist unser Planetensystem einmalig? Es gibt 300 Mrd. Sterne in der Milchstraße Die meisten haben < 2 Sonnenmassen Planetensysteme entwickeln sich fast immer Ist unser Sonnensystem der Normalfall? Die Suche nach Planeten ist eine experimentelle Herausforderung.

4 Themen 1+2 Das Sonnensystem sehr geordnet und damit extrem stabil ist es der Standardfall? Wir unterscheiden 4 Typen von Planeten. Instrumente des Astronomen. Die Sonne ist einer von vielen Sternen wo sind unsere Nachbarn zu finden? Geschichtliches zur Planetensuche. II. Methoden der Entdeckung. II. Aktueller Forschungsstand: Kepler-Daten. II. Zukünftige Missionen: Plato, TESS, II. Wann entsteht Leben?

5 Unser Planetensystem 1 Sonne 8 Planeten Zwergplaneten Mio. Asteroiden Monde Kuiper Gürtel

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7 Die Unsere Sonne Sonne am am SDO

8 Sonne/Apod

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10 Die Sonne gewinnt ihre Energie aus Kernfusion: Wasserstoff wird in Helium fusioniert. Das reicht für 12 Mrd. Jahre Sonnenschein. Energie wird von Oberfläche abgestrahlt. So funktionieren alle Sterne.

11 Klassen von Planeten 4 Gesteinsplaneten Super-Erden fehlen im Sonnensystem 4 Gasplaneten Erd-ähnlich Super-Erden Jupiter-artig Neptun-artig

12 Super-Erden fehlen im SS Radius: 1,25 2,2 Erdradien Masse: 2,0 10 Erdmassen

13 Was ist eine Super-Erde? Wir definieren Erd-ähnlich zwischen 0,5 and 2,0 Erdmassen (0,8 R E to 1,3 R E ) und große terrestrische Planeten als zwischen 2 to 10 Erdmassen (1,3 R E to 2,2 R E ) Super-Erden. Planeten mit Massen unter 0,5 M E nahe der HZ verlieren wahrscheinlich ihre lebenswichtigen Atmosphären wegen ihrer geringen Gravitation und des Fehlens von Plattentektonik. Planeten mit über 10 M E (R>2,2 R E ) werden als giant Cores betrachtet (Uranus und Neptun). Diese Planeten attraktieren Wasserstoff-Helium Atmosphären und werden daher zu Gas-Riesen wie Jupiter und Saturn.

14 Erde - Super-Erde Mittlere Dichte = 5,515 g/cm³ Mittlere Dichte < 5,515 g/cm³

15 Neptun-artige Planeten M Neptun = 17 M E = M J /18

16 Neptun Atmosphäre: Wolken Atmosphäre: H, He, CH 4 Mantel: Wasser, Ammoniak Kern: Rocky, Erd-ähnlich Mittlere Dichte = 1,638 g/cm³ = Super-Erde von ~1,5 M E

17 Jupiterartige Planeten M Jupiter = 318 M E = 0,001 M S

18 Jupiter vom Südpol Differentell rotierende Streifen

19 Atmosphäre Wasserstoffgas Flüssiger Wasserstoff Metallischer Wasserstoff Gesteinskern = Super-Erde von ~ 15 M E Mittlere Dichte = 1,326 g/cm³

20 Sturm auf Saturn ~ alle 20 Jahre Saturn Hat über 60 Monde

21 Saturnmond Iapetus/Cassini Mission

22 Saturnmond Enceladus/Apod

23 Saturnmond Enceladus/Cassini/Apod

24 Jupiter im Visier

25 Besuchen Sie folgende Web Juno mission website: On the NASA website:

26 Die vielen Gesichter von Jupiter

27 Welche Sonden bisher bei Jupiter?

28 Voyager auf dem Weg zu Jupiter

29 Jupiter von Voyager gesehen 1979

30 Red Spot Jupiter / Voyager

31 Galileo Mission NASA

32 Warum gerade Jupiter? Jupiter wurde wahrscheinlich angereichert durch Einschläge von Planetesimalen (Asteroiden) aus Eis und Gestein. Die Frage nach Wasser auf Jupiter spielt daher eine zentrale Rolle in der Jupiterforschung. Falls Juno kein zusätzliches Wasser auf Jupiter findet, dann ist diese Theorie mit den eisigen Planetesimalen falsch und wir brauchen eine neue Theorie der Bildung von Jupiter.

33 Darf ich vorstellen: Jupiter Masse: 0,1% Sonne Radius: 0,1 Sonne Dichte: 1,326 g/cm³ Temperatur: C Albedo: 0,52 Abstrahlung: 335 PW Magnetfeld: 1400 µt Wasserstoff: 90% Helium: 10,2% Methan: 0,3% Rotation: 9h 55m Inklination: 3, Halbachse: 5,3 AE Umlaufzeit: 11a 315d Exzentrizität: 0,048 # Monde: 67

34 Jupiter Metallischer Wasserstoff

35 Hoher Druck macht Wasserstoff metallisch Mikhail Eremets (links) und Ivan Troyan haben Wasserstoff in dieser Apparatur 2011 mit dem 2,7 millionenfachen des Atmosphärendrucks (2,7 Megabar) in eine Form gezwungen, in der er wie ein Metall Strom leitet. Bild: MPI für Chemie

36 Sonnenwind Magnetosphäre Jupiter Grafik: Fran Bagenal & Steve Bartlett

37 Juno 4 Fragen im Visier von Juno Ursprung des Planeten Bestimmung des O/H Verhältnisses (Wasser Vorkommen) und der Core-Masse Kosmogonie des Jupiter Innere Struktur Untersuchung der inneren Struktur von Jupiter und der dynamischen Eigenschaften durch Kartierung des Gravitationsfeldes und des Magnetfeldes. Atmosphäre Variationen in der atmosphärischen Zusammensetzung, Temperatur, Wolkenopazität und Wolkendynamik bis zu Tiefen von 100 Bar für alle Breitengrade. Magnetosphäre Untersuchung der drei-dimensionalen Struktur der polaren Magnetosphäre von Jupiter und der entsprechenden Aurora. 37

38 Juno s Flugplan - Flugbahn Lösung: ein 5-Jahres Flug im inneren Sonnensystem mit Swing-by an der Erde. Warum dauert der Flug zu Jupiter immer noch so lange? Der direkte Weg zu Jupiter ist mit heutigen Raketen noch nicht möglich. Swing-by Manöver an der Erde kostet zwar Zeit, spart jedoch eine Menge Sprit und Geld!

39 Capture Orbit und Science Orbits

40 JUNOs spezielle Passagiere Galileo, Juno and Jupiter

41 Instrumente der Sonde Juno JunoCam UVS SPACECRAFT DIMENSIONS Spannweite: 20 m Höhe: 4,5 m Gewicht: 3625 kg Waves (2 detectors) JIRAM JEDI (6 sensors ) Länge: 9 m Breite: 2,65 m Totale Fläche: 60 m² 400 W! Solarkonstante bei Jupiter? Gravity Science (2 sensors) MWR (6 sensors ) JADE (4 sensors ) Magnetometer (2 sensors, 4 support cameras)

42 Was ist Habitable Zone? Wasser G K M Zu heiß Zu kalt für Leben

43 K2V Leuchtkraft in % Sonnenleuchtkraft 5,7 d 12,4 d 18,2 d 122,4 d 267,3 d Entscheidend Solarkonstante! Lisa Kaltenegger 2013 Solarkonstante in % der Erd-Solarkonstante

44 ExoPlanet Kepler-452b Erdartig

45 Habitable Planeten 2014

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47 Teleskope der Hobby-Astronomen

48 3,5-m-Teleskop Calar Alto wird heute zu Planetensuche verwendet

49 Am 28. September 1979 wurde das Deutsch-Spanische Astronomische Zentrum bzw. das Centro Astronomico Hispano-Aleman in Andalusien (kurz CAHA oder Calar-Alto- Observatorium) durch König Juan Carlos I. von Spanien offiziell eröffnet. Auf dem 2168 Meter hohen Berg Calar Alto in der Sierra de los Filabres stand damit Deutschlands Astronomen und ihren spanischen Kollegen erstmals ein Observatorium zur Verfügung, mit dem sie nach den beiden Weltkriegen wieder an die Weltspitze der astronomischen Forschung aufschließen konnten, geleitet vom Max-Planck-Institut für Astronomie.

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51 Subaru Teleskop auf Mauna Kea

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53 Das Weltraum-Teleskop Hubble ist seit 1990 im Orbit und wird 2018 durch JWST abgelöst

54 Kepler Telescope NASA

55 Von der Sonne bis alpha Centauri

56 Sonne Proxima Centauri Alpha Cen A Alpha Cen B

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58 Unsere nächsten Nachbarn + P ExoPlanet? Periode = 3,236 d Achse = 0,04 AE

59 Proxima Centauri b 1 Jahr dauert nur 11 Tage

60 Unsere Nachbarn bis 12 LJahre

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62 Die meisten Sterne sind Rote Zwerge Alle haben Planeten

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65 Hertzsprung-Russell-Diagramm

66 Milchstraße auf Emberger Alm

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68 Milchstraße mit VLTI

69 Milchstraße sieht ungefähr so aus Wir sind hier!

70 Andromeda unsere Schwester

71 Milchstraße von der Seite

72 Zustand Exoplanetensuche: 2016: 3000 Exoplaneten in 1250 Systemen

73 Zusammenfassung Es gibt ca. 300 Mrd. Sterne in der Milchstraße Die meisten von diesen weisen Planetensysteme auf. Interessant sind nur Sterne mit einer Masse unter 2 Sonnenmassen, da sie sonst zu kurz leben (mindestens ein paar Mrd. Jahre). Die meisten Sterne in Sonnenumgebung sind Rote Zwerge mit M ~ Sonnenmasse/3. Exoplaneten werden heute in 4 Kategorien eingeteilt: Erdartige, Super-Erden, Neptun- und Jupiterartige Gasplaneten. Wesentlich ist der Begriff der Habitablen Zone.