Habitable planets around the star Gliese 581?
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Habitable planets around the star Gliese 581? F. Selsis, J. F.Kasting, B. Levrard, J. Paillet, I. Ribas and X. Delfosse Gliese 581 • Roter Zwerg • 20,5 ly entfernt • extrem langlebig • sehr lichtschwach Sonne Gliese 581 • Spektraltyp: G2V • Spektraltyp: M3V • Masse: 2x1030kg • Masse: 0,31 M☼ • Durchmesser: 1,4x106 km • Radius: 0,38 R ☼ • Temperatur: 5778K • Temperatur: 3200K • Alter: ca. 4,57 Gyr • Alter: > 7 Gyr Gliese 581b Entdeckung: Nov. 2005 Masse: ca. 16 Mْ Orbit: 0,04 AU Periode: 5,368 d Temperatur: ca.180°C M < 10 Mْ: Terrestrisch M > 10 Mْ: Giant Gliese 581c Entdeckung: 2007 Masse: ca. 5 Mْ Orbit: 0,07 AU Periode: 13 d Temperatur: -3° bis +40°C Gliese 581d Entdeckung: 2007 Masse: ca. 7,7 Mْ Orbit: 0,22 AU Periode: 66 d Temperatur: ? „Hello from Earth“ Gliese 581e Entdeckung: April 2009 Masse: 1,9 Mْ Orbit: 0,03 AU Periode: 3,15 d Temperatur: eher heiß Moviemoviemoviemo viemoviemivemovie moviemoviemoviemo viemoviemovviemovi emoviemoviemoviem Innere Grenze der HZ • The Runaway Greenhouse Limit: Nur H2O als Treibhausgas – ab 647 K kein flüssiges Wasser mehr Im Sonnensystem: 0,84 AU (ohne Wolkenbedeckung) • The Water Loss Limit Erhöhung der Temperatur Æ Wasser wird in die Atmosphäre abgegeben Æ Ionsiation und Rekombination zu H und O2Æ H kann die Atmosphäre verlassen Æ Planet wird unhabitabel Æ O2 bleibt zurück Im Sonnensystem: 0,95 AU (ohne Wolkenbedeckung) Innere Grenze der HZ • The Thermophilic Limit Bis zu welcher Temperatur kann Leben exisitieren? Æ Anpassung an extreme Umweltbedingungen z.B. Pyrolobus fumarii 120°C Im Sonnensystem: 0,94 AU (ohne Wolkenbedeckung) • The Venus Criterion Flüssiges Wasser an der Oberfläche bis vor 1 Gyr Æ Bedingungen von damals entsprechen heute einem Abstand von 0,75 AU • The Effect of Clouds Je nach Bedeckungsgrad wird Licht vom Stern reflektiert Æ Erwärmung durch Treibhauseffekt verringert Bei 100% Bedeckung: 0,46 AU Bei 50% Bedeckung: 0,68 AU Äußere Grenze der HZ • The CO2-Cloud Limit CO2 Wolken im sichtbaren Bereich durchlässiger , aber streuen effizient IR Æ Effekt der Rückstrahlung übertrifft Effekt der höheren Albdeo durch Wolkenbildung Bei 0 % Bedeckung: 1,67 AU Bei 100% Bedeckung: 2,4 AU • The Early Mars Criterion Bereits vor 4 Gyr flüssiges Wasser auf Mars – Leuchtkraft Sonne damals 28% niedriger Æ Bedingungen von damals entsprechen heute einem Abstand von 1,77 AU Äußere Grenze der HZ • A Greenhouse-Cocktail Limit Andere Treibhausgase als H2O und CO2 Æ Grenze der HZ verschiebt sich nach außen Welche Treibhausgasmischung bringt die äußere Grenze der HZ am weitesten nach außen? Bis zu 3 AU möglich, aber eher unrealistisch Æ „Terraforming“ Æ Deshalb äußerste Grenze bei 2,4 AU für sonnenähnliche Sterne Zusammenfassung HZ • Albedo der Wolken ist wichtig, nicht Albedo der Oberfläche Æ sowohl für die innere (H2OWolken) als auch die äußere (CO2-Wolken) Grenze der HZ • Kasting hat Wolken in der Atmopshäre nicht in Betracht gezogen • Leuchtkraft eines Sterns ändert sich im Laufe der Zeit und damit auch die Grenzen der HZ Planet Gliese 581c • Erhält 30% mehr Energie als Venus von der Sonne • Für flüssiges Wasser: mind. 75% hochreflektierende Wolkenbedeckung notwendig • Sonst völliges Verdampfen der Wasservorräte • Hängt von den anfänglichen Wasservorkommen ab Planet Gliese 581d • Erhält ungefähr die halbe Energie wie Mars von der Sonne • Aufheizender Effekt durch dicke Atmosphäre mit starkem Treibhauseffekt • Hohe Masse ermöglicht Aufrechterhaltung der Atmosphäre • Möglicherweise ein Gas- oder Eisriese, weil Mindestmasse ~ 8 Mْ Habitabilität von Planeten um M-Sterne • 1/1000 der Strahlung ist Röntgen- und UV-Strahlung • Strahlung führt zu Ionisation und Rekombination von H2O • Abtragung der Atmosphäre durch Sternwind • Rosat-Satellit: Röntgenstrahlung: max. 0,002% = 7-11Gyr • Verlust der Atmosphäre vor einigen milliarden Jahren? Rotation und Exzentrizität • Kreisförmige Bahn und niedrige Exzentrizitäten Æ tidally locked • Nur bei sehr hohen Exzentrizitäten nicht rotationsgebunden • Bewegende Wolkenmassen in sehr dichter Atmosphäre Æ Wärmezufuhr zur dunklen Seite (große Mengen an H2O und CO2) • Tidal locking macht Planeten nicht automatisch unhabitabel Habitabilität von Roten Zwergen • PRO: Æ extrem lange Lebensdauer Æ häufiges Vorkommen Æ Elemente für Leben vorhanden – kein roter Zwerg ohne „Metalle“ Æ [kleine Sternmasse erleichtert Auffindung von erdähnlichen Planeten] • CONTRA: Æ Tidal Locking Æ Sternflecken (Strahlung um bis zu 40% verringert) Æ gewaltige Flares (Helligkeit kann sich innerhalb von Minuten verdoppeln) Æ Großteil der Strahlung im IR – für irdische Photosynthese wird sichtbares Licht benötigt Conclusion • Eigenes Modell für HZ eines M-Sterns • Beide Planeten liegen exakt an den Grenzen der HZ • Planet d ist noch eher habitabel als Planet c • Zukünftige Untersuchungen dieses Systems (zB Darwin) würden die Definition einer HZ konkretisieren • Informatives Paper, um zu lernen, was bei der Bestimmung einer HZ zu beachten ist (eher ein Review Paper als neue Forschungsergebnisse) Referenzen Habitable planets around the star Gliese 581? F. Selsis, J. F.Kasting, B. Levrard, J. Paillet, I. Ribas, and X. Delfosse (Okt.2007) Additional planets in the habitable zone of Gliese 581? R. Zollinger and J. C. Armstrong (Jan.2009) An Earth-mass planet in the GJ 581 planetary system M. Mayor, X. Bonfils, T. Forveille, X. Delfosse, S. Udry, J.-L. Bertaux, H. Beust, F. Bouchy, C. Lovis, F. Pepe, C. Perrier, D. Queloz, and N. C. Santos (Juni 2009) Gliese 581: A System with 3 Very Low-mass Planets X. Bonfils, X. Delfosse, T. Forveille, M. Mayor, S. Udry (Juni 2007) Bilder und Video http://wetterjournal.files.wordpress.com/2009/04/phot-15b-09-fullres.jpg http://michaelgr.files.wordpress.com/2007/05/netpune-graph-nasa-01.jpg http://flyingteachers.net/blog/media/blogs/beg/Gliese581e.gif http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7e/Gliese_581_c_hydrosphere.png http://eternosaprendizes.com/wp-content/uploads/2009/03/gliese581-zona-habitavel.jpg http://www.youtube.com/watch?v=SyB_iq_pgNY http://www.nightskyinfo.com/archive/gliese581/gliese581.jpg http://www.world-science.net/images/libra+gliese581.JPG Sowie weitere Bilder, Diagramme und Tabellen aus dem referierten Paper
