Der Pfad der Exoplaneten

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Der Pfad der Exoplaneten
Auf der Suche nach Leben im Universum
Der erste Exoplanet
Artistische Darstellung von 51 Peg b
Was hat uns nur angeregt uns all diese Fragen zu
stellen ? Dabei wäre es so einfach gewesen die Füsse
gemütlich auf der Erde zu behalten, und die Sonne
dafür zu lieben was sie am besten tut: uns wärmen !
Aber nein ! Seit es ihn gibt, hat der Mensch nie
aufgehört in den Himmel zu schauen. Was soll dieser
Gelbe Ball und was bedeutet er ? Was is unser Platz
im Universum ? Am Schluss entstand daraus eine der
wohl schönsten und spannensten Geschichte der
Wissenschaft, mit vielen Überraschungen und vielen
(noch) unbeantworteten Fragen.
Ist die Erde Flach ? - Nein.
Ist die Erde im Zentrum des Universum ? - Nein.
Gibt es andere Sterne im Universum ? - Ja.
Aber gibt es auch andere Welten um diese Sterne ?
Die Antwort auf diese Frage fiel erst in 1995, als der
erste Exoplanet, ein Planet der um einen anderen
Stern kreist, entdeckt wurde. Er heisst 51 Peg b und ist
42 Lichtjahre von uns entfernt. Seine stolze Entdecker
sind zwei Schweizer: Michel Mayor und Didier Quéloz,
von der Universität in Genf.
Heute, ein paar Jahre später, ist die Jagt nach neuen
Exoplaneten eines der aktivsten Gebiete der modernen
Astronomie geworden. Dieser Pfad führt Sie mittels 10
Tafeln auf den langen und komplizierten Weg auf der
Suche nach neuen Planeten und Leben im Universum.
Am Ende jeder Tafel wird ihnen jeweils eine Frage
gestellt und 3 mögliche Antworten vorgeschlagen. Nur
eine davon ist aber richtig ! Welche erfahren sie auf der
nächsten Tafel...
Die Association "AstroPléiades, Parcours ClaudeNicoller"
wünscht
ihnen
einen
angenehmen
Spaziergang und freut sich sie bald wieder begrüssen
zu dürfen.
Frage 1
Die Erde dreht sich in 365 Tage um die Erde. Was
meinen sie ? Wie lange braucht 51 Peg b um seinen
Stern zu umrunden ?
(1) 4 Tage
(2) 40 Tage
(3) 400 Tage
Der Pfad der Exoplaneten
Auf der Suche nach Leben im Universum
Wie entstehen die
Planeten ?
Entstehung eines Sternensystems
Planeten entstehen zur selben Zeit wir ihre Sterne,
durch das sammeln von Staub, Eis und Gas Partikeln.
Im Zentrum der angesammelten Scheibe ist es so
heiss, dass die Partikeln anfangen miteinander zu
fusionieren (nukleare Reaktion). Der solare Wind der
dabei entsteht bläst die verbleibende Materie vom
Zentrum weg. Ein Teil von dieser Materie sammelt sich
neu und bildet die Planeten. Ein neues Sternensystem
ist geboren !
Frage 2
Was meinen sie ? Wie alt is unser Sonnensystem ?
(1) 5'000 Jahre
(2) 5 millionen Jahre
(3) 5 milliarden Jahre
Antwort 1
51 Peg b ist seinem Stern sehr nahe und braucht nur 4
Tage um ihn zu umrunden.
Der Pfad der Exoplaneten
Auf der Suche nach Leben im Universum
Die Entstehung des
Lebens auf der Erde
H2O
CO2 + NH4
UV
Blitze
Regen
Primitive Suppe
Ozean
NH3
C-H-O-N
Fossile Beweise deuten darauf hin, dass das Leben
etwa vor 3.8 Milliarden Jahren auf Erde entstanden ist,
also ungefähr 1 Milliarde Jahre nach der Entstehung
der Erde.
Zu dieser Zeit war die Erdatmosphere noch sehr
verschieden: es gab fast keinen Sauerstoff, dafür eine
Menge Kohlendioxid. Die Erdoberfläche war glühend
heiß mit Lava von den vielen Vulkanen.
Die ersten komplizierten Moleküle enstanden in der
Luft dank der Energie der UV Strahlen, der Blitze und
der Vulkane. Diese Moleküle wurden dann vom Regen
auf die Oberfläche gewaschen wo sie sich in Seen und
Lagunen zu einer Primitiven "Suppe" sammelten. Das
warme Wasser und die vielen unterwasser Vulkane
erlaubten es diese primitiven Moleküle zu verbinden
und immer kompliziertere Moleküle zu bauen.
Nach mehreren Millionen Jahre waren schliesslich alle
Moleküle verfügbar die es zur Entstehung des Lebens
braucht. Der Platz war frei für die wohl eifachsten
Lebewesen die es aud Erde gibt: Einzeller ! Auch
bekannt als Bakterien.
Frage 3
Was meinen sie ? Was sind die wichtigsten Moleküle die
es zur Entstehung des Lebens braucht ?
(1) Wasser, Kohlendioxid und Uranium
(2) Wasser, Schwefel und Gold
(3) Wasser, Sauerstoff und Kohlenstoff
Antwort 2
Die Sonne, die Erde und alle Planeten des
Sonnensystems sind vor ungefähr 5 Milliarden Jahre
entstanden.
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Auf der Suche nach Leben im Universum
Das Leben im
Sonnensystem
auf Mars
auf Europa
Gibt es Leben auf anderen Planeten in unserem
Sonnensystem ? Diese Frage ist noch unbeantwortet.
Aber Leben verbirgt sich manchmal an Orten, wo wir
es am wenigsten erwarten. Die Wissenschaftler haben
desshalb die Idee noch aufgegeben. Und hier könnte
es sich verbegen:
Auf Mars
Die entdeckung von natürlichen Abflusskanälen auf der
Oberfläche des roten Planeten deutet darauf hin, dass
einst flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche fliesste.
Dieses Wasser is zwar heute verschwunden aber ein
Teil davon könnte in unterrirdische Seen geflossen
sein. Und wo es Wasser gibt, könnte Leben nicht weit
sein.
Auf Europa
Dieser Satellit von Jupiter ist fast ausschliesslich mit
Eis (-170°C kalt) bedeckt. Forscher denken, dass es
möglich wäre flüssiges Wasser (und Leben) im Inneren
des Planeten zu finden, dort wo es viel wärmer ist.
Frage 4
Die Disziplin die sich mit der Entstehung und
Entwicklung des Leben auf anderen Planeten befasst
heisst:
(1) Exobiologie
(2) Extraterrestrologie
(3) Kosmologie
Antwort 3
Die wichtigsten Bestandteile die es für die Entstehung
des Lebens braucht sind Wasser, Sauerstoff und
Kohlenstoff.
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Auf der Suche nach Leben im Universum
Masse verglichen zur Sonne
Die Bewohnbare Zone
Bewohnbare Zone
Mars
Erde
Venus
Radius des Orbits verglichen zur Erde
Was sind die Bedingungen die einen Planeten erfüllen
muss, damit sich das Leben darauf entwickeln kann ?
Diese Frage kennt nocht keine klare Antwort. Die
meisten Wissenschaftler denken aber, dass die
Temperatur eine sehr wichtige Rolle spielt: kommt der
Planet seinem Stern zu nahe, verbrennt alles. Ist er zu
weit weg, gefriert alles. Übrig bleibt oft nur eine winzig
kleine Zone, genannt die "Bowohnbaren" Zone, in der
die Temperatur angenehm ist und flüssiges Wasser auf
der Oberfläche existieren kann.
Nicht alle Sternensysteme haben die gleichen
Chancen Leben zu beherben: die Lebensdauer des
Sterns spielt eine Zentrale Rolle ! Vergessen sie nicht,
dass das Leben eine Milliarde Jahre gebraucht hat um
auf der Erde zu entstehen. Ein Stern der 10 mahl so
gross ist wie die Sonne würde nie so lange brennen !
Frage 5
Welche Antwort ist richtig ? Die Bewohnbare Zone der
Erde...
(1) nähert sich der Sonne mit der Zeit.
(2) entfernt sich von der Sonne mit der Zeit.
(3) bewegt sich nicht mit der Zeit.
Antwort 4
Die Disziplin die sich mit der Entstehung und
Entwicklung des Leben auf anderen Planeten befasst
heisst "Exobiologie"
Der Pfad der Exoplaneten
Auf der Suche nach Leben im Universum
Wie entdeckt man
Exoplaneten ?
1) Die radiale Geschwindigkeit
Der Stern nähert sich
Das Spektrum
verschiebt sich zum Blau
Der Stern entfernt sich
Das Spektrum
verschiebt sich zum Rot
Doppler Prinzip
Bis heute wurde noch kein einziger Exoplanet direkt
durch ein Telescop beobachtet ! Alle heute bekannte
Exoplaneten wurden durch indirekte Beobachtungen
gefunden. Bei diesen Beobachtungen geht es nicht
darum den Planeten selber zu messen sondern die
möglichen Auswirkungen die er auf sein Umfeld hat.
Die bekannteste indirekte Beobachtungs Methode ist
ohne Zweifel die Methode der radialen Geschindigkeit.
Bei dieser Methode wird das Lichtspektrum eines
Sterns analysiert. Wenn ein Planet um einen Stern
kreist, übt dieser Stern permanent eine Gravitationnelle
Kraft aus. Der Planet übt gegenseitig die gleiche Kraft
auf den Stern aus. Da der Stern aber viel grösser und
schwerer ist, reicht diese Kraft nicht aus, um den Stern
gross zu bewegen. Er bewegt sich denoch ein
bisschen ! Und diese Bewegung kann von der Erde
aus dank dem Doppler Prinzip gemessen werden
(siehe Bild oben).
Frage 6
Was meinen sie ? Welche Planeten eignen sich
besonders gut um dank der Methode der radialen
Geschindigkeit entdeckt zu werden ?
(1) Grosse Planeten die nahe um ihren Stern kreisen.
(2) Kleine und sehr entfernte Planeten.
(3) Es gibt keine Unterschiede: alle Planeten sind
gleich schwer zu entdecken.
Antwort 5
Die Sonne wird immer grösser und heisser mit der Zeit.
Die Bewohnbare Zone entfernt sich also langsam von
der Sonner mit der Zeit.
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Wie entdeckt man
Exoplaneten ?
2) Die Transit Methode
Stern
Planet
Luminosität
Zeit
Die Transit Methode ist dem Prinzip einer
Sonnenfinsternis sehr änlich: wenn ein Planet sich
zwischen seinem Stern und der Erde befindet, ist
die, von der Erde aus gemessene Luminosität des
Sterns ein wenig kleiner. Dank diesem Prinzip kann
die Grösse und die Distanz des Planeten bestimmt
werden.
Theoretisch gesehen ist die Transit Methode sehr
interessant. In der Praxis, ist sie aber sehr schwer
anzuwenden, denn der Stern, der Planet und die
Erde müssen sich auf einer gleichen Linie befinden.
Ausserdem dürfen sich keine fremde Körper
zwischen der Erde und dem Planeten befinden.
Frage 7
Was meinen Sie ? Wie lange muss mann einen Stern
beobachten um dank dem Transit Prinzip einen
erdenänlichen Exoplaneten zu entdecken ?
(1) Ein paar Stunden
(2) Ein paar Tage
(3) Mehrere Jahre
Antwort 6
Die Planeten die mann dank der Methode der radialen
Geschindigkeit entdecken kann sind meist grosse
Planeten die sehr nahe um ihren Stern kreisen.
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Auf der Suche nach Leben im Universum
Wie entdeckt man
Exoplaneten ?
3) Satelliten
Corot, ESA
Kepler, NASA
Der im Dezember 2006 von der ESA lancierte
Satellit “Corot” dient fast auschliesslich der
Entdeckung von neuen Exoplaneten (dank der
Transit Methode). Sein amerikanischer Konkurrent
“Kepler” ist in 2009 von der NASA lanciert worden.
Beide Satelliten haben schon mehrere Exoplaneten
entdeckt und dürften noch mehrere Jahre lang den
Sternen Himmel beobachten, bis sie von noch
besseren Telescopen abgelöst werden.
Frage 8
Der Satellit Kepler wurde nach dem bekannten
Wissenschaftler Johannes Kepler (1571-1630) bennant.
Was meinen sie ? Was hat Johannes Kepler entdeckt ?
(1) Der Planet Mars.
(2) Die Gesetze der Planetenbewegung.
(3) Er hat das erste Teleskop gebaut.
Antwort 7
Die
Transit
Methode
benötigt
meist
viel
Beobachtungszeit. Der Grund dafür ist einfach: der
Planet muss sich zwischen seinem Stern und der Erde
befinden, was nur einmal pro Umrundung geschieht.
Da mehrere Messungen benötigt werde, müssen
Wissenschaftler jedesmal bis zur nächsten Umrundung
warten. Und das kann ein paar Tage bis zu meheren
Jahren dauern...
Der Pfad der Exoplaneten
Auf der Suche nach Leben im Universum
Gliese 581c
Artistische Darstellung von Gliese 581c
Gliese 581c wurde in 2007 dank der Methode der
radialen Geschwindigkeit entdeckt. Der Planet kreist
20.5 Lichtjahre von der Erde um einen roten Zwerg.
Die Besonderheit von Gliese 581c liegt darin, dass
der Planet nicht gasformig ist sondern aus fester
Materie besteht. Seine Grösse und seine
Temperatur sind der Erde im übrigen sehr ähnlich.
Gliese 581c ist “nur” 11 Millionen km von seinem
Stern entfernt und braucht entsprechend nur 13
Tage um ihn zu umrunden. Da ein roter Zwerg aber
viel weniger Wärme austrahlt, ist es auf der
Oberfläche von Gliese 581c sehr angenehm
(zwischen 0 und 40°C). Es ist also nicht
ausgeschlossen, das Leben sich darauf entwickeln
könnte.
Frage 9
Was meinen sie ? Wie lange würde es dauern, um einen
Gruss von der Erde aus per Radio auf Gliese 581c zu
senden ?
(1) Ein paar Sekunden dank Lichtgeschindigkeit.
(2) Ein paar Stunden.
(3) Mehr als 20 Jahre.
Antwort 8
Johannes Kepler ist bekannt dafür, dass er die Gesetze
der Planetenbewegung entdeckt hat, heute bekannt als
die 3 Keplersche Gesetzte.
Der Pfad der Exoplaneten
Auf der Suche nach Leben im Universum
Wie geht es weiter ?
"Sind wie alleine im Universum ?"
Diese fundamentale Frage hat, bis heute, noch
keine Antwort. Aber seit die Astronomen hunderte
von Exoplaneten entdeckt haben, werden wir das
Gefühl nicht los, noch nie so nahe vor einer Antwort
gestanden zu haben.
Bis jetzt erlauben es unsere Telescope zwar nur
grosse und heisse Planeten zu entdecken. Aber
schon werden grössere und stärkere Telescope
gebaut, mit Hifle deren wir nach Erdenänlichen
Planeten suchen können. Die Suche nach Leben
hat erst begonnen ! Und es ist das Zeitalter einer
fesselnder Philosophischer und Wissenschaftlicher
Reise ins Ungewisse.
Die Association “AstroPléiades, Parcours Claude
Nicollier” hofft, dass ihnen dieser Pfad gefallen hat
und das er ihre Neugier stimuliert hat. Falls sie
mehr erfahren wollen, machen sie doch einen
kleinen Ausflug auf unsere website:
http://www.astropleiades.ch
Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit und einen
schönen Tag !
Antwort 9
Gliese 581c ist 20.5 Lichjahre von der Erde entfernt.
Ein Radiosignal braucht also 20.5 Jahre um dort
einzutreffen.
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