Astrobiologie

Astrobiologie
ein Seminarvortrag von
Tobias Gutmann
München, der 12.05.09
Übersicht
1. Einführung
2. Sterne und Planeten
a) Sternentwicklung
b) Entstehung von Planeten
3. Extrasolare Planeten Teil 1
a) Nachweismethoden
b) James Webb Space Telescope
c) Bisherige Entdeckungen
Übersicht II
4. Ursprung des Lebens
a) Was ist Leben?
b) Grundbausteine des Lebens
c) Urey-Miller-Experiment
d) Chemische Evolution
5. Verbreitung des Lebens
a) Extremophile
b) Panspermie
6. Extrasolare Planeten Teil 2
a) Habitable Zone
b) Biomarker
7. Zusammenfassung
Einführung
●
●
Astrobiologie ist die Lehre über die Herkunft,
Entwicklung, Verteilung und Zukunft des
Lebens im Universum
Hochgradig interdisziplinäres Forschungsgebiet
Sternentwicklung
Planetenentstehung
Extrasolare Planeten
●
●
●
●
●
Extrasolare Planeten = Planeten außerhalb
unseres Sonnensystems
Erste philosophische Forderungen nach
anderen Welten schon in der Antike (Epikur)
Entdeckung des ersten extrasolaren Planeten
um einen Pulsar 1992 durch Michael Mayor, um
einen Hauptreihenstern im Jahr 1996
Bis jetzt 347 Exoplaneten nachgewiesen
Extrasolare Planeten wichtigste astronomische
Entdeckung der letzten Jahrzehnte
Nachweismethoden
●
Sterne viel heller als Planeten
●
Planeten sehr nah an Sternen
●
daraus resultierend:
Planeten durchs Teleskop sehr schwer zu
entdecken!
●
Wie kann man extrasolare Planeten dann
finden?
Transitmethode
●
Planet kreuzt die Sichtlinie zum Stern
●
Helligkeit des Sterns nimmt ab
●
Helligkeitsabnahme lässt Rückschlüsse auf die
Größe des Planeten zu
Messung der Radialgeschwindigkeit
●
●
●
●
Stern bewegt sich auch
radial zum Betrachter
Licht des Sterns wird blaubzw. rotverschoben
(Dopplereffekt)
=> Radialgeschwindigkeit
daraus lässt sich die Masse
und der Bahnradius des
Planeten errechnen
Methode ergibt immer nur
die Mindestmasse des
Planeten
James Webb Space Telescope
James Webb Space Telescope
●
Start 2013 oder später, NASA
●
Nachfolger des Hubble Space Teleskops
●
6,5 m Spiegel
●
u.a. Suche nach Extrasolaren Planeten
●
●
●
dazu: Beobachtung
des infraroten Bereich
Geplanter L2-Orbit
Nachweismethode:
Direkte Abbildung
Gliese 581e
●
●
●
●
●
Masse: >1.9 ME
kleinster Planet
um einen Hauptreihenstern
Durch die Nähe zum Stern (0.03 AU) sehr hohe
Temperaturen und hohe Strahlungswerte auf
der Oberfläche
Kleiner Bruder des Planeten Gliese 581c, der
in den Medien als zweite Erde gefeiert wurde
Entdeckung am 21.04.2009 veröffentlicht
HD189733b
●
●
●
●
Erster Planet dessen
Atmosphäre genauer
untersucht wurde und auf
dem CO2, CO und Methan
entdeckt wurden
2007 wurde Wasser
darauf entdeckt
Planet wendet dem Stern
immer die selbe Seite zu
Durchschnittstemperatur
von 844 °C
Was ist Leben?
●
Regulation
●
Organisation
●
Stoffwechsel
●
Wachstum
●
Anpassung
●
Antwort auf Reize
●
Reproduktion
Grundbausteine des Lebens
●
●
Leben auf der Erde:
Wasserstoff, Sauerstoff,
Kohlenstoff, Stickstoff
Diskrepanz zwischen
Elementen in den
Lebewesen und in der
Erdkruste
Warum H, O, C, N ?
●
Wasserstoff, Sauerstoff: sehr häufig
●
Kohlenstoff:
- kann komplexe Ketten- und
Ringmoleküle bilden
- kann mit vielen Elementen Bindungen
eingehen
- Bindungen sind nicht zu schwach, aber
auch nicht zu stabil
●
Stickstoff: verleiht Bindungen Stabilität
Urey-Miller-Experiment
●
●
●
●
Ergebnis: Ameisensäure, Glycin, Glycolsäure,
Alanin, Milchsäure, β-Alanin, Essigsäure
+ 14 Aminosäuren
Kritikpunkt: damalige Atmosphäre der Erde sah
anders aus
Folgeexperimente (andere
Gaszusammensetzungen und andere
Energiequellen, z.B. UV-Strahlung,
Radioaktivität, Wärme, Schockwellen) waren
genauso erfolgreich
Herausragende Bedeutung für die Theorien zur
Entstehung des Lebens
Ursuppe
●
gängiste Theorie zur Entstehung von Leben
●
findet in Wasserpfützen statt
●
Energiequelle: UV-Strahlung
●
Bildung von komplexen Molekülen
●
●
Pfütze bieten ideale Bedingungen für
Konzentrierung, Durchmischung und
Versorgung mit neuem Baumaterial
Minerale und Tone bieten Oberfläche für
katalysierte Reaktionen
Black Smoker als Quelle des
Lebens
●
Enerige- und Stofflieferant:
Black Smoker
●
katalytische Oberfläche:
Eisen-Schwefel-Verbindungen (z.B. Pyrit)
●
überall möglich, wo vulkanische Aktivität und Wasser
vorhanden sind
RNA und Koazervate
●
Wer war zuerst da? DNA oder Proteine
Lösung: RNA sowohl Informationsträger als
auch katalytisches Molekül
●
Wie bildeten sich die ersten Zellen?
Übergangslösung: Koazervate:
konzentrierte Polymerlösungen
schotten sich durch Doppelmembrane von der Umgebung ab
können wachsen und sich teilen
Extremophile
●
Thermophile
halten Temperaturen bis 80°C aus, in der
Tiefsee sogar bis 120°C, kommen meistens in
Heißwasserquellen und Geysiren vor
●
Barophile
leben in der Tiefsee bei Drücken bis zu 800 bar
●
Radiophile
Pilze die auf Radioaktivität zuwachsen, wurden
u.a. im Reaktorblock 4 in Tschernobyl gefunden
Panspermie
●
●
●
●
●
●
Übertragung von Organismen von einem
Planeten zum anderen
Fund von Bakterien in 40km Höhe
Beschleunigung durch elektrische Felder /
Auswurf von Material durch Meteoritenimpakte
Bakterien (vor allem Sporen) überstehen
Weltraumausflüge unbeschadet
Organismen können theoretisch Meteoriteneinschläge überleben
Panspermie sehr umstritten
Leben auf anderen Planeten
●
●
●
●
Stabile Energiequelle (Hauptreihesterne),
nicht zu elliptische Umlaufbahn
Flüssiges Wasser
⇒ Habitable Zone
Atmosphäre: Raum für chemische Reaktionen,
Schutz vor Strahlung (UV, Röngten)
Genug Masse damit die Atmosphäre gehalten
werden kann
Habitable Zone
Habitable Zone
●
●
●
Bereich der Bahnradien, bei dem die Existenz
vom flüssigen Wasser auf der Oberfläche der
Planeten möglich ist
Abhängig von der Größe bzw. Leuchtkraft des
Sterns
Kann durch Treibhausgase in der Atmosphäre
eines Planeten verschoben werden
Galaktische Habitable Zone
Biomarker
●
O2 (Photosynthese)
●
O3 (UV-Strahlung+O2)
●
●
CO2 , Methan
(kohlenstoffbasierter
Stoffwechsel)
H2 O (Wasser)
Zusammenfassung
●
●
●
●
●
Bausteine des Lebens stammen aus Sternen
und Supernovae
um Sterne mit Gas- und Staubscheiben bilden
sich Planeten
Planeten außerhalb unseres Sonnensystems
sind nicht keine Ausnahme
Bildung von komplexen organischen Molekülen
ist logische Konsequenz aus bestimmten
Umweltbedinungen auf Planeten
Leben kann an den unwirtlichsten Orten
existieren
Quellen
●
●
Harald Lesch, Jörn Müller: Big Bang, zweiter Akt. Auf den
Spuren des Lebens im All. Goldmann Verlag, München 2005
Wikipedia-Artikel (eng/de, abgerufen am 11.05.2009) zu:
–
Astrobiologie
–
Sterne
–
protoplanetare Scheibe
–
Leben
–
Extremophile
–
chemische Evolution
–
Extrasolare Planeten
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!