Die Erde im Kontext des Sonnensystems Habitable Zonen und einfache Energiebetrachtungen von realen...

Die Erde im Kontext des Die Erde im Kontext des SonnensystemsSonnensystems

Habitable Zonen und Habitable Zonen und

einfache Energiebetrachtungen einfache Energiebetrachtungen

von realen und fiktiven Planetenvon realen und fiktiven Planeten

Habitable ZoneHabitable Zone

= „bewohnbare“ Zone= „bewohnbare“ Zone allgemein: allgemein:

Himmelskörper Himmelskörper kannkann Leben Leben hervorbringen hervorbringen

Kosmisches habitables Alter Kosmisches habitables Alter Galaktisch habitable ZonenGalaktisch habitable Zonen Zirkumstellare habitable ZonenZirkumstellare habitable Zonen

Zirkumstellare habitable Zirkumstellare habitable ZonenZonen

„„klassische“: flüssiges Wasserklassische“: flüssiges Wasser

Berücksichtigung des planetaren Berücksichtigung des planetaren KlimasKlimas

Um andersartige Sterne Um andersartige Sterne

UV-habitable ZoneUV-habitable Zone

„ „klassische“:klassische“: flüssiges flüssiges Wasser Wasser

passender Abstand zum Stern passender Abstand zum Stern Temperatur für flüssiges Temperatur für flüssiges

Wasser Wasser Albedo Albedo

Abschirmung (UV, kosmische Abschirmung (UV, kosmische Strahlung) Strahlung)

SternlebensdauerSternlebensdauer Erde: nach 4 Ga Vielzeller Erde: nach 4 Ga Vielzeller vor 600 Ma kambrische vor 600 Ma kambrische Explosion Explosion

Seit ~ 2,5 Ga: BakterienSeit ~ 2,5 Ga: Bakterien O O22

http://de.wikipedia.org/

2. Berücksichtigung des 2. Berücksichtigung des planetaren Klimas planetaren Klimas

TreibhauseffektTreibhauseffekt

Carbonat-Silikat geodynamischeCarbonat-Silikat geodynamische

Zyklus ProzesseZyklus Prozesse

2. Berücksichtigung des 2. Berücksichtigung des planetaren Klimas planetaren Klimas

TreibhauseffektTreibhauseffekt

stark: gering:stark: gering:

innere Grenze äußere Grenzeinnere Grenze äußere Grenze

„„Unsere“ solare habitable ZoneUnsere“ solare habitable Zone

Erde: 1 AE ~ 1,5 Erde: 1 AE ~ 1,5 10 101111 m = 1,5 m = 1,5 101088 km km

Modell:Modell: Innere Grenze: 0,87 AEInnere Grenze: 0,87 AE Äußere Grenze: 1,20 AE Äußere Grenze: 1,20 AE

http:

//w

ww

.pik

-pot

sdam

.de/

~blo

h/ho

mep

age/

suw

.htm

l

• Geodynamische Prozesse klingen ab

• Sonnenleuchtkraft erhöht

Habitable Zone verschwindet in ~ 1,5 Ga

Hier in > 2 Ga Kontinente zeitlich konstant

Wo könnte es Zwillinge Wo könnte es Zwillinge der Erde geben?der Erde geben?

Stern:Stern:1. Sonnenähnlich (0,6 – 1,1 M1. Sonnenähnlich (0,6 – 1,1 MSS))

Geodynamik bestimmt Geodynamik bestimmt Dauer der Biosphäre Dauer der Biosphäre

2. roter Zwerg 2. roter Zwerg

nahe Umlaufsbahn nahe Umlaufsbahn Habilität?Habilität?

Bahnstabilität

Riesenplaneten schränken Bereich ein ABER: Schutz vor Asteroiden,

Meteoriten, Kometen, …

Modelle: Zwei-, Drei-,… Körper-Probleme

2 Modellbeispiele2 Modellbeispiele

47 Ursae Majoris

55 Cancri A

47 Ursae Majoris47 Ursae Majoris

Entfernung: 45 LJ Stern: 1, 03 MS

Alter: 6,32 Ga 2 Riesenplaneten

http://www.solstation.com/stars2/47umamap.jpg

Habitable „Erde“: ~ 1,13 AE – 1,25 AE

55 Cancri A55 Cancri A

Doppelsternsystem Entfernung: 41 LJ 55 CNC A: 0,95 MS Alter: 4,5 Ga Modell:

3 Riesenplaneten Erstellte Datei mit Celestria 1.5.1

Habitable „Erde“: ~ 0,78 AE

http:

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-pot

sdam

.de/

~blo

h/ho

mep

age/

suw

.htm

l

Jüngste ErkenntnisseJüngste ErkenntnisseGliese 581 Gliese 581

Roter Zwerg

20 LJ

http://wetterjournal.files.wordpress.com/2009/04/phot-15b-09-fullres.jpg

Die PlanetenDie Planeten

Gliese 581 e: - Gesteinsplanet - ~ 1,5fache Erde, aber ~ 5,4 ME

- nicht habitabel zu heiß und nah

Gliese 581 d: - möglicherweise Eis- oder Wasserplanet - ~ 7,1 ME

- je nach Modell in habitabler Zone - Atmosphäre?

Gliese 581 c: - Orbit innerhalb der bewohnbaren Zone - ~ 5.1 ME

- Oberflächentemperatur: 0 und 40° C - „Erdähnlich“: Fe-Ni-Kern

Silikat-Gesteinsmantel H2O-Atmosphäre

Neuerste Ekenntnis: Auch zu heiß!

http://www.planeten.ch/ErdaehnlicherPlanet_HZ_Gl581c

Stefan-Boltzmann-GesetzStefan-Boltzmann-Gesetz

PP … Strahlungsleistung [W]P … Strahlungsleistung [W]σσ … Stefan-Boltzmann-Konstante … Stefan-Boltzmann-Konstante

~ 5,67 ~ 5,67 10 10-8 -8 W mW m-2 -2 KK-4-4

A … Querschnittsfläche d. Körpers [mA … Querschnittsfläche d. Körpers [m22]]T … absolute Temperatur [K]T … absolute Temperatur [K]

http://klimakrise.de/wp-content/uploads/2009/05/schema-treibhauseffekt-kiehl-trenberth-1997.png

Definition: Definition: AlbedoAlbedo

Maß für Maß für RückstrahlvermögenRückstrahlvermögen

Keine Keine selbstleuchtenden selbstleuchtenden OberflächenOberflächen

reflektierte : einfallende reflektierte : einfallende Lichtmenge Lichtmenge

http://www.physik.uni-regensburg.de

EnergiebetrachtungenEnergiebetrachtungenrealer Planetenrealer Planeten

ErdeVenusMars

ErdeErde

Ohne Treibhauseffekt:Ohne Treibhauseffekt:

SSee= 1368 W m= 1368 W m-2-2

ee = 0,31 = 0,31

TTee = 254 K = 254 K = = -19 °C-19 °C

http://1.bp.blogspot.com/_MAIDScDNy6I/R9pypdCL7FI/AAAAAAAABsY/uoSAy8NGsoE/s400/erde4.jpg

ErdeErde

Mit Treibhauseffekt:Mit Treibhauseffekt:

SSee= 1368 W m= 1368 W m-2-2

ee = 0,31 = 0,31

γγee = = 0,390,39

TTee = 287 K = 287 K = = +14 °C+14 °C

ΔΔ T Tee = + 33°C = + 33°C http://1.bp.blogspot.com/_MAIDScDNy6I/R9pypdCL7FI/AAAAAAAABsY/uoSAy8NGsoE/s400/erde4.jpg

VenusVenus

Ohne Ohne Treibhauseffekt:Treibhauseffekt:

SSVV = 2623 = 2623 W mW m-2-2

VV = 0,77 = 0,77

TTVV = 227 K = 227 K = = -46 °C-46 °C

http://www.ursusmajor.ch/images/venusnasa.jpg

VenusVenus

Mit Treibhauseffekt:Mit Treibhauseffekt:

SSVV = 2623 = 2623 W mW m-2-2

VV = 0,77 = 0,77

γγVV = 0,992 = 0,992

TTVV = 759 K = 759 K = = 486 °C486 °C

ΔΔ T TVV = + 532°C = + 532°Chttp://www.ursusmajor.ch/images/venusnasa.jpg

MarsMars

Ohne Ohne Treibhauseffekt:Treibhauseffekt:

SSmm = 589 = 589 W mW m-2-2

mm = 0,24 = 0,24

TTmm = 211 K = 211 K = = -62 °C-62 °C

http://www.riu.uni-koeln.de/RADIOSCIENCE/BILDER/mars2.jpg

Energiebetrachtungen Energiebetrachtungen fiktiver Planetenfiktiver Planeten

WaterworldDesertworldIceworld

WaterworldWaterworld

Mit Treibhauseffekt:Mit Treibhauseffekt:

SSWW= 1368 W m= 1368 W m-2-2

WW = 0,1 = 0,1

γγW W = 0,39= 0,39

TTWW = 307 K = 307 K = = 34 °C34 °C

http://cgameuni4.webcindario.com/styles/skins/cgame/planeten/small/wasserplanet03.jpg

WaterworldWaterworld

Mit Treibhauseffekt und Mit Treibhauseffekt und mit Wolken:mit Wolken:

SSWW= 1368 W m= 1368 W m-2-2

W*W* = 0,3 = 0,3

γγW W = 0,39= 0,39

TTWW = 288 K = 288 K = = 15 °C15 °C

ΔΔ T TVV = -19 °C = -19 °C http://cgameuni4.webcindario.com/styles/skins/cgame/planeten/small/wasserplanet03.jpg

DesertworldDesertworld

Mit Treibhauseffekt:Mit Treibhauseffekt:

SSdd= 1368 W m= 1368 W m-2-2

dd = 0,3 = 0,3

γγd d = 0,13= 0,13

TTdd = 264 K = 264 K = = -9 °C-9 °C

http://www.biocrawler.com/w/images/7/7f/Tatooine.jpg

IceworldIceworld

Mit Treibhauseffekt:Mit Treibhauseffekt:

SSII= 1368 W m= 1368 W m-2-2

II = 0,8 = 0,8

γγI I = 0,39= 0,39

TTII = 211 K = 211 K = = -62 °C-62 °Chttp://media.giantbomb.com/uploads/0/4229/230422-hoth_large.jpg

IceworldIceworld

Mit Treibhauseffekt und Mit Treibhauseffekt und Wolken:Wolken:

SSII= 1368 W m= 1368 W m-2-2

I*I* = 0,65 = 0,65

γγI I = 0,39= 0,39

TTII = 243 K = 243 K = = -30 °C-30 °C

ΔΔ T TVV = +30 °C = +30 °C

http://media.giantbomb.com/uploads/0/4229/230422-hoth_large.jpg

Vielen Dank fürs Zuhören!

Hertzsprung-Russell-Hertzsprung-Russell-DiagrammDiagramm

http://wetterjournal.files.wordpress.com/