Der Exoplaneten - Thread

[Spocky]

100 Seiten Anhang geht so in die Richtung meiner Diplomarbeit. Mit den ganzen Daten von jedem einzelnen Mikrosondenmesspunkt und den ganzen geochemischen Analysen (und was sonst noch alles dazu gehört) lag ich bei fast 150 Seiten DIN A4.

Was ich ein bisschen verwunderlich finde ist, dass bei der großen Menge an neuen Planeten insgesamt nur ganze 4 (!) in der habitablen Zone liegen:
Weltraumteleskop Kepler: Nasa entdeckt 715 neue Planeten | ZEIT ONLINE

Das ist gerade mal ein gutes halbes Prozent.

[Liopleurodon]

Was ich ein bisschen verwunderlich finde ist, dass bei der großen Menge an neuen Planeten insgesamt nur ganze 4 (!) in der habitablen Zone liegen:
Weltraumteleskop Kepler: Nasa entdeckt 715 neue Planeten | ZEIT ONLINE

Das ist gerade mal ein gutes halbes Prozent.

Es gibt für die habitable Zone aber auch ein gutes Dutzend Definitionen und Modelle.

Falls man sich auf das von Hart (1979) bezieht - und dieses ist das erste, auf das man bei Nachforschungen stoßen wird - so zeigt sich die habitable Zone als ein sehr eng gefasster Bereich (im Beispiel unserer Sonne nur ein paar Millionen Kilometer). Es ist zugleich auch am einfachsten zu berechnen und wird tatsächlich gerne in automatischen Skripten verwendet.

Mit Kasting jedoch kommen deutlich komplexere Modelle hinzu. Diese sind viel schwieriger zu berechnen und erfordern zumindest die Berücksichtigung mehrerer Gleichungen. Solch neuere Modelle berücksichtigen auch die Eigenschaften des Planeten wie z.B. seine atmosphärische Zusammensetzung und Bewölkung. Ein automatischer Abgleich aller Parameter ist da kaum noch sinnvoll durchführbar und man muss eigentlich jeden Planeten separat betrachten. Man kann dabei sogar auf habitable Zonen kommen, die deutlich breiter als 1 Astronomische Einheit sind.

[GForce]

Man darf sich von dieser Statistik mit 4 aus 715 nicht täuschen lassen, denn die ist zwingend ins ungünstige verfälscht.

Die Sache ist die, das die Transitmethode immer Planeten mit engen Orbits bevorzugt und zwar unabhängig von der verfügbaren Beobachtungszeit und unabhängig davon, wie empfindlich die Technik ist.

Stellt euch einfach vor, man möchte einen Planeten in einer Astronomischen Einheit (AE) Entfernung von einem sonnenähnlichen Stern entdecken. In diesem Fall muss man fast auf die Kante der Umlaufebene schauen, damit der Planet auch vor die Sternscheibe zieht. Im Falle eines Erde-Sonne Zwillingssystems darf der Winkel nur etwa +- 0.27 Grad Abweichung von der Kante haben, ansonsten würde der Planet unter oder über der Sternscheibe hinwegziehen und unentdeckt bleiben.

Im Falle des Merkur, welcher etwa drei Mal näher an der Sonne liegt, darf der Winkel auch drei mal größer sein, somit ist die Wahrscheinlichkeit einer Entdeckung bei einem solchen Planeten um das dreifache erhöht. Das Verhalten ist strenggenommen nicht linear, aber solange die Umlaufbahn groß ist im Vergleich zum Sterndurchmesser, kann man das einfach so nähern.

[Spocky]

@ GForce: Stimmt, das ist natürlich einleuchtend

@ Liopleurodon: Du hast mit deinem Beitrag irgendwie für ein Zeitparadoxon gesorgt, indem du ihn offensichtlich bearbeitet hast, bevor du ihn geschrieben hast

[Bynaus]

Wenn man die Kepler-Daten "entzerrt" (de-biasing), dann kommt in etwa eine flache Verteilung heraus. Dh, es gibt bis hinaus zu Umlaufzeiten von etwas mehr als einem Jahr (den Bereich, den Kepler in seiner Missionszeit überhaupt abdecken konnte) ungefähr gleich viele Planeten in jeder Distanz zum Stern. Insofern hängt die Frage, wieviele Planeten in der HZ sind, nur von deren Breite ab. Aber natürlich hängt die Frage, ob eine Welt bewohnbar ist oder nicht, von viel mehr Faktoren ab als ob sie sich in der HZ befindet. Z.B. sollte sie wohl kein Mini-Neptun sein, wie die allermeisten Keplerplaneten. Allerdings gilt auch bei der Grösse, dass die grossen natürlich bevorzugt beobachtet werden: legt man auch hier ein de-biasing an, so nimmt die Anzahl Planeten mit abnehmendem Durchmesser stetig zu (bis hinunter zu weniger als einem Erddurchmesser). Die allermeisten Planeten sind also klein.

[Thomas W. Riker]

In scinebloggs wird heute kontrovers diskutiert, dass die "Verifikation" eigentlich eine rein mathematische Methode ist und keine andere Beobachtungsmethode. Daher wird diese neue Charge von einigen Diskutierenden als "confirmed Planets" angezweifelt.

(In der vergangenen Nacht sah ich afair bei heise.de eine NASA-Animation von kepler-296. Edit: s. nächsten # von mir)

Leider nur in einem kleinem Fenster. Die 71 MB ließen sich leider nicht laden. Als ich wieder online war, fand ich diesen link leider nicht mehr.
Ich versuche es mal zu beschreiben:
Kepler-296 b und c flitzten ähnlich wie im Merkur-Orbit relativ nahe beieinander um den Stern, d und e sind etwas abgesetzt ähnlich dem Venus-Orbit.
Ich habe mir das ein paar Minuten angesehen und habe das Gefühl, dass b und c bzw d und e zueinander eine ähnliche Resonanz haben.
Es war dann die habitable Zone eingezeichnet. 296f war dann etwa beim Übergang von dem ersten zum zweiten Viertel der Zone. Ein sechster Planet etwa analog zum Mars-Orbit hätte da durchaus noch Platz in der habitablen Zone.

[Liopleurodon]

In scinebloggs wird heute kontrovers diskutiert, dass die "Verifikation" eigentlich eine rein mathematische Methode ist und keine andere Beobachtungsmethode. Daher wird diese neue Charge von einigen Diskutierenden als "confirmed Planets" angezweifelt.

Das relativiert die Meldung aber ganz erheblich. Überzeugender wäre eine Bestätigung mit einem weiteren Instrument.

Es war dann die habitable Zone eingezeichnet.

Wie oben schon mal angesprochen: Eine von mehreren möglichen Darstellungen der habitablen Zone.
Man darf solche Angaben nicht als absolute und unumstößliche Werte ansehen, sondern sollte nach dem verwendeten Modell fragen.

[Spocky]

@ Bynaus: In dem Fall ist aber die geringe Zahl von Planeten in der habitablen Zone schon nicht mehr so leicht zu erklären. Wenn die Umlaufdauern kaum länger als ein Jahr sein können, dann fallen die entfernten Planeten ja schon wieder alle raus, also von Mars aufwärts (auf unser Sytem bezogen) würden da gar nicht mehr in Frage kommen und entsprechend sind die Schrägstellungen des Systems nicht mehr so maßgebend.

@ TWR: Wenn es a, b, c, d und f gibt, dann sollte es also auch e geben, demnach wären es ja auch 6 Planeten

[Thomas W. Riker]

@ TWR: Wenn es a, b, c, d und f gibt, dann sollte es also auch e geben, demnach wären es ja auch 6 Planeten

Die Benennung von Exoplaneten beginnt in der Reihenfolge der Entdeckung mit "b", es gibt nie einen Exo mit dem Buchstaben "a". Falls mehrere Planeten gleichzeitig entdeckt werden, beginnt man beim innersten Planeten.
Demnach wäre Merkur Sol b, Venus Sol c, Erde Sol d, Mars Sol e etc.

Bei Systemen mit mehren Sternen werden die Sterne mit Großbuchstaben beginnend bei "A" benannt. Umkreist ein Planet nur "A" dann schreibt man ...A b, umkreist er B und C, dann ... BC b

Ich habe dann doch die Heise Seite wieder gefunden (Ich hatte erst wieder bei Extrasolarer Planet gesucht, nicht bei Kepler 296 )

NASA: Hunderte neue Exoplaneten bestätigt | heise online

WARNUNG:
Beim Vergrößern der Animation des Systems Kepler-296 bekam ich Probleme und musste meinen Laptop runterfahren.

- - - Aktualisiert - - -

@ Bynaus: In dem Fall ist aber die geringe Zahl von Planeten in der habitablen Zone schon nicht mehr so leicht zu erklären. Wenn die Umlaufdauern kaum länger als ein Jahr sein können, dann fallen die entfernten Planeten ja schon wieder alle raus, also von Mars aufwärts (auf unser Sytem bezogen) würden da gar nicht mehr in Frage kommen und entsprechend sind die Schrägstellungen des Systems nicht mehr so maßgebend.

Dazu auch eine Anwort anhand des heise.de Artikels.
Dort ist eine Grafik mit 3601 Ende 2013 erfassten Kepler-Kandidaten.

Die weit überwiegende Anzahl der Planeten hat 0,8 bis 5 Erdradien und einen Orbit von 2 bis 60 Tagen. Der Mittelwert wäre ca. bei 2 Erdradien und einem Orbit von 10 Tagen. Der Standard Exo wäre also ein Hot Sub-Neptun.

Zu diesem Zeitpunkt waren allerdings erst rund 250 Kepler-Exos bestätigt.

[GForce]

Um noch mal zur habitablen Zone zu kommen:

Aufgrund der Tatsache, daß die Sonne im Laufe der Zeit langsam heller geworden ist, müsste man ja eigentlich eine minimale habitable Zone für die Sonne, unabhängig von Modellen angeben können.

Das Leben auf der Erde entstand afaik irgendwann vor 3.5 bis 4 Milliarden Jahren. Damals hatte die Sonne etwa 70% der heutigen Leuchtkraft. Die Erde ist während der ganzen Zeit bis heute bewohnbar geblieben. Ob ich nun die Sonne langsam von 70% auf 100% "aufdreh" und die Erde immer auf 1 AE Entfernung lasse, oder ob ich eine absolut konstante Sonne annehme, und einfach die Erde langsam näher an die Sonne heranspiralieren lasse müsste ja eigentlich vom empfangenen Strahlungsfluß keinen Unterschied machen.

Ein Planet in 1.2 AE Entfernung zur Sonne würde etwa 70% der empfangenen Strahlung der Erde abbekommen. Das heißt die Erde hat im Laufe ihrer bewohnten Geschichte alle Intensitäten an Einstrahlung die zwischen 1 und 1.2 AE existieren "getestet" und ist lebensfreundlich geblieben.

Also müsste die absolut minimale, von der Erde quasi bestätigte, habitable Zone der heutigen Sonne bei (1 - 1.2)AE liegen. Oder habe ich hier irgendwo einen Gedankenfehler?

[Bynaus]

@Spocky:

@ Bynaus: In dem Fall ist aber die geringe Zahl von Planeten in der habitablen Zone schon nicht mehr so leicht zu erklären. Wenn die Umlaufdauern kaum länger als ein Jahr sein können, dann fallen die entfernten Planeten ja schon wieder alle raus, also von Mars aufwärts (auf unser Sytem bezogen) würden da gar nicht mehr in Frage kommen und entsprechend sind die Schrägstellungen des Systems nicht mehr so maßgebend.

Ich bin nicht sicher, dass ich verstehe, was du meinst. Kepler muss drei Transits eines Planeten beobachten, damit er als solcher gelten kann. Bei der Erde müsste man also im schlimmsten Fall vier Jahre warten, bis es soweit wäre. Planeten mit längeren Umlaufzeiten können nur durch andere Methoden (z.B. Transit-Timing) gefunden werden. Drei Transits sind jedoch eher zu wenig, um einen erdgrossen Planeten wirklich solide zu bestätigen - das heisst, man wir nur einen Bruchteil dieser Planeten überhaupt je finden.

@GForce:

Also müsste die absolut minimale, von der Erde quasi bestätigte, habitable Zone der heutigen Sonne bei (1 - 1.2)AE liegen. Oder habe ich hier irgendwo einen Gedankenfehler?

Als einfache Heuristik ist das sicher ok. Allerdings ist das Konzept der HZ an sich problamatisch. Man nimmt dabei an, dass die Entwicklung eines Planeten ausschliesslich von der Distanz zu seinem Stern abhängt. Es spielen aber auch andere Parameter eine Rolle, z.B. der Wassergehalt, die Grösse des Planeten, die chemische Zusammensetzung der Silikate im Planeten, der Anteil radioaktiver Elemente, etc. Es ist des weiteren nicht gesagt, dass ein Planet, der einmal bewohnbar ist, dies auch über Jahrmilliarden bleibt. Das war zwar bei der Erde so, aber wäre es nicht so, wären wir nicht hier - entsprechend können wir daraus keine Schlüsse ziehen, wie oft erdähnliche Planeten über Jahrmilliarden-Zeiträume auch wirklich bewohnbar bleiben. Dass die Geologie das Leben auf der Erde zumindest einmal fast ausgelöscht hätte (an der Perm-Trias-Grenze) können man als Hinweis dafür verstehen, dass es auch Planeten geben dürfte, auf denen das Leben erschien, dann aber zerstört wurde.

[GForce]

Als einfache Heuristik ist das sicher ok. Allerdings ist das Konzept der HZ an sich problamatisch. Man nimmt dabei an, dass die Entwicklung eines Planeten ausschliesslich von der Distanz zu seinem Stern abhängt. Es spielen aber auch andere Parameter eine Rolle, z.B. der Wassergehalt, die Grösse des Planeten, die chemische Zusammensetzung der Silikate im Planeten, der Anteil radioaktiver Elemente, etc. Es ist des weiteren nicht gesagt, dass ein Planet, der einmal bewohnbar ist, dies auch über Jahrmilliarden bleibt. Das war zwar bei der Erde so, aber wäre es nicht so, wären wir nicht hier - entsprechend können wir daraus keine Schlüsse ziehen, wie oft erdähnliche Planeten über Jahrmilliarden-Zeiträume auch wirklich bewohnbar bleiben. Dass die Geologie das Leben auf der Erde zumindest einmal fast ausgelöscht hätte (an der Perm-Trias-Grenze) können man als Hinweis dafür verstehen, dass es auch Planeten geben dürfte, auf denen das Leben erschien, dann aber zerstört wurde.

Ja stimmt, es hängt natürlich auch vom Planeten ab. Ich formulier den Satz mal etwas um: In einer Entfernung von 1 bis 1.2 AE um die Sonne ist es für gewisse Planetentypen (zumindest für einen) möglich, Leben zu beherbergen.

[Liopleurodon]

Ja stimmt, es hängt natürlich auch vom Planeten ab. Ich formulier den Satz mal etwas um: In einer Entfernung von 1 bis 1.2 AE um die Sonne ist es für gewisse Planetentypen (zumindest für einen) möglich, Leben zu beherbergen.

Etwas anders formuliert und hergeleitet sind das ungefähr die Abmessungen, die Hart damals vorgeschlagen hatte. Er hatte damals betrachtet, ab welcher Sonneinstrahlung ein eskalierender Treibhauseffekt einsetzt bzw. der Schnee auf der Oberfläche nicht mehr taut und der Planet irreversibel vereist und ab welchen Massengrenzen für den Planeten nach oben und unten die HZ komplett verschwindet.

Wenn ich das jetzt richtig erinnere, kam er damals auf eine HZ für die Erde von 0,96 - 1,05 AU bezogen auf die heutige Sonneneinstrahlung.

[Thomas W. Riker]

Etwas anders formuliert und hergeleitet sind das ungefähr die Abmessungen, die Hart damals vorgeschlagen hatte. Er hatte damals betrachtet, ab welcher Sonneinstrahlung ein eskalierender Treibhauseffekt einsetzt bzw. der Schnee auf der Oberfläche nicht mehr taut und der Planet irreversibel vereist und ab welchen Massengrenzen für den Planeten nach oben und unten die HZ komplett verschwindet.

Wenn ich das jetzt richtig erinnere, kam er damals auf eine HZ für die Erde von 0,96 - 1,05 AU bezogen auf die heutige Sonneneinstrahlung.

Was praktisch nie berücksichtigt wird, ist, dass die Bahnexzentrizität der Planeten keine Konstante ist. Bei der Erde ist e nahe 0, da sie nur um knapp 5 miokm/a schwankt, aber es gibt Zeiten, da ist sie wirklich 0, aber wiederum kann sie ähnlich hoch sein, wie bei Pluto. Das wäre dann, mal grob geschrieben, zwischen 120 und 180 km Sonnenabstand in einem Jahr. Ein anderes Problem bei Exos ist die Frage der Schrägstellung der Rotationsachse, die bei der Erde dank Luna nur wenig schwankt.
Und eine Frage bei Planeten in habitablen Zonen von roten Zwergen ist, ob aufgrund der Nähe der Planeten zum Stern die Rotation gebunden ist (Remus lässt grüßen!).
Des weiteren stellt sich auch die Frage, wie alt der Stern und damit dessen Planeten sind und wie lange die Bedingungen relativ konstant bleiben.

[GForce]

Ein Planet in der habitablen Zone eines roten Zwergs ist eigentlich immer so nah dran, daß die Rotation nach recht kurzer Zeit (astronomisch gesehen) gebunden sein muß. Falls die Umlaufbahn aber eine gewisse Exzentrizität aufweist, dann muss die gebundene Rotation nicht zwingend eine ewige Tag- und ewige Nachtseite bedeuten. Es kann sich z. B. wie bei Merkur eine 3:2 Resonanz bilden (Merkur rotiert in zwei Merkurjahren dreimal um die eigene Achse). Dann gibt es durchaus einen Tag- und Nachtwechsel.