Kometen, Asteroide, Meteore und Meteoriten

Transkript

1 Kometen, Asteroide, Meteore und Meteoriten Kleine Objekte im Sonnensystem Axel Lindner, DESY Kinder des Weltalls 1

2 Unser Sonnensystem Unser Sonnensystem Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unsere neun Planeten Merkur Venus Erde Mars Jupiter Saturn Uranus Neptun Pluto 2

3 Wirklich neun Planten? Außenseiter Pluto: Eher Doppelplanet mit Charon? 1195 km: 19% Erde 69% Mond Wirklich neun Planten? Außenseiter Pluto: außergewöhnliche Bahn 3

4 Wirklich nur neun Planeten? International Astronomical Union In 2006 Abstimmung (!) über Kriterien für Planeten. Ein Planet umkreist die Sonne, hat genug Masse, um kugelförmig zu sein und hat ausreichend Masse, um seine Bahn von Kleinobjekten zu säubern. Damit ist Pluto nur noch ein Zwergplanet. 4

5 Unser neues Sonnensystem Unser neues Sonnensystem Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unsere Nachbarplaneten Merkur Venus Erde Mars Jupiter Saturn Uranus Neptun 5

6 Kurze Geschichte des Sonnensystems 6

7 Kometen, Meteore und Meteoriten A. Lindner Sterne und Planetensysteme 7

8 Frühzeit des Sonnensystems Heftige Kollision zwischen großen Objekten Entstehung des Mondes Frühzeit des Sonnensystems Heftige Kollision zwischen großen Objekten Entstehung des Mondes Materie nicht mehr im Urzustand! 8

9 Kleine Objekte im Sonnensystem Wissenschaftliches Interesse: Gefrorene Urmaterie, kein wiederholtes Aufschmelzen wie z.b. bei der Erde. Ist die Kenntnis der Zusammensetzung der Stein der Weisen zum Verständnis der Entstehung des Planetensystems (und des Lebens auf der Erde)? Kleine Objekte im Sonnensystem Kometen Asteroide Meteore und Meteoriten 9

10 Kometen Kometen McNaught, , Bad Mergentheim 10

11 Großgünstiger / Geehrter Leser Gott warnt nicht umsonst durch Luft und Schreckens-Zeichen; Wer denen widerstrebt und sich nicht kehrt daran / Gehe immer fort mit Schand auf schnöder Lasterbahn / Und wird des Höchsten Gnad niemahlen mehr erreichen / Weil Er auf Gnade hin hat immer mißgethan / Merk drauf, o lose Welt! Und stosse Dich daran! Laß diese Wunderding Dich in der Buß erweichen! Kometen astro-logisch Kometen haben Einfluss auf die Gesellschaften: Jahr 44 v. Ch.: Kaiser Augustus veranstaltete Wettkämpfe zu Ehren von Julius Cäsar nach dessen Ermordung. Am ersten Tag erschien ein heller Komet, der als Seele Cäsars und Beweis für seine Unsterblichkeit interpretiert wurde. 11

12 Kometen astro-logisch Kometen haben Einfluss auf die Gesellschaften: Jahr 1517: Montezuma interpretierte den Kometen von 1517 als böses Omen für den Zerfall des Inkareiches, so dass der Landung von Cortés 1519 kaum Gegenwehr entgegengebracht wurde. Kometen astro-logisch Kometen haben Einfluss auf die Gesellschaften: Jahr 1910: Kometenhysterie, da der Komet Halley nahe an der Erde vorüber ziehen würde: Anti-Kometen Pillen, Inhaliergeräte, Gasmasken! 12

13 Halley Halley

14 Halley Glaube im Mittelalter: Kometen sind atmosphärische Phänomene, da sie vergänglich sind. Interplanetare Kometen passten nicht in die ewige Himmelsordnung. Kometen historisch 14

15 Tycho Brahe 1577: Entfernung zu Komet Kometen sind von der Erde viel weiter entfernt als der Mond! Eine Revolution Kometen sind weiter entfernt als der Mond. Ihre Bahnen würden alle Kristallschalen durchbrechen. 15

16 Eine ½ Revolution Allerdings: Tycho Brahe konnte sich nicht dem heliozentrischen Weltbild von Kopernikus Ihre Bahnen von 1543 anschließen. durchbrechen alle Bei Tycho Brahe steht weiterhin Kristallschalen. die Erde im Mittelpunkt. Sie wird von Sonne und Mond umkreist; alle anderen Planeten und Kometen umkreisen die Sonne. Kometen sind weiter entfernt als der Mond. Anfang eines neuen Weltbildes! Der Durchbruch im Verständnis Edmond Halley 1705: Der Komet von 1682 wird 1759 wieder zu beobachten sein. Er ist früher schon oft beobachtet worden. Vorhersage 1758 bestätigt (Halley starb 1742) 16

17 Halleyscher Komet Halley mindestens seit 240 v. Chr. beobachtet! um 1910 Teppich von Bayeux (um 1070) 1986 Halleyscher Komet Halley kehrt alle etwa 76 Jahre wieder. Er ist das nächste Mal im Jahr 2061 zu sehen. 17

18 Woraus bestehen Kometen? Wie entsteht der Schweif? Ein wirklich heller Komet McNaught,

19 Woraus bestehen Kometen? Wie entsteht der Schweif? Der Kometenkern besteht aus Eis und Staub. Bei Sonnenannäherung verdampft Material und bildet einen Gas- und einen Staub-Schweif. Halley weit entfernt km von der Sonne entfernt (28 AU, etwa wie Neptun). 19

20 Halley nah Aufbau eines Kometen 20

21 Sehen ist besser als Theorie Flug mit der Giotto-Sonde zu Halley. Die Sonde begegnete Halley am Größe: 16 km x 7.5 km x 8 km Eisiger Schmutzball Dichte: 0,3 g/cm 3 Sehr dunkle Oberfläche: nur 4% des Lichts wird reflektiert (Asphalt 7%): vermutlich komplexe organische Moleküle 21

22 Woher stammen Kometen? Die Bahnen sind sehr elliptisch und reichen weit über das innere Planetensystem hinaus. McNaught Halley Woher stammen Kometen? Kuiper-Gürtel (entdeckt 1992) und Oortsche Wolke Reste aus der Zeit der Entstehung des Sonnensystems Durch Gravitation Ablenkung auf stark elliptische Bahn in das innere Sonnensystem 22

23 Woher stammen Kometen? Ähnlich Verteilungen bei Sternen gefunden Woraus bestehen Kometen? Die Rosetta-Mission 23

24 Die Rosetta-Mission Die Rosetta-Mission Ziele der Mission: Zusammensetzung von Kometen und Asteroiden Dazu: Nahe Vorbeiflüge an zwei Asteroiden Absetzen eines Landemoduls auf dem Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko Begleitung des Kometen während seines Umlaufs um die Sonne 24

25 Die Rosetta-Mission Die Rosetta-Mission Zeitplanung der Mission: Start 02/2004 Fly-by Erde 11/2005 Fly-by Mars 02/2007 Fly-by Erde 11/2009 Ankunft bei Komet 01-05/2014 Landung 11/2014 Begleitung Komet bis 12/

26 Asteroide Asteroide Asteroide sind metallische oder felsige Objekte: umkreisen die Sonne typischerweise zu klein, um kugelförmig zu sein, Erbsengröße bis 1000 km Durchmesser, 16 Asteroide mit Durchmessern über 240 km bekannt. 26

27 Asteroide und Kometen Komet: Überrest des Nebels, aus dem das Sonnensystem kondensierte, enthält Eis. Asteroid: Rest der protoplanetaren Scheibe, felsig. Asteroide und Kometen 27

28 Asteroide Asteroide 250 km 28

29 Woraus bestehen Asteroide? Die japanische Hayabusa- Mission sollte im Juni 2007 Material aus dem Asteroiden Itokawa zur Erde bringen! Woraus bestehen Asteroide? Große Probleme aufgrund eines Treibstoff-Lecks Rückstartversuch 2007, um Erde in 2010 zu ereichen 29

30 Wo sind die Asteroide? Zwischen Mars und Jupiter: Asteroidengürtel Auf Jupiterbahn: Trojaner Aber auch near Earth objects (NEO)! Near Earth Objects

31 Near Earth Objects 1900 Near Earth Objects

32 Near Earth Objects 1990 Near Earth Objects

33 Near Earth Objects heute Die roten Asteroiden kreuzen die Erdbahn Vermutung: etwa bis bisher unbekannte Objekte, die die Erdbahn kreuzen! : Objekte, etwa neue pro Monat. Eine neu entdeckte Gefahr: Die Erde könnte von Objekten aus dem All getroffen werden! 33

34 Wieso sind Asteroiden gefährlich? Geschwindigkeiten : Satelliten umkreisen die Erde mit km/h Die Erde umkreist die Sonne mit km/h Geschwindigkeiten von Asteroiden und Kometen: etwa bis km/h Wieso sind Asteroiden gefährlich? und etwas Physik: Bewegungsenergie = ½ Masse Geschwindigkeit 2 Also: doppelte Geschwindigkeit vierfache Energie 34

35 Wieso sind Asteroiden gefährlich? Bewegungsenergie im Sonnensystem: Annahme: Geschwindigkeit = km/h 10g Masse: 10 MJ Energie (3 l Wasser zum Kochen bringen) Wieso sind Asteroiden gefährlich? Bewegungsenergie im Sonnensystem: Annahme: Geschwindigkeit = km/h 540 t Masse (Steinkugel mit 7m Durchmesser): Bewegungsenergie entspricht t TNT Sprengstoff Dies entspricht der auf Hiroshima abgeworfenen Atombombe. 35

36 Nagasaki Es gibt Einschläge! Mars Mond 36

37 Einschläge auf Jupiter 1994 Ein Komet zerbricht in kleinere Bestandteile (Shoemaker-Levy 9) und bewegt sich auf Jupiter zu. Einschläge auf Jupiter

38 Kraterkette auf Ganymed Wird auch die Erde getroffen? 38

39 NASA: Near Earth Object Program Apophis Asteroid entdeckt Wikipedia: Der ägyptische Gott Apophis ist die Verkörperung von Auflösung, Finsternis und Chaos. 39

40 Apophis Asteroid entdeckt Apophis Asteroid entdeckt Durchmesser: etwa 250 m Masse: t Erste Bahnberechnungen: Mit einer Wahrscheinlichkeit von 2,7% trifft Apophis die Erde am (Freitag!) Dabei würde die Energie von Hiroshima- Atombomben frei. 40

41 Apophis Asteroid entdeckt Durchmesser: etwa 250 m Masse: t Neue Bahnberechnungen: Apophis nähert sich der Erde am nur bis auf km. Apophis Asteroid entdeckt Durchmesser: etwa 250 m Masse: t Neue Bahnberechnungen: Apophis nähert sich der Erde am nur bis auf km. 41

42 Apophis Asteroid entdeckt Durchmesser: etwa 250 m Masse: t Neue Bahnberechnungen: Apophis nähert sich der Erde am nur bis auf km. Verlauf der Annäherungen 2036 und 2037 noch nicht völlig klar. Abwehrmöglichkeiten Don Quijote Mission 42

43 Abwehrmöglichkeiten Don Quijote Mission Machbarkeitsdemonstration / Asteroidenforschung Einschlag mit 10km/s würde 6,5 t TNT entsprechen t Asteroid würde damit um 3,5 km/jahr abgelenkt. Einschlagstest schon 2017 oder 2018 möglich, dazu Start spätestens Wird auch die Erde getroffen? Auf den ersten Blick (kaum) Krater sichtbar 43

44 Meteore und Meteoriten Meteor: Leuchtspuren in der Erdatmosphäre Meteorit: Reste des Meteor erreichen den Erdboden (keine vollständige Verdampfung in Atmosphäre) Zusammensetzung von Meteoriten Bisher etwa Bruchstücke gesammelt, die mindestens 50 verschiedenen Körpern stammen. Aus Kristallstruktur Temperaturgeschichte der Planetenentstehung. Der Asteroidengürtel hatte sich nie zu einem großen Planeten geformt. Beginn der Entstehung fester Körper vor 4,566 Milliarden Jahren Wenige Meteoriten mit fast reiner Eisen-Nickel-Legierung Bruchstücke aus vormals komplett aufgeschmolzenen Asteroiden 44

45 Zusammensetzung von Meteoriten Barringer-Krater in Arizona Durchmesser 1,2 km Forschung um 1920: Ursprung Meteoriteneinschlag Geschmolzenes Gestein, Metall gefunden kein Vulkanismus Erklärung: Vor etwa Jahren schlug ein t Metallmeteorit (Durchmesser 50m) ein und setzte die Energie von 500 Hiroshima-Bomben frei. 45

46 Barringer-Krater in Arizona Erosion / Wetter auf der Erde Aber :durch Erosion werden alte Krater beinahe unsichtbar 46

47 Einschlagskrater auf der Erde wenn man genauer hinsieht: 70 km Manicouagan (Kanada) Einschlagskrater auf der Erde Chicxulub (Mexiko) Durchmesser: 180 km Einschlag eines 10 bis 20 km großen Objektes 47

48 Einschlagskrater auf der Erde Nördlinger Ries Einschlagskrater auf der Erde Nördlinger Ries 48

49 Nördlinger Ries Seit 1960 nachgewiesen: Ries entstand durch den Einschlag eines Asteroiden vor 15 Millionen Jahren Moldavite, Tektite (geschmolzenes Material) Schichtungen Nördlinger Ries Der Asteroid: Durchmesser 1,5 km Geschwindigkeit km/h Energie entspricht etwa Hiroshima-Bomben Der Asteroid hatte kleinere Begleiter 49

50 Der Ablauf des Einschlages I Kurz vor dem Aufschlag wird durch die komprimierte Luft Erdboden und Gestein verdampft und bis 450 km weit geschleudert. Der Ablauf des Einschlages II Beim Aufschlag verdampften Meteorit und Gestein bei Temperaturen von bis zu C. Es entstand ein Krater mit einem Durchmesser von 8 km und einer Tiefe von 4 km. Kilometerweit wurde Gestein verflüssigt, Glas entstand. 50

51 Der Ablauf des Einschlages III Etwa zwei Sekunden nach Aufschlag begann der Hauptauswurf. Feuerpilz bis in 30 km Höhe. Bis in 40 km Entfernung 100 m dicke Auswurfschicht. Der Ablauf des Einschlages IV Der Primärkrater bricht zusammen, es entsteht ein 24 km großer, 500 m tiefer Krater. Nach einigen Minuten fällt das ausgeworfene Gestein zurück in den Krater und füllt ihn 400 m hoch auf. 51

52 Der Ablauf des Einschlages V Nach 2000 Jahren war die Temperatur auf 100 abgekühlt. Es entstand ein See, der später verlandete. In der Eiszeit wurde der Krater durch Erosion frei gelegt. 52

53 Auswirkungen des Einschlages Bis 100 km fingen Gras, Laub, Fell und Haut sofort Feuer. Durch die Schockwelle (600 km/h) wurde alles Leben ausgelöscht. Bis 200 km Entfernung ein Drittel aller Bäume entwurzelt. Der Einschlag war auf der ganzen Erde hörbar. Langfristige Auswirkungen Durch den Einschlag wird viel Material in die Atmosphäre geschleudert. Dies schirmt die Sonnenstrahlung ab. Es wird für viele Jahre Winter, Pflanzen sterben. Sind so auch die Dinosaurier ausgestorben? Vergleiche: nuklearer Winter! 53

54 Das Dunkle Zeitalter Berichte über sehr kalte Sommer (Frost!) und Missernten. Bestätigt durch Analyse von Baumringen. Ist ein dafür ca. 500 m großer Meteorit verantwortlich? Explosion in Erdatmosphäre, Staub schirmt Sonnenstrahlung ab. Massenvernichtungen durch Meteoriten? Hinweise auf Meteoriten durch Ablagerungen von Elementen. Aber auch andere Szenarien / Kombinationen denkbar (Vulkanismus, Folgen eines Treibhauseffekt) 54

55 Andere Einflüsse von Meteoriten Woher stammt das Wasser auf der Erde? Einige Wissenschaftler behaupten, das Wasser stammt aus Meteoriten. Möglichweise sind auch erste Bausteine des Lebens von Meteoriten auf die Erde gebracht worden. Mars-Meteorit ALH Der Peekskill-Meteorit in den USA 55

56 Der Peekskill-Meteorit in den USA Viele Beobachtungen in den USA Eigenschaften und Bahn konnten rekonstruiert werden Nature 367 (1994) Der Peekskill-Meteorit in den USA Viele Beobachtungen in den USA Eigenschaften und Bahn konnten rekonstruiert werden Nature 367 (1994) 56

57 Peekskill-Auswirkungen Trefferwahrscheinlichkeiten Jedes Haus wird im Mittel alle Jahre von einem Meteoriten getroffen. 57

58 Trefferwahrscheinlichkeiten Jedes Haus wird im Mittel alle Jahre von einem Meteoriten getroffen. Auf die Erde trifft: Alle Jahre ein über 100 m großer Meteorit Alle einige Millionen Jahre ein über 1 km großer Meteorit (Nördlinger Ries) Alle einige hundert Millionen Jahre Objekt mit weltweiten Auswirkungen (Dinosaurier). Zusammenfassung Im Sonnensystem gibt es neben den Planeten eine Vielzahl kleinerer Stein- und Eisbrocken. Potentiell sind manche Objekte lebensgefährlich, aber möglicherweise auch die Basis allen Lebens. Astronomie ist (auch) wichtig zum Verständnis Entstehung des Lebens, Evolution (Dinosaurier) Geschichte ( Dunkles Zeitalter ) Kulturentwicklung: Woher hatten die Inuit Eisen? 58

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60 Flug durch eine Kometenbahn 60