Auf der Suche nach bewohnbaren Planeten
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Auf der Suche nach bewohnbaren Planeten Wilhelm Kley Institut für Astronomie & Astrophysik & Kepler Center for Astro and Particle Physics Tübingen 6. Juni, 2013 W. Kley Planeten • • • • • • • • W. Kley Organisation Historie Sonnensystem Leben Raumfahrt Exoplaneten Atmosphären Außerirdische In Zukunft Tübingen: 6. Juni 2013 1 Historie Griechenland I Demokrit (ca. 460-370 v.Chr.) All unendlich, unveränderlich unzählige Welten in Größe unterschiedlich manche ohne Sonne und Mond Epikur (ca. 341-270 v.Chr.) “Es gibt unendlich viele Welten, teils unserer ähnlich teils unähnlich.” W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 2 Historie Griechenland II Aristoteles (384-322 v.Chr.) Nur eine Welt 4 Elemente: Erde im Zentrum, umgeben von Wasser, Luft, Feuer (sublunare Region) Im Himmel (auf Sphären): Mond, Merkur, Venus Sonne, Mars, Jupiter Saturn (auf Kreisbahnen) Sterne im Äther (Quintessenz, 5. Element) Peter Apian (1495 - 1552) Cosmographia W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 3 Historie Beginn Neuzeit Giordano Bruno (1548-1600) ’Schutzheiliger’ der Planetensucher (Kasting) schreibt 1584 in: De l’infinito universo e mondi (Über das Unendliche, das Universum und die Welten) Es gibt unzählige Sonnen und unzählige Erden, welche ihre Sonnen in der gleichen Weise umkreisen wie die sieben Planeten unseres Systems. (und dort auch Leben möglich) W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 4 Historie Heute: populäre Idee Bild-Zeitung am 7.2.2013 Abschätzung der NASA: ca. 4 Mia. erdähnliche Planeten in Milchstraße. W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 5 Historie Auf der Suche (Flammarion: L’atmosphère: météorologie populaire, 1888) W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 6 Sonnensystem Erde-Mond Durchmesser: Erde: 12.700 km Mond: 3.470 km Volumen: etwa 50 Mondkugeln passen in Erde Abstand: 384.000 km 1,3 Lichtsekunden W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 7 Sonnensystem Erde-Mond Apollo 11: Landung auf Mond: 20. Juli, 1969 Max. Geschwindigkeit: 40,000 km/Std. erreiche Mond nach etwa 10 Std. / Licht 1,3 Sek. Weiteste Entfernung eines Menschen von der Erde Kein Leben auf dem Mond (keine Atmosphäre, starke Temperaturschwankungen) W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 8 Sonnensystem Unsere 8 Planeten Sonne, Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun Erde-Sonne: 150 Mio. km = 1 Astron. Einheit (AE), 8 Lichtminuten, Reisezeit Apollo 11: 156 Tage Erde-Mars: 0,5-2,5 AE, Reisezeit: 3/4 Jahr (Firma: Mars-One) Erde-Neptun: 29-31 AE, Reisezeit: mehrere Jahre W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 9 Erdähnliche Planeten Sonnensystem Planet Merkur Venus Erde Mars Mond g [m/s2] (Gravitation) Temperatur [◦ C] Bodendruck [bar] 3.7 - 8.9 460 93 9.8 15 1.0 3.7 – 40 0.006 1.6 - Merkur W. Kley Venus Tübingen: 6. Juni 2013 Erde Mars 10 Sonnensystem Venus: Oberflächenstruktur Bodenstruktur auf der Venus (1982) (Aufnahme der russischen Raumsonde Venera 13) Leben auf der Venus? Hier: Bild von Venera 13 Meteoritenkrater Cunitz. Am Horizont der drei Kilometer hohe Vulkan Gula Mons (Radarbild: Raumsonde Magellan, NASA) Dichte Atmosphäre: 96% CO2, 3.5% SO2 an Oberfläche: Temp. = 460◦C, Druck = 90 bar ⇒ Kein Leben ! W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 11 Sonnensystem Mars: Factsheet Der Rote Planet: Eisenoxide Dünne Atmosphäre (95.3% CO2) - Oberfläche sichtbar - Weiße Polkappen: Trockeneis (CO2) (Jahreszeiten) - Mars Kanäle (Canali) - Leben ? (Hubble Space Telescope) Zahlreiche Raumsonden - Mariner 4 (’65), Mariner 9 (’71) - Viking-Lander (1976) - Pathfinder (1999) ... - Curiosity (2012) (Schiaparelli, 1877) W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 12 Sonnensystem Hinweise auf Wasser ... Iani Chaos (unten), Ausflusstal Ares Vallis (Mars-Express, DLR, 2005) Aber: Kein Leben ! W. Kley (durch Bodenuntersuchungen) Tübingen: 6. Juni 2013 13 Leben Entstehung Was ist für Leben wichtig: - Gute Temperaturen (weder heiß noch kalt) - Flüssiges Wasser - Nicht zu dicht am Stern (Rotation) - Kreisförmige Bahn ? (Klima) - Einen Mond ? (stabile Achse) - Magnetfeld ? (Teilchenstrom) W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 14 Leben Wasser Wasserstoff: häufigstes Element Sauerstoff: dritthäufigstes ⇒ Wasser ist eines der häufigsten Moleküle im Universum Polares Molekül Gutes Lösungsmittel (z.B. für organische Moleküle) Habitable Zone: Hohe Wärmekapazität Bereich, in dem flüssiges Wasser existieren kann. (reduziert Klimaschwankungen) Ozeane (Entstehungsort von Leben) W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 15 Leben Lebensentstehung Urerde: Wasser, Vulkane, Gewitter, einfache biologische Moleküle (vor 60 Jahren: Miller-Urey Experiment, 1953) W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 16 Leben Lebensentwicklung Das Leben braucht: Unendlich viel Zeit Alter der Erde: 4,6 Mia. Jahre Mikroorganismen: vor 3,5 Mia. Jahren Erste Vielzeller: vor 650 Mio. Jahren Dinosaurier: vor 150 Mio. Jahren Mensch: vor 2 Mio. Jahren ⇒ Brauche: langlebigen Stern W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 17 Leben Habitable Zone Venus: mittl. Temp. 460◦C, 100 facher Druck, 96,5% C02 Mars: mittl. Temp. -40◦C, 1/1000 Druck, 95% C02 Im Sonnensystem: Nur Leben auf der Erde W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 18 Raumfahrt Andere Planeten (Erwin Moser: Die Maus im All, 1996) Wie finden Astronomen Planeten um andere Sterne ? Wieviele solcher Exoplaneten wurden schon entdeckt ? Wo wäre Leben möglich ? W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 19 Raumfahrt Die nächsten Sterne/Sonnen Kastengröße: - 200 Billionen km - 21 Lichtjahre nächster Stern α Centauri ca. 4,3 LJ entfernt Sirius ca. 8,6 LJ entfernt W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 20 Raumfahrt Voyager Sonden Heutige Entfernung: 16 Mia. Kilometer, 110 AE, 2,75 mal Neptun W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 21 Raumfahrt Pioneer/Voyager Sonden Infos für Extraterrestrische Mit an Bord: Plakette (Pioneer) Tafel mit Hekunftsdaten Golden Record (Voyager) Musik von: Bach, Beethoven, Mozart Heutige Geschwindigkeit ca. 17 km/sec. = 61.000 km/Std. = 0,0000566 LJ/Jahr Erreicht nächsten Stern (α Centauri) in 70.000 Jahren Viel zu langsam !! ⇒ Beobachtung von Erde! W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 22 Exoplaneten Entdeckungsmethoden Radialgeschwindigkeit (RG): Bewegung der Sterne ([1m/s]) (Spektroskopie, Dopplereffekt) ⇒ Masse, Abstand vom Stern Transitmethode: Sternbedeckungen (durch Planet) (Photometrie, Sternhelligkeit) ⇒ Radius Direkte Abbildung: (adaptive Optik) ⇒ Helligkeit W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 23 Exoplaneten Transitmethode: Die Kepler-Mission 150,000 Sterne simultan über mehrere Jahre, Sternbild: Cygnus Start: 6. März 2009 bis 2016 0.95m Teleskop Heute: Über 2000 Planetenkandidaten, etwa 70-80 Systeme gesichert. W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 24 Exoplaneten Transitmethode: Beispiele Relative Einsenkung: - bestimmt: Verhältnis Planeten- zu Sternradius - absoluter Planetenradius: brauche Sternradius - bei bekannter RG-Amplitude: → Planetenmasse W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 25 Exoplaneten Direkte Abbildung Stern: HR8799 Sternbild: Pegasus Keck-Teleskop (Hawaii) 2 Epochen 3 Planeten (2008): Abstand: 24, 38, 68 AE Massen: 10, 10, 7 MJup Planetenbewegung: zum ersten Mal direkt beobachtet! 4. Planet (2010) 14.5 AE Weitere Systeme: - Fomalhaut - β Pictoris W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 26 Exoplaneten Bekannte Exoplaneten Planeten um sonnenähnliche Sterne Transit Radialgeschwindigkeit Gesamtanzahl: ca. 900 Planeten davon Transits: ca. 300 2 oder mehr Planeten: ca. 140 Systeme - große Massen - dicht am Stern W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 27 Exoplaneten W. Kley Planeten in habitabler Zone Tübingen: 6. Juni 2013 28 Exoplaneten Wie findet man habitable Planeten? James F. Kasting Amerikanischer Geowissenschaftler Grundlegende Arbeiten zur Habitabilität W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 29 Atmosphären Charakterisierung von Planeten Spektren von Planeten Jupiter 100 Mio. mal schwächer als Stern W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 30 Atmosphären Transit-Spektroskopie Bilde Differenzspektrum Transit-Spektroskopie: erlaubt Bestimmung der Zusammensetzung der Atmosphäre des Planeten W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 31 Atmosphären Transmissions-Spektroskopie “Erdgas auf 63 Lichtjahre entferntem Planeten entdeckt” (Schwäbisches Tagblatt, 20.Mai 2008) Transmissionsspektrum vom HST; (Nature, 20.3.2008) Hier: Methan, CH4 Transmissions-Spektroskopie: erlaubt Bestimmung der Zusammensetzung der Atmosphäre des Planeten W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 32 Atmosphären W. Kley ESO-Pressemitteilung (2/2012) Tübingen: 6. Juni 2013 33 Atmosphären W. Kley Earth-Shine: Prinzip Tübingen: 6. Juni 2013 34 Atmosphären Die Erde als Exoplanet Earth Shine (ESO/VLT) Mars Global Surveyor (NASA) W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 35 Atmosphären Exoplaneten-Spektrum: HD 189733b Transit-Spektroskopie: (Hubble Space Teleskop, 2008) Temperatur: 1500◦C, Wasserdampf, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Methan W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 36 Außerirdische Außerirdische Zivilisationen Wie häufig im Universum ? Kontaktaufnahme / Besuch auf Erde ? W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 37 Außerirdische Zahl von erdähnlichen Planeten Ergebnisse der Kepler-Mission: (Januar, 2013) W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 38 Außerirdische Die Sonne in der Milchstraße Die Milchstraße (eine Galaxie) Wieviele Planeten mit Zivilisationen ? Drake-Gleichung (1960) • • • • • • Sternentstehungsrate: R∗ Anteil mit Planeten: fP Anteil in habitabler Zone: fH Anteil mit (intelligentem) Leben: fI Anteil mit Zivilisationen: fZ Lebensdauer der Zivilisation: L Sterne mit hoher Zivilisation: NK = R∗ · fP · fH · fI · fZ · L Ergebnis für Milchstraße Enthält etwa 200 Mia. Sterne Durchmesser: 100 000 Lichtjahre ! zwischen: 1 - 106 ! Carl Sagan: 10 W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 39 Außerirdische Das Fermi-Paradoxon Enrico Fermi Formuliert 1950 Annahmen: • intelligentes Leben entsteht oft im Universum • kann Milchstraße in wenigen Millionen Jahren erkunden • Noch keine Außerirdischen gesehen/gehört Widerspruch (Fermi-Paradoxon) =⇒ Zwei Möglichkeiten • Sie existieren nicht (wir sind allein) • Sie existieren, aber schwierig, Kontakt aufzunehmen W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 40 In Zukunft TPF/Darwin (NASA/ESA) Terrestrial Planet Finder / Darwin (cancelled) Satelliten in Formation, Infrarot Detektoren Suche nach erdähnlichen Planeten: Größe, Temperatur, Position Suche in Planetenatmosphären nach Zeichen von Leben W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 41 In Zukunft W. Kley Neue Teleskope in Sicht ? Tübingen: 6. Juni 2013 42 Planeten The End Vielen Dank für Ihr Interesse ! W. Kley Tübingen: 6. Juni 2013 43
