Der Pfad der Exoplaneten

Transkript

1 Der erste Exoplanet Artistische Darstellung von 51 Peg b Was hat uns nur angeregt uns all diese Fragen zu stellen? Dabei wäre es so einfach gewesen die Füsse gemütlich auf der Erde zu behalten, und die Sonne dafür zu lieben was sie am besten tut: uns wärmen! Aber nein! Seit es ihn gibt, hat der Mensch nie aufgehört in den Himmel zu schauen. Was soll dieser Gelbe Ball und was bedeutet er? Was is unser Platz im Universum? Am Schluss entstand daraus eine der wohl schönsten und spannensten Geschichte der Wissenschaft, mit vielen Überraschungen und vielen (noch) unbeantworteten Fragen. Ist die Erde Flach? - Nein. Ist die Erde im Zentrum des Universum? - Nein. Gibt es andere Sterne im Universum? - Ja. Aber gibt es auch andere Welten um diese Sterne? Die Antwort auf diese Frage fiel erst in 1995, als der erste Exoplanet, ein Planet der um einen anderen Stern kreist, entdeckt wurde. Er heisst 51 Peg b und ist 42 Lichtjahre von uns entfernt. Seine stolze Entdecker sind zwei Schweizer: Michel Mayor und Didier Quéloz, von der Universität in Genf. Heute, ein paar Jahre später, ist die Jagt nach neuen Exoplaneten eines der aktivsten Gebiete der modernen Astronomie geworden. Dieser Pfad führt Sie mittels 10 Tafeln auf den langen und komplizierten Weg auf der Suche nach neuen Planeten und Leben im Universum. Am Ende jeder Tafel wird ihnen jeweils eine Frage gestellt und 3 mögliche Antworten vorgeschlagen. Nur eine davon ist aber richtig! Welche erfahren sie auf der nächsten Tafel... Die Association "AstroPléiades, Parcours ClaudeNicoller" wünscht ihnen einen angenehmen Spaziergang und freut sich sie bald wieder begrüssen zu dürfen. Frage 1 Die Erde dreht sich in 365 Tage um die Erde. Was meinen sie? Wie lange braucht 51 Peg b um seinen Stern zu umrunden? (1) 4 Tage (2) 40 Tage (3) 400 Tage

2 Wie entstehen die Planeten? Entstehung eines Sternensystems Planeten entstehen zur selben Zeit wir ihre Sterne, durch das sammeln von Staub, Eis und Gas Partikeln. Im Zentrum der angesammelten Scheibe ist es so heiss, dass die Partikeln anfangen miteinander zu fusionieren (nukleare Reaktion). Der solare Wind der dabei entsteht bläst die verbleibende Materie vom Zentrum weg. Ein Teil von dieser Materie sammelt sich neu und bildet die Planeten. Ein neues Sternensystem ist geboren! Frage 2 Was meinen sie? Wie alt is unser Sonnensystem? (1) 5'000 Jahre (2) 5 millionen Jahre (3) 5 milliarden Jahre Antwort 1 51 Peg b ist seinem Stern sehr nahe und braucht nur 4 Tage um ihn zu umrunden.

3 Die Entstehung des Lebens auf der Erde H2O CO2 + NH4 UV Blitze Regen Primitive Suppe Ozean NH3 C-H-O-N Fossile Beweise deuten darauf hin, dass das Leben etwa vor 3.8 Milliarden Jahren auf Erde entstanden ist, also ungefähr 1 Milliarde Jahre nach der Entstehung der Erde. Zu dieser Zeit war die Erdatmosphere noch sehr verschieden: es gab fast keinen Sauerstoff, dafür eine Menge Kohlendioxid. Die Erdoberfläche war glühend heiß mit Lava von den vielen Vulkanen. Die ersten komplizierten Moleküle enstanden in der Luft dank der Energie der UV Strahlen, der Blitze und der Vulkane. Diese Moleküle wurden dann vom Regen auf die Oberfläche gewaschen wo sie sich in Seen und Lagunen zu einer Primitiven "Suppe" sammelten. Das warme Wasser und die vielen unterwasser Vulkane erlaubten es diese primitiven Moleküle zu verbinden und immer kompliziertere Moleküle zu bauen. Nach mehreren Millionen Jahre waren schliesslich alle Moleküle verfügbar die es zur Entstehung des Lebens braucht. Der Platz war frei für die wohl eifachsten Lebewesen die es aud Erde gibt: Einzeller! Auch bekannt als Bakterien. Frage 3 Was meinen sie? Was sind die wichtigsten Moleküle die es zur Entstehung des Lebens braucht? (1) Wasser, Kohlendioxid und Uranium (2) Wasser, Schwefel und Gold (3) Wasser, Sauerstoff und Kohlenstoff Antwort 2 Die Sonne, die Erde und alle Planeten des Sonnensystems sind vor ungefähr 5 Milliarden Jahre entstanden.

4 Das Leben im Sonnensystem auf Mars auf Europa Gibt es Leben auf anderen Planeten in unserem Sonnensystem? Diese Frage ist noch unbeantwortet. Aber Leben verbirgt sich manchmal an Orten, wo wir es am wenigsten erwarten. Die Wissenschaftler haben desshalb die Idee noch aufgegeben. Und hier könnte es sich verbegen: Auf Mars Die entdeckung von natürlichen Abflusskanälen auf der Oberfläche des roten Planeten deutet darauf hin, dass einst flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche fliesste. Dieses Wasser is zwar heute verschwunden aber ein Teil davon könnte in unterrirdische Seen geflossen sein. Und wo es Wasser gibt, könnte Leben nicht weit sein. Auf Europa Dieser Satellit von Jupiter ist fast ausschliesslich mit Eis (-170 C kalt) bedeckt. Forscher denken, dass es möglich wäre flüssiges Wasser (und Leben) im Inneren des Planeten zu finden, dort wo es viel wärmer ist. Frage 4 Die Disziplin die sich mit der Entstehung und Entwicklung des Leben auf anderen Planeten befasst heisst: (1) Exobiologie (2) Extraterrestrologie (3) Kosmologie Antwort 3 Die wichtigsten Bestandteile die es für die Entstehung des Lebens braucht sind Wasser, Sauerstoff und Kohlenstoff.

5 Masse verglichen zur Sonne Die Bewohnbare Zone Bewohnbare Zone Mars Erde Venus Radius des Orbits verglichen zur Erde Was sind die Bedingungen die einen Planeten erfüllen muss, damit sich das Leben darauf entwickeln kann? Diese Frage kennt nocht keine klare Antwort. Die meisten Wissenschaftler denken aber, dass die Temperatur eine sehr wichtige Rolle spielt: kommt der Planet seinem Stern zu nahe, verbrennt alles. Ist er zu weit weg, gefriert alles. Übrig bleibt oft nur eine winzig kleine Zone, genannt die "Bowohnbaren" Zone, in der die Temperatur angenehm ist und flüssiges Wasser auf der Oberfläche existieren kann. Nicht alle Sternensysteme haben die gleichen Chancen Leben zu beherben: die Lebensdauer des Sterns spielt eine Zentrale Rolle! Vergessen sie nicht, dass das Leben eine Milliarde Jahre gebraucht hat um auf der Erde zu entstehen. Ein Stern der 10 mahl so gross ist wie die Sonne würde nie so lange brennen! Frage 5 Welche Antwort ist richtig? Die Bewohnbare Zone der Erde... (1) nähert sich der Sonne mit der Zeit. (2) entfernt sich von der Sonne mit der Zeit. (3) bewegt sich nicht mit der Zeit. Antwort 4 Die Disziplin die sich mit der Entstehung und Entwicklung des Leben auf anderen Planeten befasst heisst "Exobiologie"

6 Wie entdeckt man Exoplaneten? 1) Die radiale Geschwindigkeit Der Stern nähert sich Das Spektrum verschiebt sich zum Blau Der Stern entfernt sich Das Spektrum verschiebt sich zum Rot Doppler Prinzip Bis heute wurde noch kein einziger Exoplanet direkt durch ein Telescop beobachtet! Alle heute bekannte Exoplaneten wurden durch indirekte Beobachtungen gefunden. Bei diesen Beobachtungen geht es nicht darum den Planeten selber zu messen sondern die möglichen Auswirkungen die er auf sein Umfeld hat. Die bekannteste indirekte Beobachtungs Methode ist ohne Zweifel die Methode der radialen Geschindigkeit. Bei dieser Methode wird das Lichtspektrum eines Sterns analysiert. Wenn ein Planet um einen Stern kreist, übt dieser Stern permanent eine Gravitationnelle Kraft aus. Der Planet übt gegenseitig die gleiche Kraft auf den Stern aus. Da der Stern aber viel grösser und schwerer ist, reicht diese Kraft nicht aus, um den Stern gross zu bewegen. Er bewegt sich denoch ein bisschen! Und diese Bewegung kann von der Erde aus dank dem Doppler Prinzip gemessen werden (siehe Bild oben). Frage 6 Was meinen sie? Welche Planeten eignen sich besonders gut um dank der Methode der radialen Geschindigkeit entdeckt zu werden? (1) Grosse Planeten die nahe um ihren Stern kreisen. (2) Kleine und sehr entfernte Planeten. (3) Es gibt keine Unterschiede: alle Planeten sind gleich schwer zu entdecken. Antwort 5 Die Sonne wird immer grösser und heisser mit der Zeit. Die Bewohnbare Zone entfernt sich also langsam von der Sonner mit der Zeit.

7 Wie entdeckt man Exoplaneten? 2) Die Transit Methode Stern Planet Luminosität Zeit Die Transit Methode ist dem Prinzip einer Sonnenfinsternis sehr änlich: wenn ein Planet sich zwischen seinem Stern und der Erde befindet, ist die, von der Erde aus gemessene Luminosität des Sterns ein wenig kleiner. Dank diesem Prinzip kann die Grösse und die Distanz des Planeten bestimmt werden. Theoretisch gesehen ist die Transit Methode sehr interessant. In der Praxis, ist sie aber sehr schwer anzuwenden, denn der Stern, der Planet und die Erde müssen sich auf einer gleichen Linie befinden. Ausserdem dürfen sich keine fremde Körper zwischen der Erde und dem Planeten befinden. Frage 7 Was meinen Sie? Wie lange muss mann einen Stern beobachten um dank dem Transit Prinzip einen erdenänlichen Exoplaneten zu entdecken? (1) Ein paar Stunden (2) Ein paar Tage (3) Mehrere Jahre Antwort 6 Die Planeten die mann dank der Methode der radialen Geschindigkeit entdecken kann sind meist grosse Planeten die sehr nahe um ihren Stern kreisen.

8 Wie entdeckt man Exoplaneten? 3) Satelliten Corot, ESA Kepler, NASA Der im Dezember 2006 von der ESA lancierte Satellit Corot dient fast auschliesslich der Entdeckung von neuen Exoplaneten (dank der Transit Methode). Sein amerikanischer Konkurrent Kepler ist in 2009 von der NASA lanciert worden. Beide Satelliten haben schon mehrere Exoplaneten entdeckt und dürften noch mehrere Jahre lang den Sternen Himmel beobachten, bis sie von noch besseren Telescopen abgelöst werden. Frage 8 Der Satellit Kepler wurde nach dem bekannten Wissenschaftler Johannes Kepler ( ) bennant. Was meinen sie? Was hat Johannes Kepler entdeckt? (1) Der Planet Mars. (2) Die Gesetze der Planetenbewegung. (3) Er hat das erste Teleskop gebaut. Antwort 7 Die Transit Methode benötigt meist viel Beobachtungszeit. Der Grund dafür ist einfach: der Planet muss sich zwischen seinem Stern und der Erde befinden, was nur einmal pro Umrundung geschieht. Da mehrere Messungen benötigt werde, müssen Wissenschaftler jedesmal bis zur nächsten Umrundung warten. Und das kann ein paar Tage bis zu meheren Jahren dauern...

9 Gliese 581c Artistische Darstellung von Gliese 581c Gliese 581c wurde in 2007 dank der Methode der radialen Geschwindigkeit entdeckt. Der Planet kreist 20.5 Lichtjahre von der Erde um einen roten Zwerg. Die Besonderheit von Gliese 581c liegt darin, dass der Planet nicht gasformig ist sondern aus fester Materie besteht. Seine Grösse und seine Temperatur sind der Erde im übrigen sehr ähnlich. Gliese 581c ist nur 11 Millionen km von seinem Stern entfernt und braucht entsprechend nur 13 Tage um ihn zu umrunden. Da ein roter Zwerg aber viel weniger Wärme austrahlt, ist es auf der Oberfläche von Gliese 581c sehr angenehm (zwischen 0 und 40 C). Es ist also nicht ausgeschlossen, das Leben sich darauf entwickeln könnte. Frage 9 Was meinen sie? Wie lange würde es dauern, um einen Gruss von der Erde aus per Radio auf Gliese 581c zu senden? (1) Ein paar Sekunden dank Lichtgeschindigkeit. (2) Ein paar Stunden. (3) Mehr als 20 Jahre. Antwort 8 Johannes Kepler ist bekannt dafür, dass er die Gesetze der Planetenbewegung entdeckt hat, heute bekannt als die 3 Keplersche Gesetzte.

10 Wie geht es weiter? "Sind wie alleine im Universum?" Diese fundamentale Frage hat, bis heute, noch keine Antwort. Aber seit die Astronomen hunderte von Exoplaneten entdeckt haben, werden wir das Gefühl nicht los, noch nie so nahe vor einer Antwort gestanden zu haben. Bis jetzt erlauben es unsere Telescope zwar nur grosse und heisse Planeten zu entdecken. Aber schon werden grössere und stärkere Telescope gebaut, mit Hifle deren wir nach Erdenänlichen Planeten suchen können. Die Suche nach Leben hat erst begonnen! Und es ist das Zeitalter einer fesselnder Philosophischer und Wissenschaftlicher Reise ins Ungewisse. Die Association AstroPléiades, Parcours Claude Nicollier hofft, dass ihnen dieser Pfad gefallen hat und das er ihre Neugier stimuliert hat. Falls sie mehr erfahren wollen, machen sie doch einen kleinen Ausflug auf unsere website: Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit und einen schönen Tag! Antwort 9 Gliese 581c ist 20.5 Lichjahre von der Erde entfernt. Ein Radiosignal braucht also 20.5 Jahre um dort einzutreffen.