Exoplaneten
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Exotisch Exoplaneten Vortrag von: Prof. Dr. Susanne Pfalzner 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Epikur fragte schon vor 2300Jahren: Marsmännchen Sind wir allein im Kosmos? Epikur(341-270 v.Chr.) Außerirdische Die Wissenschaft fragt anders: Gibt es Planeten auf denen Leben wie auf der Erde möglich ist? 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Unser Planetensystemen Eselsbrücke: Mein Vater Erklärt Mir Jeden Samstag Unsere Nachbarplaneten Riesenplaneten Erdähnliche Planeten Pluto Neptun Mars Uranus Erde Venus Jupiter Saturn Merkur 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Eigenschaften des Sonnensystems: ¾ Bahnen kreisförmig ¾ Planetenbahnen nahezu in derselben Ebene ¾ Sonne: 99.9% der Masse, Planeten: 0.1% der Masse Ausgangpunkt für Modelle der Planetenentstehung 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Entstehung von Planetensystemen Kant(1755) und Laplace (1796): • Urnebel • Abflachung in Scheibe • Aufteilung in konzentrische Ringe • Kondensation zu Planeten Theorie wurde verworfen, und viele andere Theorien entwickelt, aber Heutige Standardtheorie ähnlicher Startpunkt wie Kant: Gasnebel flacht zu Scheibe ab, die man protoplanetare Scheibe nennt. Planetenentstehung aus kleinen Staubteilchen in Scheibe. 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Heutige Standardtheorie Molekulare Gaswolke Abgeflachte Scheibe + Protostern Planetenentstehung 28 January, 2010 Verdichtung Planetesimalen Verlust der Restscheibe Vortrag bei Highlights der Physik Erfolg des Standardmodells Entstehung aus Staubscheibe erklärt Aufteilung in Erdähnliche und Riesenplaneten Kalte Scheibe Erdähnliche Planeten Gasplaneten Gasplaneten Innere Scheibe durch Sonne geheizt Eis und Gase können nicht kondensieren Überwiegend Silikate und Eisen 28 January, 2010 Sowohl Eis und Gas kann Kondensieren als auch Silikate und Eisen Vortrag bei Highlights der Physik Akkretionsscheiben Erste Beobachtung : Roddier et al. (1996) Typische Größen: Größe: 10 -1000 Entfernung Erde-Sonne Masse: 0.01 – 0.1 Sonnenmasse Zeit: mehrere Millionen Jahre Viele junge Sterne sind von scheibenähnlichen Strukturen umgeben 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Planetenwachstum 1. 2. 3. Stöße zwischen Staubteilchen + Zusammenkleben “Planetesimale“ ~ 1 km Weitere Stöße – nur wenige Körper bleiben übrig -- Planeten 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Planetenentstehung • protoplanetare Scheiben Ausgangspunkt für Planetenentstehung Planeten Coronograph Letztendlich verschwinden die Scheiben durch eine Reihe von Prozessen komplett Ori 114-426 28 January, 2010 O‘Dell & Beckwith (1997) Vortrag bei Highlights der Physik HR 8799 Marois et al. (2008) Ein Planet wie unsere Erde? Was macht unsere Erde so speziell? Das Leben! Was braucht man zum Leben? Temperatur Luft Wasser 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Unser Planetensystemen Nahe der Sonne ist es warm weit weg ist es kalt Riesenplaneten Erdähnliche Planeten Pluto Neptun Mars Uranus Erde Venus Jupiter Saturn Merkur 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Erdähnliche Planeten Merkur Venus Erde Mars Bessere Voraussetzungen für Leben: werden von der Sonne gewärmt 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Merkur Venus fast genauso groß am nächsten an der Erde hat auch Atmosphäre • hat keine Atmosphäre • auf einer Seite heiß(427C) auf anderen kalt(-183C) 28 January, 2010 Atmosphäre: Kohlendioxid und Schwefelsäure Riesige Stürme und Gewitter Heißeste Planet : 448 Grad Druck wie 10 000 Meter unter Meeresoberf Vortrag bei Highlights der Physik Mars •Temperatur: -125 bis +22 Grad •Atmosphäre sehr dünn •Wasser(?) vielleicht unter Oberfläche Eis Vielleicht früher bessere Bedingungen 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Planetenbeobachtung? Erde der beste Platz für Leben in unserem Sonnensystem Frage: Gibt es Planetensysteme um andere Sterne? Seit 14 Jahren wissen wir die Antwort: 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Erste Exoplaneten Erster (=Planet um anderen sonnenähnlichen Stern) wurde 1995 bei 51 Pegasus von Mayor und Queloz gefunden Inzwischen hat man über 375 Exoplaneten gefunden! 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Schwierigkeiten der Exoplanetenbeobachtung 1. Planeten leuchten nicht selbst, sondern werden nur von Stern angestrahlt 2. Leuchtkraft des Planeten million- bis milliardenfach schwächer als Stern 3. Exoplaneten sind sehr weit weg (mindestens mehrere Lichtjahre) 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Methoden der Planetensuche 1. Direkte Beobachtung Nur 2-3 direkte Beobachtungen 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Methoden der Planetensuche 2. Astrometrisch Wackeln um Zentralposition 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Methoden der Planetensuche 3. Transit Bei Vorbeiflug eines Planeten kann Stern teilweise überdeckt werden Wenn Teil des Sterns verdeckt ist, kommt etwas weniger Licht an Absenkung in der Lichtkurve 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Erste Exoplaneten 4. Radialgeschwindigkeit Erfolgreichste Suchmethode Erster Exoplanet Durch die Bewegung des Sterns ändert sich die Farbe des Lichts. 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Erste Exoplaneten 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Gefundene Planeten Durch verbesserte Methoden findet man inzwischen wesentlich leichter Exoplaneten 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Eigenschaften der gefundenen Planeten Allerdings ist es immer noch leichter Planeten großer Masse und nahe am Stern zu finden bedingt durch Suchmethode 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Eigenschaften der gefundenen Planeten Real: Planeten oft nicht auf Kreisbahn, sondern Elliptischen Bahnen 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Planeten wie die Erde? August 31, 2004 NASA -- Astronomen veröffentlichten heute die erste Entdeckung einer neuen Klasse von Planeten außerhalb unseres Sonnensystems mit einer Größe von 10 - 20 mal die der Erde – wesentlich kleiner als je zuvor entdeckt. Im Moment: Suche nach Planeten so klein wie die Erde 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Folgerungen aus Beobachtungen: ¾ Mindestens 3% aller sonnenähnlichen Sterne besitzen Riesenplaneten ¾ Wahrscheinlich mehr, denn a) Mehr Planeten mit kleinerer Masse b) Planeten mit hohem Abstand zum Stern schwer nachweisbar ¾ Andere Planetensysteme unterscheiden sich stark von unserem Sonnensystem 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Planet der richtigen Grösse =Leben? Bewohnbare Zone In einem Planetensystem im wesentlichen bestimmt durch Temperatur: Für unterschiedlich große Sterne, bei anderen Abständen 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Bewohnbare Zonen in einer Galaxie In einer Galaxie Leben nur relative weit außen möglich. 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Intelligentes Leben? Entwicklung des Lebens auf der Erde Erde entsteht Ende der Bombardierung -4600 erste lebende Zellen erste eukariotische Zellen Leben erste mehrzellige auf dem Dinosaurier Organismen Festland verschwinden Millionen Jahre 0 Erste Zellen bald nach Entstehung der Erde gebildet,Tiere aber erst viel später Wahrscheinlich häufig Leben im Weltall, aber oft nur Einzellern u.ä. Superintelligente Aliens sind eher unwahrscheinlich 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Zukunft: Nächstes Ziel : ¾ Einen Planeten der etwa so groß ist wie die erdähnlichen Planeten zu finden. ¾ Neue Teleskope werden gebaut, aber es dauert noch etwa 10 Jahre bis sie fertig sind. ¾ Braucht noch viele neue Forscher auf diesem Gebiet Vielleicht findet einer der Zuhörer hier den ersten außerhalb unseres Planetensystems 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Beispiel: Akkretionsscheiben Entwicklungsstadium bei der Entstehung von Planetensystemen Scheibe aus Gas und Staub umkreist Zentralkörper Aus Staubklumpen entstehen Planetesimale und letztendlich Planeten (S.Pfalzner(2001)) M 1 = M 2 = M Sonne v = 2.8km / s 28 January, 2010 R = 100 AU WW mit Sternen verändert Dichteverteilung Triggert möglicherweise Planetenentstehung Vortrag bei Highlights der Physik Planetenwachstum in der Scheibe 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Erde entsteht Ende der Bombardierung 4600 erste lebende Zellen erste eukariotische Zellen Millionen Jahre • 2000-2500 Mio. Jahren: neuer Zelltyp – eukaryotische Zelle – als Basis für mehrzellige Lebewesen • 700 Mio. Jahren: mehrzellige Lebewesen • 450 Mio. Jahren: Leben auf dem Festland • 65 Mio. Jahren: Aussterben der Dinosaurier 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Leben erste mehrzellige auf dem Dinosaurier Organismen Festland verschwinden 0 • Prä-biologische organische Moleküle bildeten sich in reduktiver Atmosphäre • Alternative: Vulkanische Systeme im Meeresboden 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Extremophile extremophile Mikroorganismen können auch bei 110 °C oder bei -5 °C leben 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Bewohnbare Zonen Abstand vom Zentralgestirn bei dem die physikalischen Bedingungen auf der Planetenoberfläche das Leben begünstigen 28 January, 2010 Vortrag bei Highlights der Physik Æ Wasser in flüssigem Zustand Menschheit / Zivilisation • Kurze Menschheitsgeschichte ~ 200.000 Jahre • Intelligenz: Selbstbewusstsein, Analyse, Rückschauen und komplexes strukturiertes Ausdrücken in einer Vielzahl von Medien (Sprache, elektronisch verschlüsselte Töne und Bilder) • Erst 10.000 Jahre in der heutigen zivilisatorischen Form •28 January, 99%2010aller Spezies ausgestorben! Vortrag bei Highlights der Physik
