Warum gibt es Wasser auf der Erde?

Transkript

1 Warum gibt es Wasser auf der Erde? Ein Blick in die Geburtsstätte von Sternen und Planeten Arnold Benz

2 1. Das Wasser-Molekül

3 Sauerstoff Wasserstoff Wasserstoff Wasser

4 Sauerstoff Wasserstoff Wasserstoff

5

6 Sauerstoff (blau) Wasserstoff (rot) Rosettanebel

7

8 Sonnensystem Molekülwolken Galaxie 100'000 Lichtjahre Ø 400 Milliarden Sterne

9 Barnard-Schleife

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11

12 K 70 K Molekülwolken bestehen vorallem aus H 2, sowie CO und Staub

13 O ν H 2 OH O O 2 ν H 2 H 2 O

14 O H 2 O Staub H 2

15 O + H 2 OH + ν H 3 + O H 2 CO H 2 O + H3 + H 2 H 2 HCO + H 3 O + HCO + e H 2 O

16 ν O O + H 3 + H 2 CO OH + H 2 H 2 O + ν ν H 2 OH H 2 O O O 2 H3 + H 2 H 2 HCO + H 3 O + HCO + e H 2 O Staub H 2

17 ν O O + H 3 + H 2 CO OH + H 2 H 2 O + ν ν H 2 OH H 2 O O O 2 H3 + H 2 H 2 HCO + H 3 O + HCO + e H 2 O Staub H 2

18 2. Herschel Weltraum Observatorium

19 Herschel Space Observatory SPIRE PACS HIFI Schweizer Hardware-Beiträge: 1. Gemeinsame Optik Einheit (HIFI) 2. Verstärker Box für HIFI

20 Mischer

21 Prototyp ETH Zürich

22 Nieten bei RUAG, Emmen

23 Kanalgehäuse mit einer Mischer Untereinheit

24 IF Verstärker Institut für Feldtheorie und Höchstfrequenz ETH Zürich; Contraves Space; Baumer Electronic Frauenfeld

25 Gemeinsame Optik Einheit (Gehäuse)

26 Mischer Untereinheiten IF Verstärker Box

27 Herschel Space Observatory im Betrieb im L2

28 3. Herschel Resultate

29 ν O O + H 3 + H 2 CO OH + H 2 H 2 O + ν ν H 2 OH H 2 O O O 2 H3 + H 2 H 2 HCO + H 3 O + HCO + e H 2 O Staub H 2

30 Intensität Wellenlänge H 2 O + +

31 Herschel Observatorium Fernes Infrarot

32 Fernes Infrarot Herschel Observatorium (ESA)

33 Wolkenkerne

34 Spektrallinie von Wassergas Wellenlänge Erster Nachweis von Wasser in einem Wolkenkern Caselii+ 2012

35 Wolkenkern Modell Rand: n (H 2 ) = 10 4 cm -3 n(h 2 O) = 10-2 cm -3 T = 10 K Strahlung im fernen UV Zentrum: n (H 2 ) = 10 6 cm -3 n(h 2 O) < 10-3 cm -3 T = 6 K

36 Wasser gibt es bereits in vorstellaren Wolkenkernen Temperatur kleiner als minus 260 C Erklärung: Wasser entsteht auf Staubkörnchen katalytisch Es bildet sich ein Eismantel Kosmische Strahlung (Protonen) löst Moleküle heraus Nachweis von Wassergas Die Menge von Wasser würde reichen für ein ganzes Sonnensystem

37 4. Vom vorstellaren Wolkenkern zur protoplanetaren Scheibe

38 Wolkenkerne kollabieren zu protoplanetaren Scheiben Scheiben geben Masse weiter an Protostern und Planeten.

39 CB 244 junger Protostern FIR Herschel FIR kollabierende Hülle ETH Folienlayout 39

40 Schockfront Jet Akkretionsscheibe Hubbel optisch

41 Wasser in Jets eines Protosterns Spitzer IRAC Herschel PACS H 2 O 179 m L1157 mm 10 4 AU

42 H 2 O Herschel/HIFI

43 Zirkumstellare Hülle 180 C 3 AE

44 Zirkumstellare Hülle 180 C 3 AE Kein flüssiges Wasser ausser auf Planeten!!

45 Protoplanetare Scheibe 100 mal Erde - Sonne

46 Protoplanetare Scheibe protoplanetare Scheibe Protostern van Dishoeck

47 vorstellarer Wolkenkern Wassergas zusammenfallender Wolkenkern protoplanetare Scheibe Übergangsscheibe van Dishoeck

48 5. Von der protoplanetaren Scheibe zu den Planeten

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50 HR 8799

51 Wasser ist sehr häufig im äusseren Sonnensystem Pluto > 1/3 Wasser

52 Einschlag von Komet Shoemaker-Levy-9 auf Jupiter 18. Juli 1994

53 Deuterium/Wasserstoff = 2 x Deuterium/Wasserstoff auf Erde

54 Deuterium/Wasserstoff = 2 x Deuterium/Wasserstoff auf Erde

55 Hartley 2 Herschel: Deuterium/Wasserstoff Komet = Deuterium/Wasserstoff auf Erde 500 m Komet 103P/ Hartley 2 Jupiter Familie

56 Rosetta 67P/Churyumov- Gerasimenko, Deuterium/Wasserstoff = 3 x Deuterium/Wasserstoff auf Erde

57 ALMA

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59 Unser Wasser 1.Entstand im Wolkenkern von Sonne und Erde auf Staubkörnchen (katalytisch)

60 Unser Wasser 1.Entstand im Wolkenkern von Sonne und Erde auf Staubkörnchen (katalytisch) 2.Kann das dritthäufigste Molekül sein in der Sternentstehung (nach H 2 und CO).

61 Unser Wasser 1.Entstand im Wolkenkern von Sonne und Erde auf Staubkörnchen (katalytisch) 2.Kann das dritthäufigste Molekül sein in der Sternentstehung (nach H 2 und CO). 3.Effizienter Strahler, gutes Kühlmittel in der Sternentstehung

62 Unser Wasser 1.Entstand im Wolkenkern von Sonne und Erde auf Staubkörnchen (katalytisch) 2.Kann das dritthäufigste Molekül sein in der Sternentstehung (nach H 2 und CO). 3.Effizienter Strahler, gutes Kühlmittel in der Sternentstehung 4.Eismantel auf Staubkörner fördert die Koagulation von Körnern zu Planeten.

63 Unser Wasser 1.Entstand im Wolkenkern von Sonne und Erde auf Staubkörnchen (katalytisch) 2.Kann das dritthäufigste Molekül sein in der Sternentstehung (nach H 2 und CO). 3.Effizienter Strahler, gutes Kühlmittel in der Sternentstehung 4.Eismantel auf Staubkörner fördert die Koagulation von Körnern zu Planeten. 5. Wasser wurde aus dem inneren Sonnensystem herausgeblasen und kam durch Asteroiden oder Kometen wieder zur Erde.

64 Was wir gelernt haben 1.Wasser ist eines von mehreren Molekülen, welche die Geschichte der Erde nachzeichnen.

65 Was wir gelernt haben 1.Wasser ist eines von mehreren Molekülen, welche die Geschichte der Erde nachzeichnen. 2.Diese Geschichte ist die Geschichte des Universums.

66 Was wir gelernt haben 1.Wasser ist eines von mehreren Molekülen, welche die Geschichte der Erde nachzeichnen. 2.Diese Geschichte ist die Geschichte des Universums. 3.Sie ist komplex und vielfältig, aber funktioniert erstaunlich gut.

67 Was wir gelernt haben 1.Wasser ist eines von mehreren Molekülen, welche die Geschichte der Erde nachzeichnen. 2.Diese Geschichte ist die Geschichte des Universums. 3.Sie ist vielfältig und komplex, aber funktioniert erstaunlich gut. 4.Es bleiben viele Rätsel.

68 ETH Folienlayout 68 Danke!