Entstehung des Sonnensystems und der Planeten bis zur Bildung
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Alltag der Sterne - Sternstunde der Menschheit! ______________________ Die Kosmogonie des Sonnensystems: Eine einmalige Fügung? von Hans J. Fahr Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn Auf dem Hügel 71, 53121 Bonn Die Milchstraße: Eine Insel aus 100 Milliarden Sternen: Wo entstehen die Sterne mit Planetensystemen und Kometen ? 100 000 Lichtjahre Sind alle Sterne heute schon da - oder entstehen neue ? - Und wenn Ja! - Dann wo? EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 2 / 18 Leuchtendes Universum zeigt Dichtestrukturen und Dunkelwolken ; es sieht nicht überall gleich aus im All! der Emissionsnebel M42 (OrionNebel) im Sternbild Orion in dessen Randgebieten auch heute noch Sterne entstehen. (Quelle NASA) Strenge Homogenität bedeutet Stillstand; balanciertes Gleichgewicht ! Geschehen aber geht einher mit Inhomogenitätenbildung und Strukturevolution in offenen thermodynamischen Systemen ! Warum kommt es zum Wolkenkollaps? Spielt die inter-atomare Gravitation eine Rolle ? Gravitativ gebundene Systeme EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 4 / 18 Wann kollabiert eine Gaswolke? Warum kollabieren die Wolken an unserem Himmel nicht? Annahme: Homogene Gaswolke! ! !! Unsere Sonne? >>> EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr ! 5 / 18 Wo sind Entstehungsgebiete für sonnenähnliche Sterne ? Bild 2: Gezeigt ist die kritische Jeans-Masse Mc in Einheiten von Sonnenmassen Temperaturkonstanz vorausgesetzt. Die dicke Kurve dagegen nimmt Druckgleichgewicht mit der interstellaren Umgebung an. (Quelle: Physikalisches Blatt 37 (1981) Nr. 6 ) ISMZustandsIsobare o Das Weltall ist überall „schwanger“! Geburtsplätze für Sonnen! Auch noch heute? EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 7 / 18 Potentielle Kollapszentren am Rande einer Dunkelwolke, von Sternwinden freigelegt. Aber wie vollzieht sich ein Kollaps eigentlich? Wegen Drehimpulserhaltung in einem abgeschlossenen System führt der Kollaps zunächst entweder auf einen Thorus .. oder auf eine Scheibe Thorus bei unzureichendem Drehimpulstransport Bild 8: Struktur einer kollabierenden Gaswolke von 10 Sonnenmassen nach 7074 Jahren, gesehen von der Kante der sich im Innern bildenden Scheibe (nach in 1995). Im Zentrum hat sich eine Masse von 2.7 M☉ geformt. Die Pfeile bezeichnen die lokalen hydrodynamischen e zu sehen. Viskose Scheibe bei effizientem Drehimpulstransport Bild 4: Schematische Darstellung der Ausbildung eines Gastorus bei Erhaltung des Drehimpulses einer kollabierenden Gaskugel. Die unteren Kurven zeigen den geänderten Verlauf des Gravitationspotentials. Ein rotierender Thorus fragmentiert in mehrere Kollaps-Zentren Aber: Keine Scheibe - Keine Planeten - Keine Kometen! Bildung eines Vielstern-Systems Die viskoseBildScheibe 6: Schematische Darstellung der Entwicklung eines kollabierenden Gassystems unter wirksamer Drehimpulsabgabe von der inneren Gasansammlung (solar Kern) an die äußere Gasscheibe (planetarer Ring). In einer Scheibe wird Drehimpuls von innen nach außen, und Masse von außen nach innen transportiert Es entsteht ein protostellarer Kern und eine protoplanetare Scheibe: Letztere liefert die Saat für Planeten und Kometen! Szenario der Systementstehung ? EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 12 / 18 EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr Das Gesetz der Scheibe 13 / 18 Das Gesetz der protoplanetaren Scheibe und das Sonnensystem Kometen EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 14 / 18 Temperaturverteilung in der protoplanetaren Scheibe Reibungsenergie + Selbstleuchtende Scheibe! Scheibe mit Wellen (Morfill and Sterzik, 1991) -3/4 Stationäre Scheibe EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 15 / 18 Chemische Kondensationssequenz in der protoplanetaren Scheibe Gas-Scheibe mit einem kosmischen Abundanzengemisch Das gesamte Periodensystem in einer Wolke! Kometen entstehen am Scheibenaußenrand: Schnee im frühen Sonnensystem! EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 16 / 18 Seitenansicht eines entstehenden Planetensystems Protoplaneten Bild 7: Gastemperatur TGas und Staubtemperatur TKond am Innenrand des planetaren Ringes, aufgetragen gegen dessen Abstand vom Sonnenzentrum. Gleichzeitig sind Kondensationslinien für bestimmte Stoffe des solaren Urnebels angegeben. Kometen! Temperaturgefälle in der Scheibe und die Kondensationssequenz Mineralische Sublimationen/Kondensationen EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 18 / 18 Protostellare Gasscheibe: Wie bilden sich hier Festkörper? wie Planeten?, oder Kometen? ? ? ? Wie kommen die Rosinen in den Pfannkuchen ? EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 19 / 18 Instabilität in der Protoscheibe:Safronov, Goldreich, Ward, Weidenschilling etc. EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 20 / 18 Staubscheibe um TW-Hydrae mit primordialen Planeten? EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 21 / 18 Simuliertes Sonnensystem: Jungplaneten in resonanten Bahnen EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 22 / 18 Ein neues Sonnensystem: Gerade erst von ALMA entdeckt! EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 23 / 18 Grundeigenschaften des Sonnensystems , prograder Umlauf Vielleicht: Das Geheimnis des Sonnensystems! EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 24 / 18 Das Sonnensystem: Standard in der Astrophysik? Sonne =?= normaler Stern? 8 Planeten, 3 Zwergplaneten + tausende Asteroiden + Billionen von 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr EXIT Kometen ! 25 / 18 Das Sonnensystem und seine Planeten +? EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 26 / 18 Das ist das Gesicht eines Kleinplaneten EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 27 / 18 Äußerer Aufbau des Sonnensystems und der Edgeworth-Kuiper Gürtel EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 28 / 18 The lunar surface as historical archive of cometary impacts by cratering records EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 29 / 18 Impact history of the lunar surface EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 30 / 18 Comet Ikeya (1993a): A Kuiper belt object seen at March 17, 1993 with magnitude 4.4 Different families of Comets • A: The Jupiter family: P smaller 20 years • Mean lifetime: 450000 years with 7 % suncaptured and 90 % escapers • B: The Halley family: P between 20 and 200 years; comets of the inner Oort disk, • Mean lifetimes: 100 million years • C: The long-period comets: P larger 200 years! Comets of the outer Oort cloud • Mean lifetime: 1 billion years EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 32 / 18 Verteilung des kometaren Umlaufssinnes: Ret/Pro Nearly isotropic About 200 of those have been observed prograde EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 33 / 18 Periodenverteilung der Oort`schen Kometen Isotropic Hyperbolic orbits Elliptic orbits (1/a) measures the total energy of the objects! EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 34 / 18 Orbitale Driften der Kometen In-ecliptic drifts Latitudinal drifts Inner Oort disk EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 35 / 18 Die innere Oort-Scheibe und die äußere Oort-Wolke EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 36 / 18 Verteilung der Aphelien der langperiodischen Kometen: Etwa 250 beobachtete Objekte EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 37 / 18 Orbit perturbations by close-by stellar passages 1 Billiarde Objekte = 1 pulversisierte Jupitermasse ! = 1 Milli-Sonne! EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 38 / 18 Motion of Solar System through the Galaxy: Changing galactic environments and galactic tidal forces EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 39 / 18 Correlations with biologic mass extinctions EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 40 / 18 Wo sind andere Exo-Planeten? EXIT 19. RF-Kolloquium / Entstehung des Sonnensystems / Hans J.Fahr 41 / 18
