Der Exoplaneten - Thread

[xanrof]

Der Ausgangswert (50% CO2, 30% H2O, 5% NH3, 5% N2, 5% SO2, 5% andere Spurengase*) ergibt sich aus Aussagen in diesem Thread von dir und anderen. Hauptbestandteil CO2, Wasser, Stickstoff als NH3, Spuren von molekularen Stickstoff, SO2 durch Ausgasung von noch flüssigem Magma.

Alle Gase zu diesem Zeitpunkt (4Ga) waren wohl magmatischer Herkunft

Vor 3 Mrd. Jahren ist dann die Zusammensetzung gemäß der Wikipedia gekippt. N2 dominiert seit dem und CO2 wird kontinuierlich von basischem Gestein und biologischen Lebensformen assimiliert. Gleichzeitig wird stetig O2 in die Atmosphäre abgegeben.

Das CO2 wurde sicherlich primaer von den neu gebildeten Ozeanen gebunden (-HCO2,-CO3). Absorption in Magma oder Gestein ist hier untergeordnet.
Am Rande: die Begriffe "saures" oder "basisches" Gestein sind oft irrefuehrend (gerade hier, wenn auch H2O an Reaktionen beteiligt ist) und offiziell nicht mehr Teil der Nomenklatur. Man kann den charakteristischen Chemismus angeben oder von SiO2-Ueber- oder -untersaettigung sprechen.

Dann kam eine Phase vulkanischer Aktivität und von größeren Kometeneinschlägen, die die Atmosphäre wieder mit CO2 und anderen Spurengasen aufgefüllt hat, warum sie insgesamt von der Konzentration kaum abgesunken sind, lediglich wurde Helium durch andere Gase ersetzt.

...wobei das CO2 dann aus den Meeren freigesetzt (und nicht von Meteoriten eingebracht) wurde. Der CO2-Gehalt ist bei den meisten Meteoriten ohne Bedeutung. Den hoechsten C-Gehalt habe die sog. "kohligen Chondrite" mit 3-5 wt.%. Diese sind jedoch vglw. selten.
Ausserdem frage ich mich, warum Helium durch andere Gase ersetzt worden sein soll, wenn doch Mondregolith eine Anreicherung an 3He zeigt (steter Eintrag durch Meteoriten)?

Seit 1 Mrd. Jahre nimmt die Masse der Atmosphäre kontinuierlich wieder zu, da mehr Sauerstoff gebildet wird als Helium & Co in den Weltraum entweichen und CO2 aus der Luft assimiliert wird.

Der O2-Gehalt in der Atm nimmt zu, weil der Sauerstoff nicht mehr im Meer gebunden wird (Ende der BIF-Bildung, Entstehung Bakterienmatten, s.o.). Die Gesamtmasse der Atmosphaere nimmt zu, weil viele Gase schwerer als He sind. Warum willst du eigentlich staendig auf die Gesamtmasse der Atm. hinaus, dieser Wert spielt doch ueberhaupt keine Rolle? Bei Gaszusammensetzungen sollte man eh mit Partialdruecken rechnen. Aendert sich dann z.B. die Temperatur, bleiben die Partialdruecke relativ zueinander konstant.

... ist ein sehr komplexes Thema :-)

[McWire]

...wobei das CO2 dann aus den Meeren freigesetzt (und nicht von Meteoriten eingebracht) wurde. Der CO2-Gehalt ist bei den meisten Meteoriten ohne Bedeutung. Den hoechsten C-Gehalt habe die sog. "kohligen Chondrite" mit 3-5 wt.%. Diese sind jedoch vglw. selten.
Ausserdem frage ich mich, warum Helium durch andere Gase ersetzt worden sein soll, wenn doch Mondregolith eine Anreicherung an 3He zeigt (steter Eintrag durch Meteoriten)?

Das wird vom Sonnenwind nachgeliefert. Bei der Erde funktioniert das wegen der Magnetosphäre jedoch nicht.

[xanrof]

Ja, richtig, mein Fehler

[McWire]

Ja, richtig, mein Fehler

Ich weiß ja, dass meine These sehr laienhaft ausgedrückt ist. Ich habe mich nur rudimentär durch Dokus und "Sterne und Weltraum" sowie "Spektrum der Wissenschaft" mit der Erdgeschichte beschäftigt. Aber mir ist schon in der Schule als Kind aufgefallen, dass die Erdatmosphäre doch erstaunlich von denen von Venus und Mars abweicht und mehr Ähnlichkeit mit der von Titan hat. Außerdem ist Stickstoff ein sehr inertes Gas, d.h. ich habe früher angenommen, dass er schon immer da gewesen sein muss, da er ja mit fast nichts reagiert und auch von keinem natürlichen Prozess als Abgas in großer Menge gebildet wird. Ammoniak (NH3) ist für meinen Geschmack zu reaktiv, dass er die Quelle des heutigen Stickstoffes sein kann. Der hätte sich doch mit dem ganzen Kohlendioxid und Schwefeloxiden in der frühen Atmosphäre als Ammoniumverbindungen im Meerwasser lösen müssen. Heute besteht die Erdatmosphäre zu fast 4/5 aus reinem Stickstoff... diese Masse im Wasser gelöst hätte die Meere in eine basische und sehr toxische Brühe verwandelt.

Auch wenn deine Argumente wissenschaftlicher und überzeugend klingen und sicher besser fundierte Quellen haben, kann ich mir nicht vorstellen, dass sich diese Menge erst nachträglich gebildet hat.

Auf Titan gibt es scheinbar kein mikroskopisches Leben das NH3 spalten kann und trotzdem eine große N2-Konzentration in der Atmosphäre. Woher kommt dessen N2? War es seit der Entstehung schon immer da?

[Dannyboy]

Ich weiß ja, dass meine These sehr laienhaft ausgedrückt ist. Ich habe mich nur rudimentär durch Dokus und "Sterne und Weltraum" sowie "Spektrum der Wissenschaft" mit der Erdgeschichte beschäftigt. Aber mir ist schon in der Schule als Kind aufgefallen, dass die Erdatmosphäre doch erstaunlich von denen von Venus und Mars abweicht und mehr Ähnlichkeit mit der von Titan hat. Außerdem ist Stickstoff ein sehr inertes Gas, d.h. ich habe früher angenommen, dass er schon immer da gewesen sein muss, da er ja mit fast nichts reagiert und auch von keinem natürlichen Prozess als Abgas in großer Menge gebildet wird.

In gewissen Mengen wird es durch UV-Strahlung aus Ammoniak gebildet.
Allerdings wird N2 durch Gewitter wohl im Bereich von 10^5 t/Jahr in Stickoxide umgewandelt (Nature, 412, 2001, S. 61), die als Nitrate in die Hydrophäre eingehen. Die Masse der Erdatmosphäre liegt ja heute bei 10^15 t. Dennoch wäre das innerhalb einer Milliarde Jahre schon ein spürbarer Verlust.

[McWire]

In gewissen Mengen wird es durch UV-Strahlung aus Ammoniak gebildet.
Allerdings wird N2 durch Gewitter wohl im Bereich von 10^5 t/Jahr in Stickoxide umgewandelt (Nature, 412, 2001, S. 61), die als Nitrate in die Hydrophäre eingehen. Die Masse der Erdatmosphäre liegt ja heute bei 10^15 t. Dennoch wäre das innerhalb einer Milliarde Jahre schon ein spürbarer Verlust.

10^15 Tonnen molekularer Stickstoff (N2) entsprechen 1,22*10^15 Tonnen NH3, gemäß der Reaktionsgleichung 2 NH3 -> N2 + 3 H2

Wenn damals soviel Ammoniak in der Atmosphäre gewesen wäre, hätte sich später wohl kaum Leben entwickelt. Er kann also nicht die Hauptquelle des heutigen Stickstoffanteils (75,5 Masse-%) unserer Atmosphäre sein.

[Thomas W. Riker]

Britische Astronomen haben einen schwarzen Jupiter entdeckt!

Der 750 Lj entfernte Exo-Planet TrES-2b hat die Größe des Jupiter und reflektiert nur 1% des Lichts. Jupiter reflektiert ca 30% des Sonnenlichtes.
Der Grund für die niedrige Reflektionsrate ist ungeklärt.

Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

Edit:
Der Stern GSC 03549-02811 ist sonnenähnlich (Sternbild Drache), der Planet ist nur 5 Miokm vom Stern entfernt, die Atmosphäre soll ca 1000°C heiß sein.

[McWire]

Britische Astronomen haben einen schwarzen Jupiter entdeckt!

Der 750 Lj entfernte Exo-Planet TrES-2b hat die Größe des Jupiter und reflektiert nur 1% des Lichts. Jupiter reflektiert ca 30% des Sonnenlichtes.
Der Grund für die niedrige Reflektionsrate ist ungeklärt.

Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

Ziemlich dunkler Planet. Vielleicht hohe Verunreinigungen der Atmosphäre?

[spidy1980]

Hört sich an wie aus nem Horrorstreifen.

[T'hya]

Ja, sowas findet man in unserem Sonnensystem nicht, interessantes Phänomen. Hab' mal einen deutschen Artikel dazu herausgesucht.

Exoplanet ist schwärzer als Kohle

Ursache für extreme Dunkelheit von TrES-2b bisher nur in Teilen klar

Astronomen haben den dunkelsten bisher bekannten Exoplaneten im Weltraum entdeckt. Der jupitergroße Gasriese liegt rund 750 Lichtjahre von der Erde entfernt und wirft nur ein Prozent des auf ihn treffenden Lichts wieder zurück. "Damit ist TrES-2b deutlich weniger reflektierend als schwarze Acrylfarbe. Er ist wirklich eine fremde Welt", sagt David Kipping vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). Der Planet würde damit deutlich schwärzer erscheinen als Kohle.

Entdeckt wurde TrES-2b bereits 2006 im Rahmen des "Trans-Atlantic Exoplanet Survey". Erst jetzt jedoch gelang es Kipping und seinem Kollegen David Spiegel von der Princeton University, die Helligkeit des Himmelskörpers genauer zu bestimmen. Sie nutzten dafür Daten des Weltraumteleskops Kepler der US-Raumfahrtbehörde NASA.

Extrem geringe Lichtschwankungen belegen Dunkelheit

Die Forscher beobachteten den Exoplaneten über mehr als 50 Umkreisungen seines Sterns hinweg mit der hochauflösenden Optik des Kepler-Teleskops. Ähnlich wie der Mond, der je nach Winkel zur Sonne mal als Vollmond mal als Halbmond oder Neumond erscheint, zeigt auch TrES-2b solche Phasen. Das vom Teleskop aufgefangene Licht von Stern und Planet verändert dadurch ständig leicht seine Intensität. Die Astronomen können daraus auf die Helligkeit des Planeten schließen. "Wir registrierten dabei die kleinsten jemals beobachteten Änderungen in der Helligkeit bei einem Exoplanet: um nur sechs Millionstel", sagt Kipping. Damit sei TrES-2b geradezu unglaublich dunkel.

Heiß und wolkenlos

Ein Grund für die außergewöhnliche Schwärze des Planeten sei seine Temperatur, sagen die Forscher. TrES-2b umkreist seinen Stern sehr nah in nur fünf Millionen Kilometern Enfernung. Zum Vergleich: Der innerste Planet des Sonnensystems, Merkur, hat einen Abstand von rund 58 Millionen Kilometern zur Sonne.

Das Licht des Sterns heizt die Oberfläche des Exoplaneten auf rund 1.000 Grad Celsius auf. Damit sei er viel zu heiß, um reflektierende Wolken aus Ammoniak zu bilden wie der Planet Jupiter in unserem Sonnensystem. Dafür sendet der Planet Wärmestrahlung aus: "Er ist so heiß, dass er ein leichtes rotes Glühen emittiert, sehr ähnlich einem glühenden Holzscheit oder den Heizplatten eines elektrischen Herdes", sagt Spiegel.

Messungen zeigen, dass die Atmosphäre des Exoplaneten wahrscheinlich lichtabsorbierende Chemikalien enthält, darunter gasförmiges Kalium, Natrium oder Titanoxid. Nach Angaben der Forscher reicht allerdings keine dieser Substanzen aus, um die extreme Schwärze des Planeten zu erklären. "Es ist noch nicht klar, war dafür verantwortlich ist, diesen Planeten so außergewöhnlich dunkel zu machen", konstatiert Spiegel. (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2011, in press)
(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), 12.08.2011 - NPO)

Quelle: scinexx.de

[Spocky]

Interessant ist, dass die aeltesten Festkoerper, die aus unserem Sonnensystem bekannt sind (Ca-Al-Inclusions in bestimmten Meteoriten), ein Alter von 4,56711 (+/- 0,00016) Ga aufweisen. Das ist gerade mal 700 Millionen Jahre aelter. Meteoriten, Planeten und natuerlich die Sonne sind etwa zeitgleich entstanden. 4,567 Ga ist somit das derzeit gueltige Alter unseres Sonnensystems.
Das bedeuted, dass nur 700 Ma nach der groben "Fertigstellung" der Erde das Sauerstoffniveau hoch genug zur Bildung von Leben war.

Wie du selbsat dargelegt hast, hat sich der Sauerstoff biotisch entwickelt und folglich entstand das Leben vor dem freien Sauerstoff in der Atmosphäre. Die BIFs wurden ja noch eine ganze Weile länger gebildet. Ich hab z. B. welche kartiert, die etwas über 2 Ga alt waren.

Aufschlussreich ist aber, dass die Hauptbildungsphase von BIFs bis vor ca. 1,8 Ga andauerte und die ältesten Eukaryoten ebenfalls dieses Alter aufweisen. Es kann also davon ausgegangen werden, dass sie sehr schnell entstanden, nachdem der Sauerstoffgehalt dies zuließ.

[T'hya]

Wieder eine interessante Entdeckung.

Stern verwandelt sich in Diamantplanet
Radiobeobachtungen enthüllen ungewöhnlichen Himmelskörper

Ein Stern, der sich in einen Planeten aus Diamant verwandelt? Was wie Science-Fiction klingt, scheint Realität zu sein. Denn ein internationales Wissenschaftlerteam ist jetzt offenbar die Beobachtung eines solchen kosmischen Phänomens gelungen. Die Forscher fanden den Diamantplaneten mit dem australischen 64-Meter-Parkes-Radioteleskop.


Offenbar kreist er um einen ungewöhnlichen Stern mit extrem hoher Dichte, einen Pulsar, schreiben die Astronomen im Wissenschaftsmagazin „Science“. Das System liegt etwa 4.000 Lichtjahre entfernt in Richtung des Sternbilds Schlange in der Ebene unserer Milchstraße.

Pulsare stellen extreme Endstadien der Sternentwicklung dar. Es sind schnell rotierende Neutronensterne von der Größe einer Stadt wie Köln, die einen stark gebündelten Strahl von Radiowellen aussenden. Streicht dieser Strahl aufgrund der Rotation des Sterns – ähnlich dem Lichtkegel eines Leuchtturms – über die Erde, fangen Radioteleskope ein regelmäßiges Signal auf, das zu pulsieren scheint. Daher heißt ein solches Objekt Pulsar.

Winziger Kern eines einst massereichen Sterns?
Bei dem neu entdeckten Pulsar mit der Bezeichnung PSR J1719-1438 bemerkten die Astronomen um Michael Kramer vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie eine regelmäßige Modulation in den Ankunftszeiten der Signale. Verursacht wird diese „Störung“ offenbar durch die Gravitation eines massearmen Begleiters. Die Art der Modulation verriet den Forschern einiges über den kleinen Himmelskörper: Mit einem Durchmesser von nur 60.000 Kilometern ist er etwa halb so groß wie Jupiter. Er umkreist den Pulsar in gerade mal zwei Stunden und zehn Minuten in einem Abstand von 600.000 Kilometern – das ist nur wenig mehr als der Radius unserer Sonne. Damit läuft der Planet so nah um den Pulsar, dass ihn die Schwerkraft eigentlich auseinanderreißen müsste.

„Die Dichte des Planeten ist mindestens so hoch wie die von Platin und verrät uns viel über seinen Ursprung“, sagt der Leiter des Teams, Matthew Bailes von der Swinburne University of Technology in Australien. Die Wissenschaftler glauben, dass der Begleitplanet der winzige Kern eines einst massereichen Sterns ist. Nur knapp entging er der Zerstörung, da seine übrige Materie einst von dem Pulsar aufgesogen wurde.

Extrem schnell rotierender Neutronenstern
J1719-1438 gehört zu einer extrem schnell rotierenden Sorte von Neutronensternen, Millisekundenpulsare genannt. Ungefähr 70 Prozent der Pulsare besitzen Partner unterschiedlicher Art. Die Astronomen nehmen an, dass es diese Begleiter sind, die noch als Stern einen alten, langsam rotierenden Pulsar durch den Transfer von Masse auf eine sehr hohe Umlaufgeschwindigkeit beschleunigen. Das Resultat ist ein schnell rotierender Millisekundenpulsar mit einem in der Masse geschrumpften Begleiter – häufig einem Weißen Zwerg.

Beim Objekt PSR J1719-1438 ist das Paar den Astronomen zufolge so dicht beisammen, dass es sich bei dem Begleiter nur um einen sehr stark massereduzierten Weißen Zwerg handeln kann, der seine gesamten äußeren Schichten und mehr als 99,9 Prozent der ursprünglichen Masse verloren hat. Der Rest dürfte nach Angaben der Wissenschaftler überwiegend aus Kohlenstoff und Sauerstoff bestehen, denn mit leichteren Elementen wie Wasserstoff und Helium lassen sich die aus den Beobachtungen erhaltenen Daten nicht erklären. Die abgeleitete Dichte lässt darauf schließen, dass das Material mit Sicherheit in einem kristallinen Zustand vorliegt; ein großer Teil des Sterns könnte daher ähnlich wie ein Diamant aufgebaut sein.

Schicksal dieses Doppelsterns noch ungewiss
„Das endgültige Schicksal dieses Doppelsterns hängt von Masse und Umlaufperiode des Gebersterns zur Zeit des Massentransfers ab. Das seltene Auftreten von Millisekundenpulsaren mit Begleitern von Planetenmasse bedeutet, dass die Entstehung solcher exotischen Planeten eher die Ausnahme als die Regel darstellt und das Zusammentreffen von speziellen Bedingungen erforderlich macht“, sagt Benjamin Stappers von der Universität Manchester.

Die Daten zu dem Pulsar-Planeten-Paar wurden durch nachfolgende Beobachtungen mit dem Lovell-Radioteleskop in Großbritannien sowie einem der beiden Keck-Teleskope auf Hawaii bestätigt. Der Pulsar selbst wurde in einer Datenmenge von insgesamt 200.000 Gigabyte identifiziert – mithilfe von speziellen Analyseprogrammen auf Supercomputern an der Swinburne University of Technology, der Universität Manchester und am INAF-Osservatorio Astronomico di Cagliari auf Sardinien.

Bald neue aufregende Ergebnisse?
Das Projekt ist Teil einer systematischen Suche nach Pulsaren am gesamten Firmament, an der sich das 100-Meter-Radioteleskop Effelsberg des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie mit Messungen in der nördlichen Hemisphäre beteiligt.

„Wir haben hier die bisher größte und empfindlichste Kartierung von Pulsaren am ganzen Himmel“, sagt Kramer. „Wir erwarten eine Reihe von aufregenden neuen Ergebnissen mit diesem Programm. Es ist schön zu sehen, dass dies bereits losgeht und es wird noch mehr kommen. Denn es gibt noch eine ganze Menge, was wir über Pulsare und fundamentale Physik in den kommenden Jahren herausfinden wollen.“

Quelle: scinexx.de

[Spocky]

Das ist ja nichts wirklich unerwartetes. Man ging schon lange davon aus, dass das bei Sternen, die nur bis zum C- bzw. O-Produzieren so sein muss, immerhin sind da ausreichend hohe Drücke und Temperaturen vorhanden und jede Menge Kohlenstoff.

Interessanter ist da schon folgender Artikel mit einem erdähnlichen Planeten in der habitablen Zone um seinen Stern:

http://www.gmx.net/themen/wissen/weltraum/2681xwm-endlich-zweite-erde-entdeckt

[Thomas W. Riker]

Danke Spocky, wirklich interessant:

hier der wiki-link:
HD 85512 b - Wikipedia, the free encyclopedia

Der Stern ist 36Ly (die 66 nächsten exosolaren Sterne sind max 5 pc~ 16,2 Ly entfernt) entfernt im Sternbild vela (Segel) (falsche Angabe im Wiki-Artikel: libra/Waage).
Laut der Graphik ist der Planet aber zu ca 90% der Zeit zu nahe an seinem Mutterstern. 3,6 +/- 0,5 Erdmassen, Abstand 0,26 AU (Merkur 0,387), ein Orbit dauert 54 Tage (Merkur: 88 Tage), Oberflächentemperatur 298 K ~ 25°C.
(Edit: Wenn dieser Planet die gleiche Dichte wie die Erde hat (5,515g/cm³) beträgt sein Durchmesser 19.518km, die Durchschnitstemperatur der Erde beträgt 288K ~ 15°C)
Man geht jetzt davon aus, dass 30% aller sonnenähnlichen Sterne erdähnliche Planeten haben (Annahme bis Okt 2010 25%), wobei jeder 5. Stern der Milchstraße sonnenähnlich ist. Bei Schätzungen von 100 bis 300 Mia Sternen in der Milchstraße bedeutet dies 7 bis 20 Mia Sterne mit erdähnlichen Felsplaneten. HD 85512 b wird jetzt als 4. exosolarer Planet dieses Typs eingestuft.

[kosmoaffe]

ist schon etliche jahre her,aber es gibt da noch einen exoplaneten namens Iota Horologii b,ca 56 lichtjahre entfernt.Leider "nur" ein Gasriese aber immerhin in der habitaten Zone,man geht von einer Oberflächentemperatur von 27 C° aus.ich frage mich ,obs Organismen gibt,die in einer Gasathmosphäre gedeien????