Auf der Suche nach der zweiten Erde

Auf der Suche
nach der zweiten Erde
I. Sterne und ihre Planeten
Max Camenzind
Kleine Akademien 2017
www.lsw.uniheidelberg.de/users/mcamenzi
 APOD: Herz- und Seelennebel
 Gesucht: 2. Blaue Erde / ISS
Warum suchen wir Exoplaneten?
• Eine der ältesten Fragen der Menschheit:
•
Sind wir allein im Universum?
• Ist unser Planetensystem einmalig?
– Es gibt 300 Mrd. Sterne in der Milchstraße
– Die meisten haben < 2 Sonnenmassen
– Planetensysteme entwickeln sich fast immer
– Ist unser Sonnensystem der Normalfall?
•  Die Suche nach Planeten ist eine
experimentelle Herausforderung.
Michel Mayor 1995  1. ExoPlanet
Ein Mediensturm brach
1995 über Mayor herein.
„Nach sechs Monaten
habe ich aufgehört,
die Interviews zu zählen“
51 Pegasi b  1. ExoPlanet
 “Heißer Jupiter” / P = 4,23 Tage!
51 Pegasi ist
Nachbarstern
der Sonne!
Team: Didier Queloz & Michel Mayor
Astronomie ist
Teamarbeit!
Die Konkurrenz hatte weniger Erfolg
Bestätigung durch
Butler & Marcy 1997
M. Mayor 1995
Themen 1+2
• Das Sonnensystem sehr geordnet und damit
extrem stabil – ist es der Standardfall?
• Wir unterscheiden 4 Typen von Planeten.
• Instrumente des Astronomen.
• Die Sonne ist einer von vielen Sternen – wo sind
unsere Nachbarn zu finden?
• Geschichtliches zur Planetensuche.
• II. Methoden der Entdeckung.
• II. Aktueller Forschungsstand: Kepler-Daten.
• II. Zukünftige Missionen: Plato, TESS, …
• II. Wann entsteht Leben?
Milchstraße auf Emberger Alm
Milchstraße in Chile / Paranal
Andromeda
unsere Schwester
Milchstraße von der Seite
Milchstraße
 300 Mrd. Sterne
 Jeder Stern hat Planetensystem
Blaue, weiße & rote Sterne
 Die Sonne ist einer von ihnen !
Milchstraße sieht ungefähr so aus
Wir sind hier!
Unser
Planetensystem
1 Sonne
8 Planeten
Zwergplaneten
Mio. Asteroiden
Monde …
Kuiper
Gürtel
Die Sonne ist ein gelber Stern
Ein Stern ist ein
selbst-gravitierender
selbst-leuchtender
Gasball mit
Kernfusion im Innern
 Radius R
 Masse M
 Farbe blau  rot
 Temperatur Teff
 Leuchtkraft L
 Atmosphäre
 Chemische
Zusammensetzung
H, He, C, N, O, … Fe
Was ist ein Stern?
Sonne Standard:
Radius: 696.342 km
Masse: 1,988x1030 kg
Farbe: gelb G2V
Temperatur: 5777 K
Leuchtkraft:
3,846x1026 W
Absolute Helligkeit:
4,83 mag
Chem. Häufigkeiten:
H: 92,1 %; He: 7,8 %
O: 500 ppm; C: 230 ppm
Ne: 100 ppm; N: 70 ppm
Sonne
am 20.10.2015
 Flecken
Die Sonne
am 20.10.2015
© SDO
Sonne/Apod 19.09.2015
Zur Zeit fast ohne Flecken
 Sonnenfleckenzyklus 11 a
Die Sonne am 26.3.2017
Die Sonne
gewinnt ihre
Energie aus
Kernfusion:
Wasserstoff
wird in
Helium
fusioniert.
Das reicht
für 12 Mrd.
Jahre
Sonnenschein.
Energie wird
von Oberfläche
abgestrahlt.
So funktionieren alle Sterne.
4 Klassen von Planeten
4 Gesteinsplaneten
Super-Erden fehlen
im Sonnensystem
Erd-ähnlich
Super-Erden
4 Gasplaneten
Jupiter-artig
Neptun-artig
Super-Erden fehlen im SS
Radius: 1,25 – 2,2 Erdradien
Masse: 2,0 – 10 Erdmassen
Was ist eine „Super-Erde“ ?
• Wir definieren Erd-ähnlich zwischen 0,5 and 2,0
Erdmassen (0,8 RE to 1,3 RE) und große
terrestrische Planeten als zwischen 2 to 10
Erdmassen (1,3 RE to 2,2 RE)  Super-Erden.
• Planeten mit Massen unter 0,5 ME nahe der HZ
verlieren wahrscheinlich ihre lebenswichtigen
Atmosphären wegen ihrer geringen Gravitation
und des Fehlens von Plattentektonik.
• Planeten mit über 10 ME (R>2,2 RE) werden als
„giant Cores“ betrachtet (Uranus und Neptun).
Diese Planeten attraktieren Wasserstoff-Helium
Atmosphären und werden daher zu Gas-Riesen
wie Jupiter und Saturn.
Erde
Mittlere Dichte =
5,515 g/cm³
-
Super-Erde
Mittlere Dichte <
5,515 g/cm³
Neptun-artige Planeten
MNeptun = 17 ME = MJ/18
Neptun
Atmosphäre: Wolken
Atmosphäre: H, He, CH4
Mantel: Wasser, Ammoniak
Kern: Rocky, Erd-ähnlich
Mittlere Dichte =
1,638 g/cm³
= Super-Erde
von ~1,5 ME
Jupiterartige Planeten
MJupiter = 318 ME = 0,001 MS
Darf ich vorstellen: Jupiter
Masse: 0,1% Sonne
Radius: 0,1 Sonne
Dichte: 1,326 g/cm³
Temperatur: - 108 C
Albedo:
0,52
Abstrahlung: 335 PW
Magnetfeld: 1400 µT
----------------------------Wasserstoff: 90%
Helium:
10,2%
Methan:
0,3%
----------------------------Rotation: 9h 55m
Inklination: 3,3°
----------------------------Halbachse: 5,3 AE
Umlaufzeit: 11a 315d
Exzentrizität: 0,048
# Monde:
67
Differentell rotierende Streifen
Jupiter vom Südpol
Atmosphäre
Wasserstoffgas
Flüssiger Wasserstoff
Metallischer Wasserstoff
Gesteinskern
= Super-Erde
von ~ 15 ME
Mittlere Dichte =
1,326 g/cm³
Saturn
Hat über
60 Monde
Sturm auf Saturn
~ alle 20 Jahre
Saturnmond Iapetus/Cassini Mission
Saturnmond Enceladus/Apod 20.09.2015
Saturnmond Enceladus/Cassini/Apod 21.10.2015
Jupiter im Visier
Besuchen Sie folgende Web …
Juno mission website:
http://missionjuno.swri.edu
On the NASA website:
http://www.nasa.gov/juno
Die vielen Gesichter von Jupiter …
Welche Sonden bisher bei Jupiter ?
Video: Suche nach Exoplaneten
Was ist Habitable Zone?  Wasser
Zu heiß
G
K
M
Zu kalt für Leben
Lisa Kaltenegger 2013
267,3 d
122,4 d
18,2 d
12,4 d
5,7 d
Leuchtkraft in % Sonnenleuchtkraft
K2V
Entscheidend Solarkonstante!
Solarkonstante in % der Erd-Solarkonstante
ExoPlanet Kepler-452b Erdartig
Habitable Planeten 2014
Teleskope der Hobby-Astronomen
3,5-m-Teleskop
Calar Alto
wird heute
zu Planetensuche
verwendet
Am 28. September 1979 wurde das Deutsch-Spanische Astronomische Zentrum bzw. das
Centro Astronomico Hispano-Aleman in Andalusien (kurz CAHA oder Calar-AltoObservatorium) durch König Juan Carlos I. von Spanien offiziell eröffnet. Auf dem 2168
Meter hohen Berg Calar Alto in der Sierra de los Filabres stand damit Deutschlands
Astronomen und ihren spanischen Kollegen erstmals ein Observatorium zur Verfügung,
mit dem sie nach den beiden Weltkriegen wieder an die Weltspitze der astronomischen
Forschung aufschließen konnten, geleitet vom Max-Planck-Institut für Astronomie.
Subaru Teleskop auf Mauna Kea
Das Weltraum-Teleskop Hubble
ist seit 1990 im Orbit und
wird 2018 durch JWST abgelöst
Kepler Telescope NASA 2009 - 2013
Von der Sonne bis alpha Centauri
Proxima
Centauri
Sonne
Alpha Cen A
Alpha Cen B
Unsere nächsten Nachbarn + P
ExoPlanet?
Periode = 3,236 d
Achse = 0,04 AE
Proxima Centauri b
1 Jahr dauert nur 11 Tage
Unsere Nachbarn bis 12 LJahre
Nachbarsterne der Sonne  20 LJ
70 % aller Sterne
sind Rote Zwerge
Alle haben Planeten
Zustand Exoplanetensuche:
2016: 3000 Exoplaneten in 1250 Systemen
Zusammenfassung
• Es gibt ca. 300 Mrd. Sterne in der Milchstraße
•  Die meisten von diesen weisen
Planetensysteme auf.
•  Interessant sind nur Sterne mit einer Masse
unter 2 Sonnenmassen, da sie sonst zu kurz
leben (mindestens ein paar Mrd. Jahre).
• 70 % aller Sterne in Sonnenumgebung sind Rote
Zwerge mit M < Sonnenmasse/3.
• Exoplaneten werden heute in 4 Kategorien
eingeteilt: Erdartige, Super-Erden, Neptun- und
Jupiterartige Gasplaneten.
• Wesentlich ist der Begriff der Habitablen Zone.