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

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Präsentation zum Thema: "Die Erde im Kontext des Sonnensystems Habitable Zonen und einfache Energiebetrachtungen von realen und fiktiven Planeten."—  Präsentation transkript:

1 Die Erde im Kontext des Sonnensystems Habitable Zonen und einfache Energiebetrachtungen von realen und fiktiven Planeten

2 Habitable Zone = bewohnbare Zone = bewohnbare Zone allgemein: Himmelskörper kann Leben hervorbringen allgemein: Himmelskörper kann Leben hervorbringen Kosmisches habitables Alter Kosmisches habitables Alter Galaktisch habitable Zonen Galaktisch habitable Zonen Zirkumstellare habitable Zonen Zirkumstellare habitable Zonen

3 Zirkumstellare habitable Zonen klassische: flüssiges Wasser klassische: flüssiges Wasser Berücksichtigung des planetaren Klimas Berücksichtigung des planetaren Klimas Um andersartige Sterne Um andersartige Sterne UV-habitable Zone UV-habitable Zone

4 klassische: flüssiges Wasser klassische: flüssiges Wasser passender Abstand zum Stern Temperatur für flüssiges Wasser passender Abstand zum Stern Temperatur für flüssiges Wasser Albedo Albedo Abschirmung (UV, kosmische Strahlung) Abschirmung (UV, kosmische Strahlung)

5 Sternlebensdauer Erde: nach 4 Ga Vielzeller vor 600 Ma kambrische Explosion Sternlebensdauer Erde: nach 4 Ga Vielzeller vor 600 Ma kambrische Explosion Seit ~ 2,5 Ga: Bakterien O 2 Seit ~ 2,5 Ga: Bakterien O 2

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7 2. Berücksichtigung des planetaren Klimas Treibhauseffekt Carbonat-Silikat geodynamische Zyklus Prozesse

8 2. Berücksichtigung des planetaren Klimas Treibhauseffekt stark: gering: stark: gering: innere Grenze äußere Grenze innere Grenze äußere Grenze

9 Unsere solare habitable Zone Erde: 1 AE ~ 1, m = 1, km Erde: 1 AE ~ 1, m = 1, kmModell: Innere Grenze: 0,87 AE Innere Grenze: 0,87 AE Äußere Grenze: 1,20 AE Äußere Grenze: 1,20 AE

10 Geodynamische Prozesse klingen ab Sonnenleuchtkraft erhöht Habitable Zone verschwindet in ~ 1,5 Ga Hier in > 2 Ga Kontinente zeitlich konstant

11 Wo könnte es Zwillinge der Erde geben? Stern: 1. Sonnenähnlich (0,6 – 1,1 M S ) Stern: 1. Sonnenähnlich (0,6 – 1,1 M S ) Geodynamik bestimmt Dauer der Biosphäre Geodynamik bestimmt Dauer der Biosphäre 2. roter Zwerg nahe Umlaufsbahn 2. roter Zwerg nahe Umlaufsbahn Habilität? Habilität?

12 Bahnstabilität Riesenplaneten schränken Bereich ein ABER: Schutz vor Asteroiden, Meteoriten, Kometen, … Modelle: Zwei-, Drei-,… Körper-Probleme

13 2 Modellbeispiele 47 Ursae Majoris 55 Cancri A

14 47 Ursae Majoris Entfernung: 45 LJ Stern: 1, 03 M S Alter: 6,32 Ga 2 Riesenplaneten Habitable Erde: ~ 1,13 AE – 1,25 AE

15 55 Cancri A Doppelsternsystem Entfernung: 41 LJ 55 CNC A: 0,95 MS Alter: 4,5 Ga Modell: 3 Riesenplaneten Erstellte Datei mit Celestria Habitable Erde: ~ 0,78 AE

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17 Jüngste Erkenntnisse Gliese 581 Roter Zwerg 20 LJ

18 Die Planeten Gliese 581 e: - Gesteinsplanet - ~ 1,5fache Erde, aber ~ 5,4 M E - nicht habitabel zu heiß und nah Gliese 581 d: - möglicherweise Eis- oder Wasserplanet - ~ 7,1 M E - je nach Modell in habitabler Zone - Atmosphäre?

19 Gliese 581 c: - Orbit innerhalb der bewohnbaren Zone - ~ 5.1 M E - Oberflächentemperatur: 0 und 40° C - Erdähnlich: Fe-Ni-Kern Silikat-Gesteinsmantel H 2 O-Atmosphäre Neuerste Ekenntnis: Auch zu heiß!

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21 Stefan-Boltzmann-Gesetz P … Strahlungsleistung [W] σ … Stefan-Boltzmann-Konstante ~ 5, W m -2 K -4 A … Querschnittsfläche d. Körpers [m 2 ] T … absolute Temperatur [K]

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23 Definition: Albedo Maß für Rückstrahlvermögen Maß für Rückstrahlvermögen Keine selbstleuchtenden Oberflächen Keine selbstleuchtenden Oberflächen reflektierte : einfallende Lichtmenge reflektierte : einfallende Lichtmenge

24 Energiebetrachtungen realer Planeten Erde Venus Mars

25 Erde Ohne Treibhauseffekt: Ohne Treibhauseffekt: S e = 1368 W m -2 e = 0,31 e = 0,31 T e = 254 K = -19 °C AAAAAABsY/uoSAy8NGsoE/s400/erde4.jpg

26 Erde Mit Treibhauseffekt: Mit Treibhauseffekt: S e = 1368 W m -2 e = 0,31 e = 0,31 γ e = 0,39 T e = 287 K = +14 °C Δ T e = + 33°C Δ T e = + 33°C AAAAAABsY/uoSAy8NGsoE/s400/erde4.jpg

27 Venus Ohne Treibhauseffekt: Ohne Treibhauseffekt: S V = 2623 W m -2 V = 0,77 V = 0,77 T V = 227 K = -46 °C

28 Venus Mit Treibhauseffekt: Mit Treibhauseffekt: S V = 2623 W m -2 V = 0,77 V = 0,77 γ V = 0,992 T V = 759 K = 486 °C Δ T V = + 532°C Δ T V = + 532°C

29 Mars Ohne Treibhauseffekt: Ohne Treibhauseffekt: S m = 589 W m -2 m = 0,24 m = 0,24 T m = 211 K = -62 °C

30 Energiebetrachtungen fiktiver Planeten Waterworld Desertworld Iceworld

31 Waterworld Mit Treibhauseffekt: S W = 1368 W m -2 W = 0,1 W = 0,1 γ W = 0,39 T W = 307 K = 34 °C /small/wasserplanet03.jpg

32 Waterworld Mit Treibhauseffekt und mit Wolken: S W = 1368 W m -2 W* = 0,3 W* = 0,3 γ W = 0,39 T W = 288 K = 15 °C Δ T V = -19 °C Δ T V = -19 °C /small/wasserplanet03.jpg

33 Desertworld Mit Treibhauseffekt: Mit Treibhauseffekt: S d = 1368 W m -2 d = 0,3 d = 0,3 γ d = 0,13 T d = 264 K = -9 °C

34 Iceworld Mit Treibhauseffekt: Mit Treibhauseffekt: S I = 1368 W m -2 I = 0,8 I = 0,8 γ I = 0,39 T I = 211 K = -62 °C hoth_large.jpg

35 Iceworld Mit Treibhauseffekt und Wolken: Mit Treibhauseffekt und Wolken: S I = 1368 W m -2 I* = 0,65 I* = 0,65 γ I = 0,39 T I = 243 K = -30 °C Δ T V = +30 °C Δ T V = +30 °C hoth_large.jpg

36 Vielen Dank fürs Zuhören!

37 Hertzsprung-Russell- Diagramm


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