Der Exoplaneten - Thread

[Slowking]

Ist der Planet relativ nahe an seinem Stern, werden die Atmosphaerengase schneller erodiert.

Naja in dem Fall kann man von komplexem Leben aber wohl ohnehin nicht Ausgehen. Auf solchen Planeten wird es Leben nur regional und wahrscheinlich nur in Bakterienform geben.

Warum sollte sich ein starkes Magnetfeld bilden, wenn solare Partikel auf Gase treffen?
Ausserdem geht es bei einem Magnetfeld doch gerade darum, den Sonnenwind abzuschirmen.

Lesch erklärt das wahrscheinlich besser als ich: alpha-Centauri: Was passiert, wenn das Erdmagnetfeld verschwindet? | alpha-Centauri | BR-alpha | Fernsehen | BR.de

[Bynaus]

Das Magnetfeld soll den Sonnenwind daran hindern, die dünne Atmosphäre zu erodieren (wie beim Mars). Das ist die (astrobiologische) "Hauptaufgabe". Es schirmt auch den grössten Teil der solaren Teilchenstrahlung (also Teilchen, die viel schneller sind als jene im Sonnenwind) ab, das ist praktisch für Satelliten und Astronauten und hilft der Erde auch ein Stück weit, ihr Wasser zu behalten. Abschirmung gegen kosmische Teilchenstrahlung hingegen bewegt sich in der gleichen Grössenordnung wie die Abschirmung durch die Atmosphäre, das heisst, dafür brauchen wir im Prinzip kein Magnetfeld. Und Slowking hat schon recht: wenn das Magnetfeld fehlt, ionisiert die Teilchenstrahlung der Sonne die Atmosphäre in den höchsten Schichten, was zu einem (lokalen) Magnetfeld führt.

Wenn das Leben die Atmosphäre mit Sauerstoff anreichern soll, muss diese relativ dünn sein. Eine dünne Atmosphäre hält sich aber nicht lange ohne Magnetfeld. Für Supererden dürfte es ungleich schwieriger sein, dünne Atmosphären zu haben.

[Liopleurodon]

Wenn das Leben die Atmosphäre mit Sauerstoff anreichern soll, muss diese relativ dünn sein

Warum? Und was ist für Dich "relativ dünn"?

Sowohl für die Atembarkeit als auch für die Ausbildung einer Ozonschicht ist der Partialdruck des Sauerstoffs entscheidend, weniger der Gesamtdruck der Atmosphäre. Tiefseetaucher z.B. reduzieren den prozentualen Sauerstoffanteil in ihrem Atemgemisch, aber durch den höheren Druck atmen sie immer noch eine ausreichende Menge an Sauerstoffmolekülen.

Es würde nach meiner Kenntnis nichts dagegen sprechen, dass Pflanzen oder deren Analoge auch eine Atmosphäre aus einem 10- oder 20-bar Kohlendioxid/Stickstoff-Gemisch mit Sauerstoff anreichern. Einzige Begrenzung wäre ein Sauerstoffpartialdruck, der schon bei normalen Blitzschlägen ganze Landstriche in Brand setzen würde. Aber wenn eine 10 bar-Atmosphäre nur 2% Sauerstoff enthielte, würde ein Organismus mit jedem Atemzug genau so viel Sauerstoffmoleküle aufnehmen wie in unserer 20%-Sauerstoffatmosphäre.

Mit welchen Mechanismen die dortigen "Tiere" mit der Übersäuerung durch die Kohlensäure umgehen steht wieder auf einem anderen Blatt. Grundsätzlich wären andere Puffersysteme nutzbar (z.B. Phosphat). Falls dies nicht möglich sein sollte (z.B. durch zu geringen Phosphatanteil in der Kruste und den Meeren), dann würde es wohl keine Tiere nach unseren Vorstellungen geben, aber das ändert ja nichts an der Bewohnbarkeit und der Anreicherung der Atmosphäre mit Sauerstoff. Die Nischen der Tiere würden dann von anderen Organismen gefüllt werden bzw. das Leben würde sich im Rahmen des Machbaren schon seinen Weg bahnen.

In einem Szenario, das ich mal gesehen hatte, gab es Wesen, die durch die dichte Luft schwammen wie durch Wasser.

[Bynaus]

Ja, der Partialdruck "reicht" für gewisse Phänomene aus. Allerdings, wie du selbst sagst, dürfte es schwierig sein, CO2 in eine Atmosphäre abzuatmen, wenn der CO2-Partialdruck so hoch ist. Letztlich ist es ja der Potentialunterschied zwischen O2 und CO2, der Tiere mit Energie versorgt, während Nahrung gewissermassen den (speicherbaren) Reaktionspartner für O2 darstellt. Je höher der CO2-Partialdruck relativ zum O2-Partialdruck, desto geringer ist die Energiemenge, die man aus dem Einatmen einer bestimmten Menge Atmosphäre gewinnen kann - man müsste also gewaltige Atemsysteme ausbilden, um noch irgendwelche Energie aus der Atmung zu gewinnen. irgendwann lohnt es sich energetisch schlicht nicht mehr, ein Tier zu sein.

Nun könnte man sagen, okay, wir binden das CO2 wie auf der Erde mit Hilfe von flüssigem Wasser in Form von Kalk und haben eine sehr dichte N2/Argon-Atmosphäre. Dann gibt es eben noch weitere Gründe, die für eine dünne Atmosphäre als Voraussetzung für Bewohnbarkeit sprechen:

- Eine dichte Atmosphäre reagiert stärker auf Schwankungen der Treibhausgase. Es ist wesentlich schwieriger, stabilisierende Feedbacksysteme aufzubauen (da diese Feedbacksysteme kritisch von den Geschwindigkeiten der verschiedenen teilnehmenden Prozesse abhängen). Eine dichtere Atmosphäre kann mehr Wasser, und auch mehr Wärme halten. Es ist schwieriger, den Planeten vor dem Eintritt in ein "durchgedrehtes" Treibhaus abzuhalten.

- Eine dichte Atmosphäre kann eine beträchtliche Gezeitenwirkung entwickeln. Die dichte Atmosphäre der Venus ist vermutlich die beste Erklärung dafür, warum die Venus sowohl extrem langsam als auch retrograd rotiert. Planeten mit dichter Atmosphäre könnten also völlig "ausgebremst" werden. Das könnte z.B. zur beschleunigten Verdampfung von Ozeanen auf der Tagseite führen.

[Liopleurodon]

Ja, der Partialdruck "reicht" für gewisse Phänomene aus. Allerdings, wie du selbst sagst, dürfte es schwierig sein, CO2 in eine Atmosphäre abzuatmen, wenn der CO2-Partialdruck so hoch ist. Letztlich ist es ja der Potentialunterschied zwischen O2 und CO2, der Tiere mit Energie versorgt, während Nahrung gewissermassen den (speicherbaren) Reaktionspartner für O2 darstellt. Je höher der CO2-Partialdruck relativ zum O2-Partialdruck, desto geringer ist die Energiemenge, die man aus dem Einatmen einer bestimmten Menge Atmosphäre gewinnen kann - man müsste also gewaltige Atemsysteme ausbilden, um noch irgendwelche Energie aus der Atmung zu gewinnen. irgendwann lohnt es sich energetisch schlicht nicht mehr, ein Tier zu sein.

In Ordnung. Unter diesen Umständen gäbe es auf Supererden wahrscheinlich keine Tiere in unserem Sinne. Das lässt jedoch noch relativ viel Spielraum für photosynthetisch aktive Organismen. Auf der Erde tolerieren höhere Pflanzen zwar keine reine CO2-Atmosphäre - weil sie dann genauso unter der Übersäuerung ihrer Zellen leiden wie Tiere - aber manche Algen halten das aus.

- Eine dichte Atmosphäre reagiert stärker auf Schwankungen der Treibhausgase. Es ist wesentlich schwieriger, stabilisierende Feedbacksysteme aufzubauen (da diese Feedbacksysteme kritisch von den Geschwindigkeiten der verschiedenen teilnehmenden Prozesse abhängen). Eine dichtere Atmosphäre kann mehr Wasser, und auch mehr Wärme halten. Es ist schwieriger, den Planeten vor dem Eintritt in ein "durchgedrehtes" Treibhaus abzuhalten.

Eine dichte (CO2-)Atmosphäre käme auch am ehesten in Betracht für Welten, die deutlich weniger Sonneneinstrahlung erhalten als die Erde. Dort würde die Atmosphäre den Planeten wärmen und das Oberflächenwasser flüssig halten.

- Eine dichte Atmosphäre kann eine beträchtliche Gezeitenwirkung entwickeln. Die dichte Atmosphäre der Venus ist vermutlich die beste Erklärung dafür, warum die Venus sowohl extrem langsam als auch retrograd rotiert. Planeten mit dichter Atmosphäre könnten also völlig "ausgebremst" werden. Das könnte z.B. zur beschleunigten Verdampfung von Ozeanen auf der Tagseite führen.

Der Planet beginnt seine Laufbahn höchstwahrscheinlich mit einer schnellen Rotation, die er während der Akkretionsphase erhalten hat. Wenn sich die Rotation dann im Laufe der Jahrmilliarden verlangsamt, dann ist das eben eine Folge der Alterung des Planeten. Für die Bewohnbarkeit einer Welt gibt es ja auch zeitliche Grenzen. Das soll aber nicht ausschließen, dass irgendwann innerhalb dieser Entwicklung dort Leben existieren kann.

Gegen dieses Argument spricht eigentlich, dass in unserem Sonnensystem ausgerechnet die Planeten mit den dichtesten Atmosphären die schnellste Rotation aufweisen (die Gasplaneten).

[Amelissan]

- Eine dichte Atmosphäre kann eine beträchtliche Gezeitenwirkung entwickeln. Die dichte Atmosphäre der Venus ist vermutlich die beste Erklärung dafür, warum die Venus sowohl extrem langsam als auch retrograd rotiert. Planeten mit dichter Atmosphäre könnten also völlig "ausgebremst" werden. Das könnte z.B. zur beschleunigten Verdampfung von Ozeanen auf der Tagseite führen.

What.

Ein Planet, der durch seine eigene Atmosphäre ausgebremst wird? Das klingt schon ein wenig phantastisch wenn man die Verhältnisse von Drehimpuls Atmosphäre zu Planet betrachtet. Außerdem soll dann über Gezeitenwirkung (Gravitation) genug Drehimpuls vom Planeten auf die Atmosphäre transferiert werden, um den abzubremsen?

Sorry wenn ich da erstmal sehr skeptisch bin, aber das klingt einfach utopisch. Gibts da schöne Modellrechnungen dazu?

[Bynaus]

Wenn sich die Rotation dann im Laufe der Jahrmilliarden verlangsamt, dann ist das eben eine Folge der Alterung des Planeten.

Alterung allein bremst einen Planeten nicht, und die Rotationsgeschwindigkeit ist deshalb kein Indikator für das Alter. Anders bei Sternen: Die Sonne rotiert langsamer als in ihrer Frühzeit, aber das kommt von der magnetischen Interaktion mit ihrem eigenen Sonnenwind. Planeten senden keinen Sonnenwind aus, daher gibt es kein Medium, an das sie ihre Rotationsenergie verlieren könnten (ausser die Erde an ihren Mond, aber das ist ein Spezialfall).

Die Gasriesen rotieren immer noch etwa gleich schnell wie in ihrer Entstehungszeit: trägt man ihren Drehimpuls (um die eigene Achse, plus den ihrer Monde) versus ihre Masse auf, so liegen alle auf einer schönen Gerade. Auch Mars, dessen Rotation kaum von Sonnengezeiten und Monden beeinflusst wird, liegt auf derselben Geraden. Das Erde-Mond-System liegt darüber, die "ausgebremsten" Planeten Merkur und Venus darunter. Dass die Gezeitenkräfte die Gasriesen nicht ausgebremst haben, liegt einerseits daran, dass sie so weit von der Sonne entfernt sind, und daran, dass sie keine feste Oberfläche haben (die als "Ankerpunkt" für die Abbremsung dient).

Eine dichte Atmosphäre (genauer: die Gezeitenkraft der Sonne, übertragen über ebendiese Atmosphäre) kann einen Planeten stark ausbremsen, lange bevor sich komplexes Leben entwickeln kann. Bei der Venus dauerte es nach den Modellrechnungen von Alexandre Correia und Jacques Laskar etwa eine Milliarde Jahre (The four final rotation states of Venus). Kleine Kräfte, über eine sehr lange Zeit sehr konstant angewandt, können eben beträchtliche Wirkung entfalten. Man kann das Modell der beiden auch auf die Erde anwenden: hätten wir keinen Mond, und wäre die Atmosphäre der Erde ähnlich dicht wie jene der Venus, wäre die Rotationsdauer der Erde demnach mittlerweile auf etwa 100 (heutige) Tage gesunken (siehe auch: On the equilibrium rotation of Earth-like extra-solar planets).

[Liopleurodon]

Alterung allein bremst einen Planeten nicht, und die Rotationsgeschwindigkeit ist deshalb kein Indikator für das Alter.

Mit "Alterung" meinte ich, dass ein Planet einer bestimmten Entwicklung unterliegt und zu jeweils spezifischen Epochen Bedingungen aufweist, die sich in späteren Epochen nicht wiederholen. Also auch wenn es gute Gründe zur Annahme gibt, dass Super-Erden auf lange Sicht sehr ungemütliche und vielleicht lebensfeindliche Welten sein werden, so können sie auf dem Weg dahin durchaus lebensfreundlichere Phasen aufweisen.

[Bynaus]

Ja, das kann schon sein. Allerdings, wenn der Prozess allzu schnell geht, dann ist der Planet eben nicht bewohnbar - bzw., die lebensfreundlichen Bedingungen existieren nicht lange genug, um die Entwicklung einer Biopshäre mit komplexen Organismen zu ermöglichen. Beispiel: Gemäss den Arbeiten von Correia und Laskar hätte die Super-Erde Gliese 581d, die sich im äusseren Bereich der HZ ihres Sterns befindet, ihre Rotation innerhalb von nur gerade 20 Mio Jahren verloren (ein Sonnentag dürfte dort 47 Erdtage dauern). Anderseits wäre eine Super-Erde in der HZ um einen sonnenähnlichen Stern wohl stabiler gegen die Gezeitenwirkung ihrer Atmosphäre, könnte also ihre Rotation möglicherweise über eine längere Zeit behalten.

PS: Ich hab noch nachgeschlagen, wie die Gezeitenwirkung der Atmosphäre genau funktioniert: offenbar so, dass der Stern die Atmosphäre am subsolaren Punkt aufheizt, worauf die Atmosphäre expandiert und über den Terminator auf die Nachtseite abzufliessen beginnt (dieser Effekt ist entlang des Äquators effizienter als über die Pole). Diese Asymetrie (der Planet nimmt eine Rugby-Ball-ähnliche Form an, mit der Längsachse senkrecht zur Einstrahlungsrichtung des Sternlichts) bietet dann einen Angriffspunkt für die Gezeitenkräfte. Je langsamer der Planet rotiert, desto stärker die Aufheizung auf der Tagseite und damit die zusätzliche Abbremsung.

[Thomas W. Riker]

Bei der Suche und Erforschung von Exoplaneten ist das reine Erhöhen der Zahl dieser bekannten Himmelskörper wohl nicht mehr von hoher Priorität.
Neue bestätigte Exoplaneten:
2009: 81
2010: 114
2011: 189
2012: 135
Damit stieg die Gesamtzahl auf 854 laut wiki,
wobei das Kepler-ST 105 der 438 Exos der Jahre 2010-2012 entdeckte und es insgesamt 2326 Kandidaten gibt.
Zum Vergleich: Corot endeckte, allerdings mit erheblichen technischen Problemen, 2007-12 lediglich 15 Exoplaneten.

[Spocky]

Darüber würd ich mich für dieses Jahr auch freuen:
First 'Alien Earth' Will Be Found in 2013 | Exoplanets | Space.com

Dann würden sich wahrscheinlich ganz viele gleich drauf stürzen und die Rahmenbedingungen würden relativ schnell gut erforscht werden.

[Liopleurodon]

Darüber würd ich mich für dieses Jahr auch freuen:
First 'Alien Earth' Will Be Found in 2013 | Exoplanets | Space.com

Dann würden sich wahrscheinlich ganz viele gleich drauf stürzen und die Rahmenbedingungen würden relativ schnell gut erforscht werden.

Da glaube ich ja noch nicht dran. Man müsste den Planeten auch sehen (abbilden) können, um solch eine Behauptung zu verifizieren. Bisher ist noch kein Teleskop einsatzbereit, welches einen erdgroßen Planeten wirklich sichtbar machen könnte, und sei es auch nur als einzelnen Bildpunkt.

Die aus den anderen Methoden (Radialgeschwindigkeit, Transits) abgeleiteten Parameter können sehr irreführend und missverständlich sein. Mal ganz abgesehen davon, dass die Presse uns auch diese "Super-Erden" schon als "erdähnlich" oder "möglichen Erdzwilling" verkaufen wollte.

Und geht man alleine nach Radius, Masse und Dichte, so würde auch die Venus als "erdähnlich" durchgehen. Selbst einen venusähnlichen Planeten auf einer weiter entfernten Umlaufbahn könnte man mit den heute (und in 2013) verfügbaren Methoden nicht von einer echten Erde unterscheiden.

Bei den Exoplaneten gibt es also noch eine Menge Spreu vom Weizen zu trennen....

[irony]

Bisher ist noch kein Teleskop einsatzbereit, welches einen erdgroßen Planeten wirklich sichtbar machen könnte, und sei es auch nur als einzelnen Bildpunkt.

Wie müsste so ein Teleskop aussehen, mit dem man Exoplanenten detailliert sehen kann?

Kann man ähnlich wie bei Radioteleskopen zehn Hubble-Teleskope zusammenschalten und kriegt dann ein tolles Bild?

Die aus den anderen Methoden (Radialgeschwindigkeit, Transits) abgeleiteten Parameter können sehr irreführend und missverständlich sein. Mal ganz abgesehen davon, dass die Presse uns auch diese "Super-Erden" schon als "erdähnlich" oder "möglichen Erdzwilling" verkaufen wollte.

Dass ein erdgroßer Planet in der habitablen Zone um eine Sonne wie unsere kreist, dürfte vielen schon ausreichen, um ihrer Hysterie freien Lauf zu lassen. Interessant wird es erst, wenn ein Planet, auf dem nachgewiesen Leben existiert, in nur 20 Lichtjahren Entfernung entdeckt wird.

Die NASA wird dann allen erzählen, dass interstellare Antriebe, z.B. auch der Warpantrieb machbar sind, und man in 20 Jahren hinfliegen können wird, wenn nur jetzt reichlich Forschungsgelder strömen.

Wichtig sind die 20 Jahre als die optimale Zeitspanne, um den Leuten einerseits Hoffnung zu machen, aber andererseits auch nichts wirklich einhalten zu müssen.

[Liopleurodon]

Wie müsste so ein Teleskop aussehen, mit dem man Exoplanenten detailliert sehen kann?

Es müsste entweder größer sein als die bisherigen oder das Licht des Sterns, der das schwache Leuchten des Planeten um > 1 Milliarde Mal überstrahlt, ausblenden können. Dieses letzte Verfahren ist die Interferometrie.

Kann man ähnlich wie bei Radioteleskopen zehn Hubble-Teleskope zusammenschalten und kriegt dann ein tolles Bild?

Im Prinzip ist das richtig. Selbst das Hubble im Orbit und auch das VLT in Chile verfügen noch nicht über die notwendige Auflösung (und das VLT ist mit seinen 4 Spiegeln schon gigantisch groß).

Teleskope, mit denen man erdähnliche Planeten sichtbar machen könnte, wären z.B. der Terrestrial Planet Finder (Terrestrial Planet Finder ? Wikipedia) und die Gaia-Sonde, deren Start immerhin für August 2013 geplant ist (http://de.wikipedia.org/wiki/Gaia_(Raumsonde).


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Liopleurodon schrieb nach 3 Minuten und 7 Sekunden:

Dass ein erdgroßer Planet in der habitablen Zone um eine Sonne wie unsere kreist, dürfte vielen schon ausreichen, um ihrer Hysterie freien Lauf zu lassen. Interessant wird es erst, wenn ein Planet, auf dem nachgewiesen Leben existiert, in nur 20 Lichtjahren Entfernung entdeckt wird.

Die NASA wird dann allen erzählen, dass interstellare Antriebe, z.B. auch der Warpantrieb machbar sind, und man in 20 Jahren hinfliegen können wird, wenn nur jetzt reichlich Forschungsgelder strömen.

Wichtig sind die 20 Jahre als die optimale Zeitspanne, um den Leuten einerseits Hoffnung zu machen, aber andererseits auch nichts wirklich einhalten zu müssen.

Nun, es wäre eine wichtige Motivation für weitere Entwicklungen. Ohne ein Ziel bräuchte man sich auch nicht anzustrengen.

[irony]

Die Raumsonde Gaia soll im August 2013 gestartet werden. Angeblich erwarten uns damit die Entdeckung von

Bis zu einer Million Asteroiden und Kometen innerhalb unseres Sonnensystems.
Dreißigtausend Planeten außerhalb unseres Sonnensystems.

Schlecht sieht es für den Terrestrial Planet Finder aus:

TPF was postponed several times and finally cancelled.