Geometrie der Erde ohne Rotation

[lani0813]

Guten Abend,

mein Sohn hat mich letztens gefragt, ob die Erde ohne Rotation ein Steak wäre bzw welche Form sie dann hätte? (2.Kl.) Wäre sie dann rund oder walzenförmig über die Zeit? Wäre sie überhaupt entstanden und an welchem Punkt sie sich drehte? Würde die Gravitation ausreichen, dass sie dann rund ist und bleibt ohne Rotation? Ich habe nun einiges versucht nachzulesen, aber hab noch nicht so die Antworten gefunden. Da ich mich nicht wirklich so detailliert auskenne und ihm auch nichts falsches erklären möchte, würde ich gerne hier ein paar Meinungen erfragen. Die Herausforderung wäre es kindgerecht zu erklären. Lieben Dank Lani

[Thomas W. Riker]

Eine anspruchsvolle Frage zum Einstieg in das SFF!

Herzlich Willkommen und LLAP \\// lani!

Durch die Drehbewegung der Sonne hat die restliche Masse des Sonnensystems, aus dem sich die Planeten, deren Monde und, die Asteroiden sich entwickelten einen Drehimpuls. Diese Massen (grob Zusammengefasst rund 450 Erdmassen, davon über 300 hat Jupiter, rund 90 hat Saturn) bewegen sich also in einer eliptischen Bahn um die Sonne in einer relativ schmalen Scheibe von wenigen Grad Unterschied. Diese haben sich in ca 100 Millionen Jahren zusammengeballt. Die meisten entstandenen Körper rotieren selber auch in derselben Richtung um ihre Achsen. Ab rund 500 km Durchmesser und einer bestimmten Masse haben diese Körper ein sog. hydrostatisches Gleichgewicht und sind damit annähernd rund, siehe zum Beispiel den wiki-Artikel zum Zwergplaneten Ceres, der einen Durchmesser von knapp unter 1000 km hat. Durch die Rotation ist der Durchmesser der Erde am Äquator gemessen etwas größer, als von Pol zu Pol gemessen. Jupiter rotiert in ca 10 Stunden und ist deutlich stärker abgeplattet (siehe ebenfalls den wiki-Artikel, wiki-Artikel genügen für Laien eigentlich in allen astronomischen Fragen und sind oft von Astronomie-Enthusiasten geschrieben mit vielen Links). Durch den Theia-Impakt eines Körpers von Mars-Größe entstand der Mond. Damals war ein Tag der Erde nur ca 8 Stunden kurz. Der Mond übernimmt von der Erde den Rotationsimpuls. Das heisst, im Laufe der Jahrmilliarden drehte sich die Erde langsamer und der Mond entfernt sich (immer noch mit ca 2 cm pro Jahr) von der Erde. Der Mond dreht sich ja relativ zur Sonne nur 1x pro Monat und ist ebenfalls relativ rund. Die Grundrotation im Sonnensystem hat dazu geführt, dass kleine Körper miteinander kollidierten und sich verbanden. Wie das geschah, kann man auf Fotografien von jungen Planetensystemen sehen, wo es noch Staubringe gibt. Über links zu Exoplaneten kann man sich an dieses Thema rantasten. Körper mit schneller Rotation sehen eher aus wie der Komet "Tschuri", siehe z.B. auch in diesem Unterforum den Thread zu Rosetta/Philae.

Mit Astrofotografien könntest Du das sicher gut erklären und Deinen Sohn für Astronomie stärker begeistern. Zu Astronomie und Raumfahrt gibt es natürlich auch spezielle Foren (die werden in den Threads im SFFoft auch verlinkt. NASA, ESA (in englisch) und DLR sind da auch gute Quellen. Alpha Centauri von Harald Lesch war auch eine sehr gute Serie und ist auf youtube leicht zu finden.

Ich hoffe, das hilft schon mal weiter.

[lani0813]

Hallo Thomas,

lieben Dank für die Antwort. Also ist es doch eher eine Frage die komplizierter ist. Ich war mir nicht ganz sicher, ob ich schlicht nur die falschen Suchbegriffe eingebe. In dem Forum gab es zwar eine Diskussion, aber kein wirkliches Resultat ergo lag die Vermutung nahe, dass ich hier richtig bin. Ich werde mich dann zusätzlich noch einmal an die, von Dir genannten, anderen Foren wenden, um die anderen Antworten zu erhalten.
Wir machen schon unglaublich viel, aber nun kommen langsam Fragen und Gedankengänge, die man nicht einfach so beantworten kann.

Frohes Schaffen!

[xanrof]

Nochmal das Ganze in einfacheren Worten:
(Ich schreibe im Präsens, da das nicht nur für unser Sonnensystem gilt, sondern auch für andere, die gerade am Entstehen sind.)

1. Schritt: Bevor ein Sonnensystem entsteht, ist da eine riesengrosse, rotierende Staubwolke. Durch die Rotation hat diese oft die Form eines Diskus oder gar einer Scheibe. Diese "Wolke" fällt irgendwann in sich zusammen, d.h. die Teilchen wandern seeehr langsam und auf einer Spiralbahn nach innen. Dabei treffen sich Staubteilchen und bleiben aneinander haften. Diese Staubklumpen ziehen weitere Teilchen an, der Körper wächst. Es entstehen die Vorstufen von Planeten. Solange diese Körper nur wenige Dutzend Kilometer groß sind, bleiben deren Formen sehr unregelmäßig und vom Zufall bestimmt, zB Knochen, Birnen, Gummiente, Kartoffel, usw.

2. Schritt: Erreichen diese Körper eine bestimmte Größe, zB wenige hundert Kliometer, dann sorgt deren eigene Schwerkraft dafür, dass eine Kugel entsteht.

3. Schritt (durchaus zusammen mit dem vorherigen Schritt): Da die Kugel weiter rotiert, wird zusätzlich durch die Fliehkraft die Kugel abgeflacht. Das heißt, sie wird an den Polen flacher und am Äquator dicker. So als ob man einen Gummiball mit zwei Händen zusammendrückt. Wie sehr diese Abflachung ist, hängt von der Geschwindigkeit der Rotation ab. Es gibt tatsächlich sehr schnell rotierende Körper, die sehr flach, fast wie eine Scheibe, sind. Ein Gesteinplanet kann aber nicht so flach werden.

Also: Erst ein Staubklumpen, dann ein unregelmäßiger Körper, dann eine runde Kugel, und dann eine abgeflachte Kugel (ein sogenanntes "abgeflachtes Rotationsellipsoid" )


Nun zu deinem Gedankenexperiment:

Die anfängliche Rotation der Staubwolke entsteht immer. Imho liegt das daran, dass eine solche Wolke insgesamt selbst auch in Bewegung ist, sie bewegt sich durch die Galaxie, die ihrerseits auch rotiert, und selbst die Galaxie bewegt sich durch das Universum.

Würde eine Wolke (theoretisch) ohne Rotation kollabieren, dann würden wohl alle Teilchen sehr schnell ins Zentrum stürzen, und es bliebe keine Zeit, um Staubklumpen und später Planeten zu bilden.

Was möglich sein könnte: Ein junger Planet wird aus dem sich bildenden Sonnensystem herausgeschleudert, und "verliert" seine Rotation oder er beginnt zu eiern. Das kann passieren, wenn der Körper sehr großen Objekten zu nahe kommt. In diesem Fall würde er seine gegenwärtige Form behalten, und er würde nicht abflachen.

[Schpucki]

Ganz wichtig ebenfalls: Würde die Erde sich nicht drehen, wäre eine Hälfte (vermutlich, korrigiert mich wenn ich mich irre) ständig tiefgefroren und die andere würde konstant geröstet, so einfach ist das.

Oder sie wäre komplett verkohlt.

[One of them]

bleiben deren Formen sehr unregelmäßig und vom Zufall bestimmt, zB Knochen, Birnen, Gummiente, Kartoffel, usw.

Du hast die Teekanne vergessen!!!
*scnr*

Ganz wichtig ebenfalls: Würde die Erde sich nicht drehen, wäre eine Hälfte (vermutlich, korrigiert mich wenn ich mich irre) ständig tiefgefroren und die andere würde konstant geröstet, so einfach ist das.

https://de.wikipedia.org/wiki/Gebundene_Rotation

Bisher ging man davon aus, dass bei Sternen, die kleiner sind als die Sonne, Planeten in einem potentiell lebensfreundlichen Abstand eine zu der Sonne gebundene Rotation aufweisen. Da hierbei auf der sonnenabgewandten Seite vorhandenes Wasser und eventuell die komplette Atmosphäre ausfrieren würde, sinkt wiederum die Wahrscheinlichkeit einer lebensfreundlichen Umgebung. Dem kann jedoch der Effekt der thermischen Gezeiten entgegenwirken, bei dem sich aufgrund der Trägheit bei der Aufheizung ein hinterherhinkender, thermischer Gezeitenberg der Atmosphäre ausbildet. Dieser liegt nicht in direkter Linie zum Zentralgestirn. Dadurch wirkt die hinterlaufende atmosphärische Masse durch die Gravitationskraft des Sterns als Impulsgeber. Bei der Venus verhindert dieser Effekt die gebundene Rotation zur Sonne. Neuere Annahmen gehen aber davon aus, dass selbst dünne, erdähnliche Atmosphären eine gebundene Rotation verhindern können, was die Wahrscheinlichkeit der Existenz von extraterrestrischem Leben erhöhen würde.^[2]

[lani0813]

Ok, dh die Erde würde für immer rund bleiben, wenn Sie die Rotation verlieren würde, aber weiterhin auf ihrer Umlaufbahn bleiben würde? Für die Runde Form sind dann Rotation und Gravitation zuständig, oder nur die Gravitation ab einer gewissen Masse?

[pollux83]

Die Gravitation sorgt dafür, dass ein Körper ab einer bestimmten Masse kugelrund wird. Wird eben alle gleichmäßig zusammengedrückt.

Wenn ein Körper dann rotiert, dann zieht die Fliehkraft den Körper am Äquator auseinander, wodurch der Planet am Äquator etwas dicker und an den Polen etwas flacher wird. Der Planet ist dann immer noch rund, aber eben keine perfekte Kugel mehr.

[One of them]

Ok, dh die Erde würde für immer rund bleiben, wenn Sie die Rotation verlieren würde, aber weiterhin auf ihrer Umlaufbahn bleiben würde?

Ich denke schon, dass sie rund bleiben würde (nachdem sie ja schon mal rund geworden ist).
Ich würde sogar sagen, sie würde noch runder werden (wegen der fehlenden Zentrifugalkräfte am Äquator).

Ein direktes Beispiel für einen Körper ohne eigene Rotation ist ja unser Mond, der seine Eigenrotation schon früh verloren hat (durch die Gravitation der Erde) und seither zur Erde gebunden sich nur 1 x pro Umrundung dreht. Und der ist ja auch rund geblieben.

Die Erdrotation nimmt übrigens tatsächlich (über Jahrmillionen gesehen) langsam ab, durch die Gezeitenreibung mit dem Mond.
Theoretisch würde sie also wohl irgendwann still stehen.
Allerdings wird wohl zuvor der Mond abhauen, der entfernt sich nämlich mit ca. 4 cm pro Jahr von der Erde und wird uns irgendwann mal entfliehen. Und dann dürften sowieso wieder ganz andere Umstände herrschen.

Höchstwahrscheinlich wird aber wohl noch vorher die Sonne zum Roten Riesen und alles hier verbrennen.


PS: Alles nur Laien-Wikipedia-Wissen, ergo ohne Anspruch auf Richtigkeit!

https://de.wikipedia.org/wiki/Erdrotation

https://de.wikipedia.org/wiki/Mond#V...der_Umlaufbahn

https://de.wikipedia.org/wiki/Gezeit...nterschritten)

[One of them]

Hab hier noch was interessantes gefunden zum Thema:

Wenn die Erde still stünde – Die Erde ohne Zentrifugalkräfte


..und hier, mit Bildern & Video:

Das würde passieren, wenn die Erde plötzlich aufhört, sich zu drehen

[Thomas W. Riker]

Ok, dh die Erde würde für immer rund bleiben, wenn Sie die Rotation verlieren würde, aber weiterhin auf ihrer Umlaufbahn bleiben würde? Für die Runde Form sind dann Rotation und Gravitation zuständig, oder nur die Gravitation ab einer gewissen Masse?

Die Asteroiden Pallas und Vesta, die zu den ersten entdeckten Asteroiden ab 1801 gehören, sind mit Durchmessern von gut 500km (Bilder in den wiki-Artikeln) aufgrund ihrer Massen relativ rund und damit auch Zwergplanet-Kandidaten. Ähnlich rund sind auch die Gallileischen Jupiter-Monde, der Saturn-Mond Titan, sowie Pluto und dessen größter Mond Charon

[lani0813]

http://www.vollmond.info/de/blog/mond-nicht-rund.html

Der Mond rotiert, aber er wurde von der Gravitation von Erde und Sonne verformt also nicht rund, deshalb ist ja die Frage s.o. nach dem Steak entstanden.
Der Mond wäre dann weg, aber würde die Gravitation der Sonne soviel auf die Erde auswirken, dass sie sich verformt?

[Thomas W. Riker]

Perfekt rund ist kein Himmelskörper und bei einem maximalem Durchmesser von 3476km und einem minimalen Durchmesser von 3472km ist der Mond schon nahe an der Perfektion.

Die Gravitation nimmt mit dem Quadrat des Abstands ab. Der Abstand Sonne - Erde ist 389x größer als der Abstand Erde - Mond. Bei gleicher Masse würde die Sonne 152000 mal schwächer auf die Erde wirken, als die Erde auf den Mond, aber wegen ihrer überwältigenden Masse (die Sonne hat über 99% der Masse des gesamten Sonnensystems) wirkt sie trotz des großen Abstandes von im Schnitt 149,6 Mio km stärker auf die Erde als die Erde auf dem Mond. Der Schwerpunkt des Systems Sonne -Erde liegt nahe der Mitte der Sonne, der Schwerpunkt des Systems Erde - Mond liegt knapp 2000 km unter der Erdoberfläche, da die Erde die 81fache Masse des Mondes hat und wandert, je nachdem ob sich der Mond in Erdferne (~ 400000km) oder Erdnähe (~ 360000 km) befindet. Die Erde ist aber hauptsächlich durch die relativ schnelle Rotation im Vergleich zu Merkur und Venus verformt.

[Wolf4310]

Die Abweichung von der perfekten Kugel beträgt ca 1/1000 (Äquator zu Polachse) beim Mond, also weit entfernt von einem Steak, man sollte solche Aussagen wie der Mond ist nicht rund oder die Erde hat die Form einer Kartoffel nicht auf die Goldwage legen.

Ohne den Mond würde sich die Erde zwar verformen (bzw weniger verformern als sie es mit ihm tut), allerdings im Verschinden geringen Ausmaß bezogen auf den Durchmesser.
Fahr einfach mal ans Meer, da siehst du die Auswirkung der Gravitation von Sonne und Mond

[lani0813]

Oki, lieben Dank für eure Hilfe! Jetzt hab ich mir alles wichtige zusammengeschrieben. Ein schönes Wochenende Euch!