Auf der Suche nach der zweiten Erde
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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.
