Seminar Astrobiologie WS 13/14 Verena Mündler

Transkript

1 Seminar Astrobiologie WS 13/14 Verena Mündler 1

2 Definition wikipedia -> Bewegung astronomischer Objekte aufgrund physikalischer Theorien bzw. mathematischer Modellierung Astronomische Objekte: Himmelskörper: z.b. Satelliten, Planeten, Asteroiden, Kometen Kosmologische Objekte: Objekte des Universums z.b. schwarze Löcher Astronomische Elemente: immaterielle Objekte geometrischer Natur: Erdmittelpunkt, galaktischer Mittelpunkt, Raumkurven 2

3 1. Keplersches Gesetz Beschreibt Bewegungen idealer Himmelskörper Die Planeten bewegen sich auf elliptischen Bahnen, in deren Brennpunkt die Sonne steht wikipedia 3

4 2. Keplersches Gesetz Eine von der Sonne zum Planeten gezogener Fahrstrahl überstreicht in gleichen Zeiten gleich große Flächen 4

5 3. Keplersches Gesetz Die Quadrate der Umlaufzeiten zweier Planeten verhalten sich wie die 3. Potenzen der großen Bahnhalbachsen 5

6 Newtonsches Gravitationstheorie Gravitationskraft: F = G m 1 m 2 r 2 Gravitationsbeschleunigung/-stärke: a1 + a2 = G m 1 + m 2 r 2 Gravitationsfeld: G = 6, ein Vektorfeld, das für alle Punkte im Raum, die an dem jeweiligen Ort auf ein Objekt wirkende Gravitationsfeldstärke angibt. m 3 kg s 2 a1, a2 = Beschleunigung wikipedia 6

7 Unsere Erde Neigung der Rotationsachse bei 23,5 ausschlaggebend für die Jahreszeiten Moderate Temperatur- schwankungen zwischen Pol- und Äquatorbereich 7

8 Einfluss Mond auf Erde Durch Gravitationskraft übt er Einfluss auf die Rotationsachse aus Der Mond stabilisiert die Erdachse 8

9 Der Mond Jacques Laskar konnte diesen Einfluss 1993 bestimmen Erdachse könnte ohne Mond zwischen 0 und 85 Grad schwanken Bewegung aller Planeten, den wechselseitigen gravitativen Einfluss und die Schwankungen der Erdachse wurden ohne Mond simuliert (Jack Lissauer) Laufzeit über 2 Milliarden Jahre 9

10 Erde ohne Mond Startpunkt: 23,5 Laufzeit: 2 Milliarden Jahre Schwankung: zwischen 5 und 55 10

11 Erde ohne Mond Startpunkt: minimale Varianz von 23,5 Laufzeit: 2 Mrd. Jahre Schwankung: bis zu 0 Achsenneigung Folgen: Pole könnten komplett zufrieren Schneeball Erde 11

12 Orbitale Stabilität in anderen Systemen Voraussetzung: ausgewählte Planeten liegen in der habitablen Zone (HZ) Ausgewählte Sternsysteme: Parameter 51 Peg 47 UMa HD Spektraltyp G2-3 V G1 V G0 Temperatur (K) M 1,05 1,03 0,92 R 1,15 1,26 1,06 r HZi (AU) 1,20 1,05 1,28 r HZa (AU) 2,01 1,83 2,12 Alter (Gyr) 8,5 6,

13 Ausgewählte Systeme Nach folgenden Kriterien gewählt: 1. Ähnliche HZ 2. Die großen Planeten haben unterschiedliche Massen 3. Signifikant unterschiedliche Umlaufbahnen 4. Im Fall von 47 UMa werden die Auswirkungen eines weiteren großer Planet in der Nähe betrachtet Für die Berechnungen wurden nur sehr kurze Perioden gewählt (Hunderte bis Tausende Jahre). Dafür sind Berechnungen sehr genau. Änderungen im Orbit bereits nach weniger als 200 Jahren zu erkennen 13

14 Unterschiedliche Orbits der großen Planeten 51 Pegasi: ca. 8 Mrd. Jahre alt; 4 6 % höhere Masse als unsere Sonne 47 Ursae Majoris: Stern ähnlich unsere Sonne; ca. 46 Lichtjahre von uns entfernt HD : Im Sternbild Wassermann; ebenfalls unserer Sonne sehr ähnlich; Alter ca. 12 Mrd. Jahre; 69 Lichtjahre von uns entfernt Noble 14

15 Etwas Mathematik Folgende Formel wurde verwendet: rj = rhz + δi rhzo rhzi δi= Distanzparameter δ1=0,1 δ2=0,5 δ3=0,9 Bereiche sind jeweils im inneren Bereich, in der Mitte und am äußeren Bereich der HZ gewählt. 15

16 51 Peg Stabile Umlaufbahn bei allen 3 Distanzparametern Der im inneren liegende Planet hat keinen Einfluss auf die Umlaufbahn! 16

17 47 UMa Besondere Umstände durch einen 2. großen Planeten Bei δ1 zeigt sich selbes Verhalten wie bei 51 Peg (a) Bei δ2 kommt es zu einer Wanderung von 1,1853 zu 1,6171 AU. (b) Bei δ3 verlässt der Planet bereits nach kurzer Zeit die HZ. (c) Das hinzufügen des 2. großen Planeten verändert die Ergebnisse um 5,1 x 10-7 % Noble 17

18 HD > Alle 3 möglichen Distanzparameter liefern instabile Umlaufbahnen -> δ2 (b) zeigt hier einen besonders dramatischen Effekt -> Planet verlässt ebenfalls nach kurzer Zeit die HZ -> Große Planet kreuzt die HZ durch seine elliptische Umlaufbahn und verdrängt den terrestrischen Planeten 18

19 Entstehung von Leben Stabile Planetenachse für stabiles Klima Stabile Planetenumlaufbahn sollte innerhalb der habitablen Zone liegen Nur dann ist die Ausbildung von höherem Leben überhaupt möglich! 19

20 Ist Leben trotzdem möglich? Auch auf Erde gibt es extremophile Organismen: meistens Archaen Thermophile Organismen kommen in Umgebung hydrothermaler Quellen am Meeresgrund in sehr großen Tiefen vor (Methanopyrus kandleri): hoher Druck, hohe Temperatur ( bei ca. 122 C noch Wachstum nachweisbar) Bärtierchen können Temperaturen bis 151 C überleben: parthenogenetische Vermehrung möglich Ausbildung von Endosporen ermöglicht überdauern ungünstiger Lebensbedingungen Wikipedia Wikipedia 20

21 Man kann es auch falsch verstehen 21

22 Quellen &rep=rep1&type=pdf uld_doom_alien_life_999.html Wikipedia Broecker, Wallace S.: Labor Erde. - Berlin [u.a.] : Springer, 1994 ISBN: Alien Bilder : Hannah Lingfeld 22

23 Danke für die Aufmerksamkeit! 23