ENTSTEHUNG VON PLANETEN

W-Seminar: Astrophysik

Leitfach: Physik

Anna Huber

1. DEFINITION PLANET

International Astronomical Union

Planet Definition Comitee

Fazit: Ein Planet ist ein Himmelskörper, der…

-eine hydrostatisch ausgeglichene Form besitzt

-sich in einem Orbit um einen Stern befindet

-seine Umgebung frei geräumt hat

2.1. FRÜHE ERKENNTNISSE

Kant (1724-1804) Laplace (1749-1827)

-Planeten sind selbstständig wachsende Verdichtungen aus einem Urnebel

-Planeten bilden sich aus ablösenden Ringen der Sonnenatmosphäre

Kant-Laplacesche-Nebularhypothese

Chamberlin-Moulten-Theorie

-Spiralnebel wurden als Reaktionen auf einen nahen Sternübergang an einem anderen Stern gesehen- aus der dabei herausgerissenen Materie sollten sich dann Planeten bilden

dualistisches System

2.2. Weitere Theorien

2.2. WEITERE THEORIEN

Wirbelmodell

2.3. AUFSTELLEN EINER THEORIE

-Meteorite sind die Hauptinformanten um auf die physikalischen Bedingungen zur Zeit der Planetenentstehung zu schließen

Deduktive Methode:

-Anfangsbedingung wird postuliert-Ergebnisabfolge wird errechnet

Aktualismus:

-es wird aus dem heutigen Zustand zurückgerechnet

3. MODERNE THEORIE

Elementhäufigkeit

WasserstoffHeliumschwere El-emente/Staub

Interstellare Materie

3.1. ENTSTEHUNG MASSEARMER STERNE

3.1.1. Instabilität und Gravitationskollaps einer Molekülwolke

-Gründe für Instabilitäten:-Stoßwellen von Supernova Explosionen-starke Sternwinde benachbarter Riesensterne

-lokale Temperaturerniedrigungen die zu lokalen Dichteerhöhungen führen

-Jeansche-Kriterium muss für einen Kollaps erfüllt sein:

2* Etherm + Egrav < 0

-Frei-Fall-Zeit (10 000-100 000 Jahre)

Beginn der Bildung des Protosterns

3.1. ENTSTEHUNG MASSEARMER STERNE 3.1.2. Kontraktionsphase

-Wärmestau um den Kern-Dichte und Temperatur nehmen schlagartig zu (adiabatische Phase)

Protostern

3.1. ENTSTEHUNG MASSEARMER STERNE 3.1.3. Akkretionsphase

-Protostern wird zum Gravitationszentrum und nimmt Materie auf -ab 10 Mio.°C setzt das Wasserstoffbrennen ein und der Protostern wird zum Hauptreihenstern -wenn er nicht genug Masse aufsammeln konnte wird er zum Braunen Zwerg

3.2. PROTOPLANETARE SCHEIBEN3.2.1. Entstehung und Entwicklung

-entstehen zwangsläufig bei der Kontraktion der Ausgangswolke, da Drehimpuls abgegeben werden muss-Abflachung durch die Zentrifugalkraft-existieren zwischen 2 und 10 Mio. Jahren-im Laufe der Zeit immer weiteres Ausdünnen durch Akkretion oder Photoevaporation

3.2. PROTOPLANETARE SCHEIBEN3.2.2. Beobachtung

-erste Beobachtung 1994 mit dem Hubble Teleskop im Orionnebel

-Einsetzen von Sternkoronographen

3.3. PLANETENENTSTEHUNG3.3.1. Kondensationsphase

-Vorgang in der "Staubphotosphäre" bei ca. 3500-2000K

-Atome stoßen zusammen es bilden sich Cluster wachsen weiter zu Nanopartikeln Atome verbinden sich

-Staub bewegt sich je nach Größe in der Gasscheibe :1) Epstein-Regime2) Stokes-Regime

-Staubsedimentation führt zur Bildung einer Subscheibe

3.3. PLANETENENTSTEHUNG3.3.2. Koagulationssphase

= Aneinanderhaften kleiner Festkörperpartikel als Folge eines unelastischen Stoßes. Dabei müssen im Moment des Stoßes zwischen den Partikeln Anziehungskräfte ( wie z.B. Van-der-Waals Kräfte) wirken.

so genanntes „hit-and-stick“-Wachstum

3.3. PLANETENENTSTEHUNG

3.3.3. Agglomerationssphase

= die allmähliche Vergrößerung eines Partikels durch Anlagerung weiterer Partikel

-Wachstumsgrenze bei einer Stoßgeschwindigkeit von 1m/s

so genanntes „run-away“-Wachstum

3.3. PLANETENENTSTEHUNG3.3.4. Akkretionssphase

-ab einem Durchmesser von ca. 10 km setzt die Masseakretion der Planetesimale ein

Planeten sammeln durch ihre Eigengravitation mehr Materie auf

-innerhalb von 10 000 bis 100 000 Jahren entstehen so aus Protoplaneten richtige Planeten

-am Ende bleibt nur ein Planet in jedem Scheibenbereich übrig

3.3. PLANETENENTSTEHUNG

-in den äußeren Regionen der Scheibe ist mehr Staub und v.a. Eis vorhanden,deshalb wachsen sie schneller und größer-ab einer Masse von ca. 10 Erdmassen ist die Gravitation so stark, dass auch immer mehr Gas aufgesammelt werden kann = "core-accretion"

3.3.5. Entstehung von Gasriesen

3.3. PLANETENENTSTEHUNG3.3.6. Konsolidierungsphase bei Gesteinsplaneten

-setzt ein nachdem die eigentlich fertig gebildeten Planeten ihre hydrodynamische Gleichgewichtsfigur (Kugel bzw. Rotationsellipsoid)eingegangen sind

-bezeichnet das Aufschmelzen des Körpers und die darauf folgende stoffliche Differenzierung ( Ausbildung eines Eisen-Nickel Kerns)

3.4. PLANETARE MIGRATION

Problem: man fand einige "hot jupiters“ (z.B. 51 Pegasi b besitzt eine große Bahnhalbachse von nur 0.05 AE)

Lösung: die Planetare Migration, die besonders in der Frühgeschichte eines Systems auftritt

Definition: Die zeitliche Entwicklung der Bahn eines Planeten, die sich durch Störungen aus der Umgebung ergibt.(Ausgenommen Ereignisse wie z.B. Kollisionen)

3.4. PLANETARE MIGRATIONTyp1 : Migration in der Gasscheibe, massearmer Protoplanet(Marsgröße - 0.1 Jupitermasse)->Austausch des Bahndrehimpulses mit der Gasscheibe

Typ2: Migration in der Gasscheibe, massereicher Protoplanet (mind.10 Erdmassen)->Bewegung in einer Lücke der Gasscheibe

Typ 3: Wechselwirkung mit einer Trümmerscheibe->Impulsaustausch mit einem Trümmerteil

Planeten können auch ganz aus dem System geworfen werden(sog. "free floaters“)

4.AKTUELLE FORSCHUNG

4.1. Beobachtung protoplanetarer Scheiben

-z.B. die Scheibe um den 335 Lj entfernten, jungen Stern HD 100546-mithilfe der Very Large Telescope der ESO

4. AKTUELLE FORSCHUNG4.2. Experimentelle Untersuchung der Koagulationsphase

5. AUSBLICK AUF DIE ZUKUNFT

-weiterhin viele offene Fragen

-noch viel Forschungsarbeit nötig

um den komplexen Prozess der

Planetenentstehung komplett

erklären zu können

?

QUELLEN

-http://missionscience.nasa.gov/nasascience/what_is_a_planet.html,

Stand: 14.04.2011, Aufrufdatum: 28.10.2014

-http://www.iau.org/news/pressreleases/detail/iau0601/

Stand: 07.10.2014, Aufrufdatum: 28.10.2014

-J. Bennett, M. Donahue, N. Schneider, M. Voit: Astronomie: Die kosmische Perspektive,

5., aktualisierte Auflage, Pearson Studium, 2010

-http://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/ueberraschende-entscheidung- pluto-ist-kein-

planet-mehr-a-433425.html Stand: 24.08.2006, Aufrufdatum: 28.10.2014

-Dipl. Phys. M. Scholz: Astronomie und Astrophysik,Band 8: Kosmogonie von

Planetensystemen ,

epubli GmbH, 2012

-http://www.exoplaneten.de/51peg/,Stand: 14.09.2012, Aufrufdatum: 28.10.2014

-http://www.eso.org/public/germany/news/eso1310/,Stand: 28.02.2013, Aufrufdatum:

28.10.2014

-J. Blum, W. Holländer, „Staubforschung auf der Internationalen Raumstation", S.27,

Sterne und Weltraum 2 /2005

DANKE, FÜR EURE AUFMERKSAMKEIT!Habt ihr noch fragen?