Warum gibt es Wasser auf der Erde?
Werbung
Warum gibt es Wasser auf der Erde? Ein Blick in die Geburtsstätte von Sternen und Planeten Arnold Benz 1. Das Wasser-Molekül Sauerstoff Wasserstoff Wasserstoff Wasser Sauerstoff Wasserstoff Wasserstoff Sauerstoff (blau) Wasserstoff (rot) Rosettanebel Sonnensystem Molekülwolken Galaxie 100'000 Lichtjahre Ø 400 Milliarden Sterne Barnard-Schleife 10’000 K 70 K Molekülwolken bestehen vorallem aus H2 , sowie CO und Staub O ν H2 O OH ν H2 H 2O O2 O H 2O Staub H2 ν O+ O H3+ H2 OH+ H2 H 2O + CO H2 H 3+ HCO+ H2 H 3O + HCO+ e H 2O ν O+ O H3+ H2 ν OH+ H2 O H2 ν H2 O H2 H 3+ HCO+ OH H 2O + CO O2 H2 H3 O+ HCO+ e H 2O Staub H2 ν O+ O H3+ H2 ν OH+ H2 O H2 ν H2 O H2 H 3+ HCO+ OH H 2O + CO O2 H2 H3 O+ HCO+ e H 2O Staub H2 2. Herschel Weltraum Observatorium Herschel Space Observatory SPIRE PACS HIFI Schweizer Hardware-Beiträge: 1. Gemeinsame Optik Einheit (HIFI) 2. Verstärker Box für HIFI Mischer Prototyp ETH Zürich Nieten bei RUAG, Emmen Kanalgehäuse mit einer Mischer Untereinheit IF Verstärker Institut für Feldtheorie und Höchstfrequenz ETH Zürich; Contraves Space; Baumer Electronic Frauenfeld Gemeinsame Optik Einheit (Gehäuse) Mischer Untereinheiten IF Verstärker Box Herschel Space Observatory 2009 – 2013 im Betrieb im L2 3. Herschel Resultate ν O+ O H3+ H2 ν OH+ H2 O H2 ν H2 O H2 H 3+ HCO+ OH H 2O + CO O2 H2 H3 O+ HCO+ e H 2O Staub H2 + Intensität H 2O + Wellenlänge Herschel Observatorium Fernes Infrarot Fernes Infrarot Herschel Observatorium (ESA) Wolkenkerne Spektrallinie von Wassergas Wellenlänge Erster Nachweis von Wasser in einem Wolkenkern Caselii+ 2012 Wolkenkern Modell Strahlung im fernen UV Rand: n (H2) = 104 cm-3 n(H2 O) = 10-2 cm-3 T = 10 K Zentrum: n (H2) = 106 cm-3 n(H2 O) < 10-3 cm-3 T=6K Wasser gibt es bereits in vorstellaren Wolkenkernen • Temperatur kleiner als minus 260 C • Erklärung: Wasser entsteht auf Staubkörnchen katalytisch • Es bildet sich ein Eismantel • Kosmische Strahlung (Protonen) löst Moleküle heraus • Nachweis von Wassergas • Die Menge von Wasser würde reichen für ein ganzes Sonnensystem 4. Vom vorstellaren Wolkenkern zur protoplanetaren Scheibe Wolkenkerne kollabieren zu protoplanetaren Scheiben Scheiben geben Masse weiter an Protostern und Planeten. CB 244 junger Protostern FIR kollabierende Hülle Herschel FIR 04.04.2017 ETH Folienlayout 39 Schockfront Jet Akkretionsscheibe Hubbel optisch Wasser in Jets eines Protosterns Herschel PACS Spitzer IRAC H2O 179 m L1157 mm 104 AU H2O Herschel/HIFI Zirkumstellare Hülle 180 C 3 AE Zirkumstellare Hülle 180 C 3 AE Kein flüssiges Wasser ausser auf Planeten!! Protoplanetare Scheibe 100 mal Erde - Sonne Protoplanetare Scheibe protoplanetare Scheibe Protostern van Dishoeck + 2012 vorstellarer Wolkenkern Wassergas zusammenfallender Wolkenkern protoplanetare Scheibe Übergangsscheibe van Dishoeck + 2012 5. Von der protoplanetaren Scheibe zu den Planeten HR 8799 Wasser ist sehr häufig im äusseren Sonnensystem Pluto > 1/3 Wasser Einschlag von Komet Shoemaker-Levy-9 auf Jupiter 18. Juli 1994 Deuterium/Wasserstoff = 2 x Deuterium/Wasserstoff auf Erde Deuterium/Wasserstoff = 2 x Deuterium/Wasserstoff auf Erde Hartley 2 Herschel: Deuterium/Wasserstoff Komet = Deuterium/Wasserstoff auf Erde Komet 103P/ Hartley 2 Jupiter Familie 500 m Rosetta 67P/ChuryumovGerasimenko, Deuterium/Wasserstoff = 3 x Deuterium/Wasserstoff auf Erde ALMA Unser Wasser 1.Entstand im Wolkenkern von Sonne und Erde auf Staubkörnchen (katalytisch) Unser Wasser 1.Entstand im Wolkenkern von Sonne und Erde auf Staubkörnchen (katalytisch) 2.Kann das dritthäufigste Molekül sein in der Sternentstehung (nach H2 und CO). Unser Wasser 1.Entstand im Wolkenkern von Sonne und Erde auf Staubkörnchen (katalytisch) 2.Kann das dritthäufigste Molekül sein in der Sternentstehung (nach H2 und CO). 3.Effizienter Strahler, gutes Kühlmittel in der Sternentstehung Unser Wasser 1.Entstand im Wolkenkern von Sonne und Erde auf Staubkörnchen (katalytisch) 2.Kann das dritthäufigste Molekül sein in der Sternentstehung (nach H2 und CO). 3.Effizienter Strahler, gutes Kühlmittel in der Sternentstehung 4.Eismantel auf Staubkörner fördert die Koagulation von Körnern zu Planeten. Unser Wasser 1.Entstand im Wolkenkern von Sonne und Erde auf Staubkörnchen (katalytisch) 2.Kann das dritthäufigste Molekül sein in der Sternentstehung (nach H2 und CO). 3.Effizienter Strahler, gutes Kühlmittel in der Sternentstehung 4.Eismantel auf Staubkörner fördert die Koagulation von Körnern zu Planeten. 5. Wasser wurde aus dem inneren Sonnensystem herausgeblasen und kam durch Asteroiden oder Kometen wieder zur Erde. Was wir gelernt haben 1.Wasser ist eines von mehreren Molekülen, welche die Geschichte der Erde nachzeichnen. Was wir gelernt haben 1.Wasser ist eines von mehreren Molekülen, welche die Geschichte der Erde nachzeichnen. 2.Diese Geschichte ist die Geschichte des Universums. Was wir gelernt haben 1.Wasser ist eines von mehreren Molekülen, welche die Geschichte der Erde nachzeichnen. 2.Diese Geschichte ist die Geschichte des Universums. 3.Sie ist komplex und vielfältig, aber funktioniert erstaunlich gut. Was wir gelernt haben 1.Wasser ist eines von mehreren Molekülen, welche die Geschichte der Erde nachzeichnen. 2.Diese Geschichte ist die Geschichte des Universums. 3.Sie ist vielfältig und komplex, aber funktioniert erstaunlich gut. 4.Es bleiben viele Rätsel. 04.04.2017 ETH Folienlayout Danke! 68
