Astrobiologie ein Seminarvortrag von Tobias Gutmann München, der 12.05.09
Übersicht 1. Einführung 2. Sterne und Planeten a) Sternentwicklung b) Entstehung von Planeten 3. Extrasolare Planeten Teil 1 a) Nachweismethoden b) James Webb Space Telescope c) Bisherige Entdeckungen
Übersicht II 4. Ursprung des Lebens a) Was ist Leben? b) Grundbausteine des Lebens c) Urey-Miller-Experiment d) Chemische Evolution 5. Verbreitung des Lebens a) Extremophile b) Panspermie 6. Extrasolare Planeten Teil 2 a) Habitable Zone b) Biomarker 7. Zusammenfassung
Einführung Astrobiologie ist die Lehre über die Herkunft, Entwicklung, Verteilung und Zukunft des Lebens im Universum Hochgradig interdisziplinäres Forschungsgebiet
Sternentwicklung
Planetenentstehung
Extrasolare Planeten Extrasolare Planeten = Planeten außerhalb unseres Sonnensystems Erste philosophische Forderungen nach anderen Welten schon in der Antike (Epikur) Entdeckung des ersten extrasolaren Planeten um einen Pulsar 1992 durch Michael Mayor, um einen Hauptreihenstern im Jahr 1996 Bis jetzt 347 Exoplaneten nachgewiesen Extrasolare Planeten wichtigste astronomische Entdeckung der letzten Jahrzehnte
Nachweismethoden Sterne viel heller als Planeten Planeten sehr nah an Sternen daraus resultierend: Planeten durchs Teleskop sehr schwer zu entdecken! Wie kann man extrasolare Planeten dann finden?
Transitmethode Planet kreuzt die Sichtlinie zum Stern Helligkeit des Sterns nimmt ab Helligkeitsabnahme lässt Rückschlüsse auf die Größe des Planeten zu
Messung der Radialgeschwindigkeit
Stern bewegt sich auch radial zum Betrachter Licht des Sterns wird blaubzw. rotverschoben (Dopplereffekt) => Radialgeschwindigkeit daraus lässt sich die Masse und der Bahnradius des Planeten errechnen Methode ergibt immer nur die Mindestmasse des Planeten
James Webb Space Telescope
James Webb Space Telescope Start 2013 oder später, NASA Nachfolger des Hubble Space Teleskops 6,5 m Spiegel u.a. Suche nach Extrasolaren Planeten dazu: Beobachtung des infraroten Bereich Geplanter L2-Orbit Nachweismethode: Direkte Abbildung
Gliese 581e Masse: >1.9 ME kleinster Planet um einen Hauptreihenstern Durch die Nähe zum Stern (0.03 AU) sehr hohe Temperaturen und hohe Strahlungswerte auf der Oberfläche Kleiner Bruder des Planeten Gliese 581c, der in den Medien als zweite Erde gefeiert wurde Entdeckung am 21.04.2009 veröffentlicht
HD189733b Erster Planet dessen Atmosphäre genauer untersucht wurde und auf dem CO2, CO und Methan entdeckt wurden 2007 wurde Wasser darauf entdeckt Planet wendet dem Stern immer die selbe Seite zu Durchschnittstemperatur von 844 C
Was ist Leben? Regulation Organisation Stoffwechsel Wachstum Anpassung Antwort auf Reize Reproduktion
Grundbausteine des Lebens Leben auf der Erde: Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff Diskrepanz zwischen Elementen in den Lebewesen und in der Erdkruste
Warum H, O, C, N? Wasserstoff, Sauerstoff: sehr häufig Kohlenstoff: - kann komplexe Ketten- und Ringmoleküle bilden - kann mit vielen Elementen Bindungen eingehen - Bindungen sind nicht zu schwach, aber auch nicht zu stabil Stickstoff: verleiht Bindungen Stabilität
Urey-Miller-Experiment
Ergebnis: Ameisensäure, Glycin, Glycolsäure, Alanin, Milchsäure, β-alanin, Essigsäure + 14 Aminosäuren Kritikpunkt: damalige Atmosphäre der Erde sah anders aus Folgeexperimente (andere Gaszusammensetzungen und andere Energiequellen, z.b. UV-Strahlung, Radioaktivität, Wärme, Schockwellen) waren genauso erfolgreich Herausragende Bedeutung für die Theorien zur Entstehung des Lebens
Ursuppe gängiste Theorie zur Entstehung von Leben findet in Wasserpfützen statt Energiequelle: UV-Strahlung Bildung von komplexen Molekülen Pfütze bieten ideale Bedingungen für Konzentrierung, Durchmischung und Versorgung mit neuem Baumaterial Minerale und Tone bieten Oberfläche für katalysierte Reaktionen
Black Smoker als Quelle des Lebens Enerige- und Stofflieferant: Black Smoker katalytische Oberfläche: Eisen-Schwefel-Verbindungen (z.b. Pyrit) überall möglich, wo vulkanische Aktivität und Wasser vorhanden sind
RNA und Koazervate Wer war zuerst da? DNA oder Proteine Lösung: RNA sowohl Informationsträger als auch katalytisches Molekül Wie bildeten sich die ersten Zellen? Übergangslösung: Koazervate: konzentrierte Polymerlösungen schotten sich durch Doppelmembrane von der Umgebung ab können wachsen und sich teilen
Extremophile Thermophile halten Temperaturen bis 80 C aus, in der Tiefsee sogar bis 120 C, kommen meistens in Heißwasserquellen und Geysiren vor Barophile leben in der Tiefsee bei Drücken bis zu 800 bar Radiophile Pilze die auf Radioaktivität zuwachsen, wurden u.a. im Reaktorblock 4 in Tschernobyl gefunden
Panspermie Übertragung von Organismen von einem Planeten zum anderen Fund von Bakterien in 40km Höhe Beschleunigung durch elektrische Felder / Auswurf von Material durch Meteoritenimpakte Bakterien (vor allem Sporen) überstehen Weltraumausflüge unbeschadet Organismen können theoretisch Meteoriteneinschläge überleben Panspermie sehr umstritten
Leben auf anderen Planeten Stabile Energiequelle (Hauptreihesterne), nicht zu elliptische Umlaufbahn Flüssiges Wasser Habitable Zone Atmosphäre: Raum für chemische Reaktionen, Schutz vor Strahlung (UV, Röngten) Genug Masse damit die Atmosphäre gehalten werden kann
Habitable Zone
Habitable Zone Bereich der Bahnradien, bei dem die Existenz vom flüssigen Wasser auf der Oberfläche der Planeten möglich ist Abhängig von der Größe bzw. Leuchtkraft des Sterns Kann durch Treibhausgase in der Atmosphäre eines Planeten verschoben werden
Galaktische Habitable Zone
Biomarker O2 (Photosynthese) O3 (UV-Strahlung+O2) CO2, Methan (kohlenstoffbasierter Stoffwechsel) H2 O (Wasser)
Zusammenfassung Bausteine des Lebens stammen aus Sternen und Supernovae um Sterne mit Gas- und Staubscheiben bilden sich Planeten Planeten außerhalb unseres Sonnensystems sind nicht keine Ausnahme Bildung von komplexen organischen Molekülen ist logische Konsequenz aus bestimmten Umweltbedinungen auf Planeten Leben kann an den unwirtlichsten Orten existieren
Quellen Harald Lesch, Jörn Müller: Big Bang, zweiter Akt. Auf den Spuren des Lebens im All. Goldmann Verlag, München 2005 Wikipedia-Artikel (eng/de, abgerufen am 11.05.2009) zu: Astrobiologie Sterne protoplanetare Scheibe Leben Extremophile chemische Evolution Extrasolare Planeten Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!