Post on 06-Apr-2015
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Voraussetzungen der Entstehungdes Sonnensystems und der Erde
(und des Lebens)
Hans ZinneckerAstrophysikalisches
Institut Potsdam
Bonn02. 12. 2002
1. Was ist das Sonnensystem?Was sind seine Besonderheiten?
die meiste Masse in der Sonne,0,1% in den Planeten
1% der Gesamtmasse als schwere Elemente (wichtig)
neun Planeten, grosse Vielfalt, fast Kreisbahnen
alle in einer Ebene (koplanar),
gleichsinniger Umlauf
wenig Drehimpuls in der Sonne,200 mal mehr in den Planeten (Jupiter)
innen terrestrische Planeten (Eisenkern/Silikatkruste),
aussen Gasriesen
Alter des Systems: halb so alt wie die Milchstrasse(4,6 Mrd. Jahre)
2. Wie könnte das Sonnensystem entstanden sein?
von den ersten Ideenbis zur modernen Computer-Simulation
erste Ideen:
Kant (1755), Laplace (1796)rotierende Gaswolke (Urnebel)
Irrwege:
Chamberlin & Moulton 1905,Jeans & Jeffreys 1917
Planeten aus Sonnenmaterialdurch Gezeiten-Sternbegegnungen
Wiederbelebung von Kant/Laplace Theorie:
von Weizsäcker (1948), Lüst (1952)
Beginn moderner Beobachtungen:IR-Exzess, Staubkontinuum bei jungen Sternen
Staub-Gas Verhältnis ca. 1%, Ursprung des Sternen-Staubs?
2. Wie könnte das Sonnensystem entstanden sein?
von den ersten Ideenbis zur modernen Computer-Simulation
direkte Bilder:
Silhouetten-Scheiben im Orion-Sternhaufen (face-on disks)
isolierte edge-on Scheiben
(Staubband, Streulicht,HH30 Disk/Jet System)
Computer-Simulationen:
Kollaps einer Gas/Staubwolkezu Proto-Stern mit Scheibe (H.W. Yorke)
Entwicklung eines Protosternhaufens (M. Bate)
3. Die Entstehung der Planeten,der Erde und des Lebens
Radial konzentrische Entstehungszonen der Planeten
Stoffzusammensetzung hängt ab vom Sonnenabstand (fest/flüchtig)
Staubwachstum zu Planetesimalen (1km)grav. Instabilität der Staubschicht, Gasreibung
Planetesimale kollidieren, runaway Wachstum zu Planetoiden (1000 km)
Planetoiden wachsen “oligarchisch“,stören sich gegenseitig gravitativ,
Planetoiden wachsen durch gegenseitige Stößeoder durch Aufsammeln der Planetesimale(siehe Einschlagkrater), Hill-Einflusszonen
3. Die Entstehung der Planeten,der Erde und des Lebens
feste Kruste, Differenzierung (Eisenkern),Wasser im Erdinnern,
Ausgasen nach Aufheizungdurch Asteroiden/Kometen Bombardement
600 Mill. Jahre lang,danach Abklingen der Einschläge: erstes Leben
vor 2.5 Milliarden Jahren:rapide Sauerstoffzunahme, Eukaryonten
vor 600.000 Jahren: Supereiszeit,danach kambrische Explosion: Tiere
die Erde im Vergleich zu Mars und Venus(Vereisung, Treibhaus-Effekt)
enge habitale Zone(Wasser flüssig, Tripelpunkt; Plattentektonik, ...)
4. Ist das Sonnensystem einzigartig?Wahrscheinlich nicht.
viele junge Sterne mit Scheiben seit 1990 entdeckt...
Silhouetten-Scheiben im Orion-Sternhaufen:Proto-Sonnensysteme?
extrasolare Planeten seit 1995 gefunden(sog. hot Jupiters)
noch kein 2. Sonnensystem gesehen, schwierig(Kontrast Planet - Stern)
dennoch Zuversicht: Interferometrische Methoden(VLTI, ALMA, TPF, DARWIN)
weitere Methoden:Mikrolinseneffekt, Planetenbedeckung
5. Ist die Erde einzigartig?Wahrscheinlich ja:
günstige Kombination.
flüssiges Wasser, Land, Plattentektonik,Vulkanismus, Magnetfeld
Schiefe der Ekliptik, Jahreszeiten,Gezeiten, Mond, Atmosphäre
Entwicklung höheres Leben(erst nach langer Zeit, ca. 4 Mrd. Jahre)
UV Schutz durch Ozon, stabiler Treibhauseffekt(40 Grad mehr)
Erde: 45% Sauerstoff (Mg, Si, Fe Oxide),relativ wenig Wasser (0,1%)
5. Ist die Erde einzigartig?Wahrscheinlich ja:
günstige Kombination.
Spuren von Kohlenstoff und Wasserstoff,auch Phosphor (DNA)
Vorgeschichte der Erde:Sauerstoffentwicklung Atmosphäre, Eiszeiten
Diversität vs. Konvergenz, Schneeball Erde(Ozeane alle gefroren)
Massensterben durch Asteroideneinschlagvor 65 Millionen Jahren...
Bäume, Pflanzen, Blumen,
denkende Menschen
6. Astrobiologie:neues interdisziplinäres Feld
Astronomie, Biologie, Paläontologie, Ozeanographie,Mikrobiologie, Geologie, Genetik;
Suche nach Bedingungendes Lebens im Universum
Baum des Lebens (3 Domänen, 5 Reiche):älteste gemeinsame Gene...
Ausblick
anthropisches Prinzip:
a) schwaches :atomare Konstanten genau richtig
für unsere Existenz
b) starkes:Universum ist so angelegt,
dass es Menschen geben muss...
Kopernikanisches Prinzip:
wir sind nichts Besonderes (Raum, Zeit)
oder doch? ("Hypothese der einsamen Erde")
Voraussetzungender Entstehung der Erde
Supernovae bilden schwere Elemente
schwere Elemente bilden Staubkörner
Molekülbildung auf Staub, UV-Abschirmung,
kalte Wolken, Kollaps
Anfangsbedingung beim Wolkenkollpas:
nicht zu große, nicht zu kleine Masse(Masse bedingt Lebensdauer)
nicht zu schnelle (sonst Doppelstern),
nicht zu langsame Rotation(sonst keine ausgedehnte Scheibe,notwendig für Planetenbildung)
Staub mit fraktaler Struktur,
Körner haften bei Zusammenstoß,aber geschwindigkeitsabhängig
(Koagulation und Fragmentation)
Voraussetzungender Entstehung der Erde
erdähnlicher Planet(Masse, Größe, Eisenkern, Kruste, Atmosphäre)
Plattentektonik (warum?)
Radioaktivität (Vulkanismus,der nicht zu schnell ausstirbt)
Erd-Magnetfeld (schirmt kosmische Strahlung ab,rettet Atmosphäre)
flüssiges Wasser, aber nicht zu viel Wasser,sonst kein Land
Voraussetzungender Entstehung der Erde
Sauerstoff (Energiespender des Lebens),Ozonschicht (Schutz vor UV-Strahlung)
Kohlenstoff als Spurenelement(Großteil in CO gebunden, sonst CO2)
stabiler Treibhauseffekt(Regelkreis durch Karbonatsilikatverwitterung)
Verteilung der Land- und Wassermasse(Albedo, Klima)
sichere galaktische Umgebung(keine allzu nahe Supernova)
Voraussetzungender Entstehung der Erde
richtiger Abstand vom Zentralgestirn(richtige Temperatur)
nicht zu hohe Temperatur(sonst chem. Bindungen instabil)
Einzelstern, kein Doppelstern(Strahlungsmenge konstant)
Lebensdauer des Zentralgestirns(d.h. kleine Sternmasse, 1M)
Existenz des Mondes und/oder des Jupiter(Asteroiden, Kometen)??
Ich bedanke mich
für Ihr Interesse
und wünsche Ihnen
einen angenehmen
Heimweg
„Und sie bewegt sich doch!“
Christoph Scheiner1573 – 1650Philosoph, Theologe,Mathematiker, Astronom
1610 – 1617 Professor für Mathematik in Ingolstadt
1611 erste anonyme Publikationen über die Entdeckung der Sonnenflecken
1630 „Rosa Ursina“
Entdeckungen:- Sonnenflecken- diff. Rotation der Sonne- Rotationsachse der Sonne
Galileo Galilei1564 – 1642Mediziner, Physiker,Mathematiker, Astronom
1589 Professor für Mathematik in Florenz
1604 Fallgesetze1608 Flugbahn Geschosse1612 Antwortschreiben Galileis an M. Welser
1610 „Sidereus Nuncius“
Entdeckungen: - Sonnenflecken - Mondkrater - Jupitermonde
Bau und Benutzung von Linsenteleskopen
Prioritätsstreit über die Entdeckung der Sonnenflecken