Die Erde im Kontext des Sonnensystems

Präsentation zum Thema: "Die Erde im Kontext des Sonnensystems"—  Präsentation transkript:

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

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

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

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

5 Sternlebensdauer  Erde: nach 4 Ga Vielzeller vor 600 Ma kambrische Explosion
Seit ~ 2,5 Ga: Bakterien  O2

6

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

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

9 „Unsere“ solare habitable Zone
Erde: 1 AE ~ 1,5  1011 m = 1,5  108 km Modell: Innere Grenze: 0,87 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 MS)  Geodynamik bestimmt Dauer der Biosphäre 2. roter Zwerg  nahe Umlaufsbahn  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 MS 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 1.5.1  Habitable „Erde“: ~ 0,78 AE

16

17 Jüngste Erkenntnisse Gliese 581
20 LJ Roter Zwerg

18 Die 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?

19  Gliese 581 c: - Orbit innerhalb der bewohnbaren Zone - ~ 5
 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!

20

21 Stefan-Boltzmann-Gesetz
P … Strahlungsleistung [W] σ … Stefan-Boltzmann-Konstante ~ 5,67  10-8 W m-2 K-4 A … Querschnittsfläche d. Körpers [m2] T … absolute Temperatur [K]

22

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

24 Energiebetrachtungen realer Planeten
Erde Venus Mars

25 Erde Ohne Treibhauseffekt: Se= 1368 W m-2 e = 0,31
Te = 254 K = -19 °C

26 Erde Mit Treibhauseffekt: Se= 1368 W m-2 e = 0,31 γe = 0,39
Te = 287 K = +14 °C  Δ Te = + 33°C

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

28 Venus Mit Treibhauseffekt: SV = 2623 W m-2 V = 0,77 γV = 0,992
TV = 759 K = 486 °C  Δ TV = + 532°C

29 Mars Ohne Treibhauseffekt: Sm = 589 W m-2 m = 0,24
Tm = 211 K = -62 °C

30 Energiebetrachtungen fiktiver Planeten
Waterworld Desertworld Iceworld

31 Waterworld Mit Treibhauseffekt: SW= 1368 W m-2 W = 0,1 γW = 0,39
TW = 307 K = 34 °C

32 Waterworld Mit Treibhauseffekt und mit Wolken: SW= 1368 W m-2
TW = 288 K = 15 °C  Δ TV = -19 °C

33 Desertworld Mit Treibhauseffekt: Sd= 1368 W m-2 d = 0,3 γd = 0,13
Td = 264 K = -9 °C

34 Iceworld Mit Treibhauseffekt: SI= 1368 W m-2 I = 0,8 γI = 0,39
TI = 211 K = -62 °C

35 Iceworld Mit Treibhauseffekt und Wolken: SI= 1368 W m-2 I* = 0,65
TI = 243 K = -30 °C  Δ TV = +30 °C

36 Vielen Dank fürs Zuhören!

37 Hertzsprung-Russell-Diagramm