Seminar Astrobiologie WS 13/14 Verena Mündler

Seminar Astrobiologie
WS 13/14
Verena Mündler
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Definition
© wikipedia
-> Bewegung astronomischer Objekte aufgrund
physikalischer Theorien bzw. mathematischer
Modellierung
Astronomische Objekte:
• Himmelskörper: z.B. Satelliten, Planeten,
Asteroiden, Kometen
• Kosmologische Objekte: Objekte des Universums
z.B. schwarze Löcher
• Astronomische Elemente: immaterielle Objekte
geometrischer Natur: Erdmittelpunkt, galaktischer
Mittelpunkt, Raumkurven
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1. Keplersches Gesetz
Beschreibt Bewegungen idealer Himmelskörper
Die Planeten bewegen sich auf elliptischen Bahnen, in
deren Brennpunkt die Sonne steht
© http://schulen.eduhi.at/riedgym/physik/11/kepler/kepler2.htm
© wikipedia
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2. Keplersches Gesetz
Eine von der Sonne zum Planeten gezogener
Fahrstrahl überstreicht in gleichen Zeiten gleich große
Flächen
©http://schulen.eduhi.at/riedgym/physik/11/kepler/kepler2.htm
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3. Keplersches Gesetz
Die Quadrate der Umlaufzeiten zweier Planeten
verhalten sich wie die 3. Potenzen der großen
Bahnhalbachsen
© http://schulen.eduhi.at/riedgym/physik/11/kepler/kepler2.htm
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Newtonsches
Gravitationstheorie
• Gravitationskraft:
F=
𝑚1 × 𝑚2
𝐺
𝑟2
𝐺 = 6,67384 × 10
−11
𝑚3
𝑘𝑔 × 𝑠 2
© wikipedia
• Gravitationsbeschleunigung/-stärke:
𝑚1 + 𝑚2
𝑎1 + 𝑎2 = 𝐺
a1, a2 = Beschleunigung
𝑟2
• Gravitationsfeld:
ein Vektorfeld, das für alle Punkte im Raum,
die an dem jeweiligen Ort auf ein Objekt
wirkende Gravitationsfeldstärke angibt.
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Unsere Erde
• Neigung der Rotationsachse
bei 23,5°
→ausschlaggebend für die
Jahreszeiten
• Moderate Temperaturschwankungen
zwischen
Pol- und Äquatorbereich
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Einfluss Mond auf
Erde
• Durch Gravitationskraft übt er Einfluss auf die
Rotationsachse aus
• Der Mond stabilisiert die Erdachse
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Der Mond
• Jacques Laskar konnte diesen Einfluss 1993
bestimmen
• Erdachse könnte ohne Mond zwischen 0 und 85
Grad schwanken
• Bewegung aller Planeten, den wechselseitigen
gravitativen Einfluss und die Schwankungen der
Erdachse wurden ohne Mond simuliert (Jack
Lissauer)
• Laufzeit über 2 Milliarden Jahre
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Erde ohne Mond
Startpunkt: 23,5 °
Laufzeit: 2 Milliarden
Jahre
Schwankung:
zwischen 5 ° und 55°
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Erde ohne Mond
Startpunkt: minimale
Varianz von 23,5 °
Laufzeit: 2 Mrd. Jahre
Schwankung: bis zu
0° Achsenneigung
Folgen: Pole könnten
komplett zufrieren →
Schneeball Erde
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Orbitale Stabilität in
anderen Systemen
Voraussetzung: ausgewählte Planeten liegen in der
habitablen Zone (HZ)
Ausgewählte Sternsysteme:
Parameter
51 Peg
47 UMa
HD 210277
Spektraltyp
G2-3 V
G1 V
G0
Temperatur (K)
5770
5800
5540
M
1,05
1,03
0,92
R
1,15
1,26
1,06
r HZi (AU)
1,20
1,05
1,28
r HZa (AU)
2,01
1,83
2,12
Alter (Gyr)
8,5
6,9
12
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Ausgewählte Systeme
Nach folgenden Kriterien gewählt:
1. Ähnliche HZ
2. Die großen Planeten haben unterschiedliche
Massen
3. Signifikant unterschiedliche Umlaufbahnen
4. Im Fall von 47 UMa werden die Auswirkungen eines
weiteren großer Planet in der Nähe betrachtet
Für die Berechnungen wurden nur sehr kurze Perioden
gewählt (Hunderte bis Tausende Jahre). Dafür sind
Berechnungen sehr genau. Änderungen im Orbit
bereits nach weniger als 200 Jahren zu erkennen
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Unterschiedliche Orbits
der großen Planeten
• 51 Pegasi: ca. 8 Mrd.
Jahre alt; 4 – 6 % höhere
Masse als unsere Sonne
• 47 Ursae Majoris: Stern
ähnlich unsere Sonne;
ca. 46 Lichtjahre von uns
entfernt
• HD 210277: Im Sternbild
Wassermann; ebenfalls
unserer Sonne sehr
ähnlich; Alter ca. 12 Mrd.
Jahre; 69 Lichtjahre von
uns entfernt
©Noble
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Etwas Mathematik…
Folgende Formel wurde verwendet:
𝒓𝒋 = 𝒓𝑯𝒁 + 𝜹𝒊 × 𝒓𝑯𝒁𝒐 − 𝒓𝑯𝒁𝒊
δi= Distanzparameter
δ1=0,1
δ2=0,5
δ3=0,9
Bereiche sind jeweils im inneren Bereich, in der Mitte
und am äußeren Bereich der HZ gewählt.
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51 Peg
Stabile Umlaufbahn
bei allen 3
Distanzparametern
Der im inneren
liegende Planet hat
keinen Einfluss auf
die Umlaufbahn!
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47 UMa
Besondere Umstände
durch einen 2. großen
Planeten
Bei δ1 zeigt sich selbes
Verhalten wie bei 51 Peg
(a)
Bei δ2 kommt es zu einer
Wanderung von 1,1853 zu
1,6171 AU. (b)
Bei δ3 verlässt der Planet
bereits nach kurzer Zeit
die HZ. (c)
Das hinzufügen des 2.
großen Planeten
verändert die Ergebnisse
um 5,1 x 10 -7 %
© Noble
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HD 210277
-> Alle 3 möglichen
Distanzparameter liefern
instabile Umlaufbahnen
-> δ2 (b) zeigt hier einen
besonders dramatischen
Effekt
-> Planet verlässt ebenfalls
nach kurzer Zeit die HZ
-> Große Planet kreuzt die
HZ durch seine elliptische
Umlaufbahn und
verdrängt den
terrestrischen Planeten
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Entstehung von Leben
• Stabile Planetenachse für stabiles Klima
• Stabile Planetenumlaufbahn sollte innerhalb der
habitablen Zone liegen
→Nur dann ist die Ausbildung von höherem Leben
überhaupt möglich!
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Ist Leben trotzdem
möglich?
•
•
•
•
Auch auf Erde gibt es extremophile
Organismen: meistens Archaen
Thermophile Organismen kommen in
Umgebung hydrothermaler Quellen am
Meeresgrund in sehr großen Tiefen vor
(Methanopyrus kandleri): hoher Druck, hohe
Temperatur ( bei ca. 122 °C noch Wachstum
nachweisbar)
Bärtierchen können Temperaturen
bis 151 °C überleben: parthenogenetische
Vermehrung möglich
Ausbildung von Endosporen ermöglicht
überdauern ungünstiger Lebensbedingungen
© Wikipedia
© Wikipedia
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Man kann es auch
falsch verstehen…
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Quellen
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http://www.washington.edu/news/2010/05/24/weird-orbits-ofneighbors-can-make-habitable-planets-not-so-habitable/
http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.20.
5894&rep=rep1&type=pdf
http://www.astrobio.net/exclusive/4543/high-planetary-tiltlowers-odds-for-life
http://www.spacedaily.com/reports/Loss_of_Planetary_Tilt_Co
uld_Doom_Alien_Life_999.html
Wikipedia
Broecker, Wallace S.: Labor Erde . - Berlin [u.a.] : Springer ,
1994 ISBN: 3-540-56462-4
Alien Bilder : © Hannah Lingfeld
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Danke für die
Aufmerksamkeit!
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