Die Sterne der Milchstraße - Max Camenzind - Heidelberg 2018 - LSW Heidelberg

Die Sterne der Milchstraße
Max Camenzind – Heidelberg - 2018

Die Griechen kannten 6 Planeten

Giordano Bruno postulierte unzählige
               1584

Wir kennen heute 3700 Planeten …

Exoplanet = Planet außerhalb des gravitativen Einflusses der Sonne

ExoPlaneten-Forschung – erst seit 20 Jahren !
   Anzahl gefundener ExoPlaneten

 Video: 4 - exo_discovery         Jahre

Es gibt jedoch Milliarden von Planeten
         nur in der Milchstraße

Doku

Einführungs-Video: Jagd nach ExoPlaneten

Die Sterne der Milchstraße
• Das Band der Milchstraße – keine Milch,
  sondern Sterne (Galilei), Gas und Staub.
• Erst vor 100 Jahren die Milchstraße entschlüsselt
• Lage des Sonnensystems ist ausgezeichnet.
• Entstehung von Planeten in der Milchstraße
  kann heute beobachtet werden.
• Das Sonnensystem und ihre Planeten.
• Was zeichnet unsere Erde aus?
• Erde und Jupiter sind typische Planeten.
• Neptun und Saturn sind „Eisriesen“.

Milchstraße auf Belalp (Aletsch)

                              10 min

Milchstraße mit 4 VLT Teleskopen

Die Milchstraße am Südhimmel
    Milchstraße mit ALMA

Das Universum vor 100 Jahren
    (ohne Spiegelteleskope)

 … reichte nur bis zur Milchstraße

In der Ferne verschwommen …

Die Schwester der Milchstraße

 Video: Die Milchstraße / 10 min

Die Milchstraße – eine unter Milliarden

… 100 Milliarden Galaxien im Universum

Jacopo Tintoretto: Mythologie – Entstehung der Milchstraße, 1575

Salvador Dali: Mythologie – Via Lactea, 1963

1920

Hooker Teleskop 1917 Mount Wilson

Das 2,5-Meter-Hooker-Teleskop
dominiert die Astronomie 1920-1950

80 kpc

         1 pc = 3,26 Lichtjahre
         1 kpc = 1000 pc
         30 kpc ~ 100.000 LichtJ

Kugelstern-
   haufen
 47 Tucanae
Dist = 17.100 LJ
120 LJ Durchm
 1751 entdeckt
Kugelsternhaufen sind bis
zu 13 Milliarden Jahre alt
und sehr, sehr, sehr dicht:
Die Sternendichte in einem
Kugelsternhaufen ist 20.000
Mal größer als in der Nähe
der Sonne. Sie enthalten bis
zu 1 Million Sterne in einem
Volumen von 10 – 50 pc.
Sie bevölkern den Halo der
Milchstraße, etwa 150.

Kugelstern-
  haufen
 Terzan 5

 19.000 LJ
  entfernt
   1968
 entdeckt

   HST
 Aufnahme

Aktuelles
 Modell
 Milch-
 straße

Als Vergleich – Messier 81

Inventar Milchstraße: Sterne

     300 Milliarden Sterne + Planeten
     10 Milliarden Weiße Zwerge (WZ)
     100 Millionen Neutronensterne (NS)
     1 Million Schwarze Löcher (SL)
     1 supermassereiches SL im Zentrum    30 min

Sterne
   haben
verschiedene
   Farben
     
verschiedene
 Temperatur
  3000 K –
  40.000 K

Sterne haben verschiedene Helligkeit
Blaue Sterne strahlen viel mehr Energie ab als Rote Zwerge

Beteigeuze im Orion

Nur kühle Sterne
        weisen Planeten auf !
         8000 – 3000 Grad Kelvin
Sonne

             Roter Zwerg

                     Braune Zwerge

Sterne innerhalb von 16 Lichtjahren

Grafik: marspages.eu

Uninteressant!   Zu jung!

Sterne innerhalb von 21 Lichtjahren

  Lichtjahre

               Sonne            70% aller Sterne
                                sind Rote Zwerge
                                (M Typen)
                                Nur 10% sind
                                Sonnen-artig
                                (G- und K-Sterne)

                        Lichtjahre

Nachbarsterne der Sonne < 20 LJ

 Bestimmen Sie die mittlere Sterndichte [# pro pc³]  0,1/pc³

Fazit: Schätzung Lokale Sterndichte
• In einem Volumen mit Radius 20 LJ werden
  100 Sterne (109 – WZ) gezählt.
• Betrachtetes Volumen:
•     V = 4p/3 R³ = 4p/3 x 6³ = 967 pc³
• # Sterne N = 100
• Sterndichte
    n = N/V = 100/967 = 0,1 Sterne / pc³
•  Mittlerer Abstand zwischen Sternen
    l = 1/n1/3 = 2,08 pc = 6,8 LJ
•  Bis zu 100 LJ bereits 10.000 Sterne!
  Soweit sind Radiowellen bis heute gelaufen!

Mit Sternen entstehen auch Planeten

 40 min                 Bild: HST NASA/ESA

Junger Stern mit Scheibe & Jet / ALMA

                    Grafik: ALMA ESO

Planeten bilden sich aus Staub & Gas
Planeten fressen eine Lücke in Scheibe

            Planet
                                 Planet

Planeten in der Entstehung / ALMA

                 TW Hya     V883 Ori   HD 163296

                 HL Tau   Elias 2-27    HD 142527
Bild: ALMA ESO

HL Tauri mit HST / Video eso_HL_Tau

Ringe   Lücken

TW Hydrae
mit ALMA
Die innere Scheibe um
TW Hydrae,
aufgenommen mit
ALMA.
 Auflösung: 1 AE
 Lücke in der
   Scheibe @ 1 AE
 Hier bildet sich
   gerade ein Planet
   im Abstand Erde -
   Sonne
 [Credit: S. Andrews
   (Harvard-
   Smithsonian CfA);
   B. Saxton
   (NRAO/AUI/NSF);
   ALMA
   (ESO/NAOJ/NRAO)]

Nach 4,5 Mrd. Jahren - Das Sonnensystem
  mit Asteroidengürtel  „Bauschutt“

                               50 min

Unser Sonnensystem natürlich gewachsen
Das Sonnensystem, in dem wir uns befinden, besteht aus der
Sonne, den Planeten, die sie umkreisen, deren Satelliten,
Zwergplaneten, Kometen, Asteroiden und Meteoriden. Unser
Sonnensystem ist dabei nur eines von vielen sogenannten
Planetensystemen im Weltall. Solche Systeme zeichnen sich
durch einen oder häufiger zwei Zentralsterne und mehrere
Himmelskörper bzw. Planeten aus. Diese leuchten nicht selbst
und drehen sich um den oder die Zentralsterne.

In unserem Sonnensystem gibt es 8 Planeten, von denen der
Merkur der Sonne am nächsten ist. Danach folgen Venus, Erde,
Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Noch weiter
außerhalb liegt Pluto. Dieser zählt allerdings seit 2006 nicht
mehr als Planet, da er bestimmte neu festgelegte
Anforderungen nicht erfüllt.

Die 8 Planeten des Sonnensystems
Planet  Halb-     Exzen-       Bahn-     Inklina-   Mittlere
        achse a   trizität e   Periode   tion i     Geschw
Merkur 0,387      0,205        0,2048    7,005 °    47,8
Venus 0,723       0,006        0,6152    3,39 °     35,02
Erde    1,0 AE    0,0167       1,0 a     0,00005    29,78
Mars    1,523     0,093        1,8808    1,850 °    24,13
Jupiter 5,203     0,048        11,863    1,305 °    13,07
Saturn 9,537      0,054        29,447    2,484 °    9,672
Uranus 19,191     0,047        84,02     0,777 °    6,835
Neptun 30,068     0,0085       164,79    1,769 °    5,478

Planet Erde
       -
    unsere
   Heimat
       -
   ist sehr
  komplex
       &
verwundbar    Oberfläche besteht aus 70% Wasser
              und hat dünne fragile Atmosphäre

Neben Wasser bietet die Erde viele
Voraussetzungen für Lebensentwicklung
•  Kontinentalverschiebung und Vulkanismus
•  Existenz einer Atmosphäre mit Sauerstoff
  und Wasserdampf  primäres Kennzeichen
  einer habitablen Welt (auch UV-Schutz).
•  Treibhauseffekt, sonst nur -18 Grad
  Celsius! Jedoch haben wir ein CO2-Problem!
•  Temperaturausgleich durch Meeres-
  strömungen (z.B. Golfstrom).
•  Schutzschild durch die Erdmagnetosphäre
  (als Konsequenz der noch heißen Erde!).

Die Erde ist (noch) dynamisch

Kontinentalverschiebung
stört die Lebensentwicklung
   Zeitskala: 100 Mio. Jahre

Die Erdatmosphäre ist ein Treibhaus

Sonne                           IR

Treibhausgase: Wasserdampf, CO2, …

CO2-Ausstoß verändert Treibhaus !
                   Damals war es
                   richtig warm!

       Eiszeiten

Ohne Magnetosphäre kein Leben

Während der ersten 500 Millionen Jahre wurde
die Erde immer wieder getroffen, auch heute …

600-m-Barringer-Krater Arizona Asteroid

 Alter: 50.000 Jahre -
 Während der letzten Eiszeit.
  45 m Eisen-Asteroid 300.000 t.
 Im Umkreis von 4 km alles Leben ausgelöscht
  Keine globalen Auswirkungen!

Pingualuit-Krater-See in Quebec 3,4 km

Alter: 1,4 Mio. Jahre

Nördlinger Ries 25-km-Krater Asteroid 1,5 km

 Alter: 14,6 Mio. Jahre
 Alles Leben in 100 km ausgelöscht.

300-km-Chicxulub-Krater 10-km-Asteroid

Alter: 66 Mio. Jahre –
 Aussterben der Dinosaurier + 75% aller Lebensformen.
 10 – 15 km Asteroid 200 Mio. Hiroshima Bomben.
 Staub in Atmosphäre  globaler Kälteeinbruch!
 Auswirkungen bis in die Stratosphäre!

Tödlicher Aufprall alle Millionen Jahre
  auch in Zukunft wahrscheinlich !

Viele
Exoplaneten
    sind
  Jupiter-
    artig
     
    sog.
   Gas-
 Planeten

Jupiterartige
  Planeten
MJupiter = 318 ME
  = 0,001 MS
Radius = 11 RE

                    Bild: HAST/NASA/ESA

Die Juno-Sonde erforscht den Jupiter

   Video: Jupiter mit JunoCam / 7 min
                                         60 min

Der Jupiter hat starke Windgürtel
  mit ausgedehnten Hurrikans

                      Bild: JunoCam NASA

Südpol des Jupiters

              Bild: JunoCam NASA

Die Atmosphäre ist sehr turbulent

                         Bild: JunoCam NASA

Atmosphäre
  Wasserstoffgas
Flüssiger Wasserstoff
Metallischer Wasserstoff
           Gesteinskern
             = Super-Erde      Mittlere Dichte =
               von ~ 15 ME ?    1,326 g/cm³

Grafik: Juno/NASA

Woher kennt man den inneren Aufbau?
• Über den inneren Aufbau von (Exo-)Planeten weiß man im
  Grunde genommen nur sehr wenig. Man ist auf
  theoretische Modelle angewiesen, die beispielsweise
  Erkenntnisse über die Planeten unseres Sonnensystems
  sowie Labordaten physikalischer Materialeigenschaften
  berücksichtigen. Im günstigsten Fall kennt man von einem
  extrasolaren Planeten dessen Masse und dessen Radius.
  Daraus lässt sich dann eine mittlere Dichte des Planeten
  berechnen. Mit diesen Informationen gehen die
  Wissenschaftler dann ihre Modellrechnungen von Planeten
  mit unterschiedlicher Masse und verschiedenen
  Zusammensetzungen durch und suchen nach einer
  Kombination, die auf die beobachteten Werte passt.

Die Aurora des Jupiter am Nordpol
  hat mit Magnetfeldern zu tun

                          Bild: HST NASA

Magnetosphäre des Jupiter

Neptun-artige Planeten
  MNeptun = 17 ME = MJ/18

Neptun / Uranus
 „Eisriesen“                      Atmosphäre: Wolken

                                             Atmosphäre: H, He, CH4

                                               Mantel: Wasser, Ammoniak

                                             Kern: Rocky, Erd-ähnlich

 Mittlere Dichte = 1,638 g/cm³                     = Super-Erde
                                                     von ~1,5 ME
Diese Kohlenwasserstoff-Verbindungen werden im Inneren der Gasriesen
durch den Druck aufgespalten. Der durch diesen Vorgang freigesetzte Kohlen-
stoff kristallisiert rund 7000 Kilometer unter der Oberfläche zu Diamant.

… „auf Neptun regnet es Diamanten“

4 Klassen von Planeten
                                  Erd-ähnlich
4 Gesteins-Planeten

                                    Super-Erden
Super-Erden fehlen
 im Sonnensystem!

 4 Gasplaneten
                                     Jupiter-artig
                                     „Gasriesen“

                      Neptun-artig / „Eisriesen“

Super-Erden fehlen im SS
   Radius: 1,25 – 2,2 Erdradien
   Masse: 2,0 – 10 Erdmassen

Erde    Super-Erde           Neptun

Daneben viele Zwergplaneten …

Bahnelemente Zwergplaneten
     Ein Himmelskörper ist ein Planet, wenn er …
      sich auf einer Bahn um die Sonne befindet
     eine ausreichende Masse hat (Eigengravitation)
       die Umgebung seiner Bahn bereinigt hat.

Zwerg-     Halb-     Exzen-       Bahn-     Inklina-   Mittlere
Planet     achse a   trizität e   Periode   tion i     Geschw
Ceres      2,766     0,078        4,601     10,58 °    17,88
Pluto      39,499    0,248        248,246   17,16 °    4,75
Humaea     43,342    0,189        285,3 a   28,19 °    4,52
Makemake   45,660    0,156        308,54    28,99 °    4,40
Eris       68,146    0,432        562,55    43,74 °    3,43

Allein in unserer Galaxie vermuten Wissenschaftler mehrere
  Milliarden erdähnliche Planeten. Auf einigen davon könnte es
theoretisch sogar schon länger Lebewesen geben als auf der Erde.

II. Die Suche
     nach
Exoplaneten
  29.6.2018