Mondsysteme vs. Planetensysteme

Bynaus

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In den letzten Jahren hat sich, gerade mit der Entdeckung vieler neuer Planetensysteme durch Kepler, ein neuer Eindruck gebildet, den man (wie so viele andere in der Exoplanetenforschung...) so vielleicht nicht erwartet hätte: die erstaunliche Ähnlichkeit zwischen Mond- und Planetensystemen. Die "1:5000"-Regel, wonach die totale Mondmasse eines Gasriesen in etwa 1/5000 der Planetenmasse ausmacht, gilt für Jupiter, Saturn und Uranus (und näherungsweise auch für Neptun, der mit dem eingefangenen Mond Triton eine Ausnahme bildet) und wurde hier schon oft diskutiert. Greg Laughlin (der Autor von oklo.org, Professor der UC Santa Cruz und ein Erforscher der statistischen Eigenschaften von Exoplanetensystemen der ersten Stunde) hat, als die ersten Kepler-Systeme bekannt wurden, zum ersten Mal darauf hingewiesen, dass diese "1:5000"-Regel genauso für Exoplanetensysteme gelten könnte. Viele Kepler-Systeme erinnern in ihrer Kompaktheit an die Mondsysteme von Gasriesen, und das Verhältnis der totalen Masse stimmt erstaunlich oft mit der "1:5000"-Regel überein.

In einem neuen Post auf oklo.org (http://oklo.org/2012/02/19/regular-systems-of-satellites/) zeigt er, dass nicht nur die gesamte Masse im Verhältnis zum Stern passt, sondern dass auch die Massen der einzelnen Monde bzw. Planeten ähnlich verteilt sind. Die Gasriesenmonde sehen in ihrer "Massenverhältnis zum Primärobjekt vs. Umlaufsperiode"-Verteilung der Supererde-Population, die Kepler entdeckt hat, sehr ähnlich: was Titan für Saturn ist, ist ein Subneptun für einen Stern. Das Äquivalent der "Jupiter" und "Hot Jupiter" gibt es bei den Monden allerdings nicht, aber das lässt sich relativ einfach so erklären, dass Gasriesenmonde niemals genügend Masse akkretieren können, um Wasserstoff zu binden. Dieser Zusammenhang legt nahe, dass Planeten- und Gasriesen-Mondsysteme auf ähnliche Art- und Weise gebildet werden (was auch ganz plausibel erscheint: in Akkretionsscheiben).

Passt das Sonnensystem in dieses Schema? Wie man im Plot des verlinkten Artikels sehen kann (und wie wir wohl alle wissen), fällt die Erde in eine Zone, in der wir noch keine Exoplanetendaten haben. Allerdings gibt es in der Zone auch keine grossen Monde. Gibt es den vermuteten Zusammenhang, so ist die Erde entweder ungewöhnlich klein für ihre Entfernung oder ungewöhnlich weit draussen für ihre Grösse (was natürlich nicht heisst, dass es nicht auch andere Erden geben kann). Überhaupt scheinen die Planeten des Sonnensystems bezüglich der "1:5000"-Regel etwas aus der Reihe zu schlagen: die Summe der wasserstofffreien Massen der äusseren Planeten (ca. 20, 10, 10, 10 Erdmassen) addieren sich nicht oder nur knapp zu den 67 Erdmassen, die man bei der Sonne erwarten würde. Gerade das Innere Sonnensystem ist (insbesondere für Umlaufszeiten unter 100 Tagen) eigentümlich "leer" verglichen mit vielen Kepler-Systemen - die sonst so häufigen Supererden und Subneptune fehlen. Waren sie mal da und sind verschwunden? Ist ihr Fehlen eine Vorraussetzung die Entstehung eines lebensfreundlichen Planeten? Ist es vielleicht sogar notwendig, dass der lebensfreundliche Planet der massivste in seiner unmittelbaren Umgebung ist, damit er die dynamische Entwicklung des Systems dominiert? Wird Kepler, wenn erst mal die Daten für die HZ von sonnenähnlichen Sternen draussen sind, eine zusätzliche Population entdecken, die es bei Mondsystemen nicht gibt? Gibt es weitere systematische Unterschiede zwischen Mond- und Planetensystemen (wie etwa die Sache mit dem Wasserstoff)? Diese Fragen lassen sich zum gegenwärtigen Zeitpunkt sicher nicht abschliessend diskutieren - aber ich werde hier fortlaufend neue Erkenntnisse zum Thema einstellen und diskutieren.
 

PlanetHunter

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Danke dafür, ich finde diese Thematik sehr interessant.
Auch wenn ich es noch zu früh finde, über Modelle nachzudenken, wenn die Datenlage noch längst nicht ausreichend ist. Das sollte sich aber in den nächsten 5-10 Jahren ändern.
 

Kosmo

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Passt das Sonnensystem in dieses Schema? Wie man im Plot des verlinkten Artikels sehen kann (und wie wir wohl alle wissen), fällt die Erde in eine Zone, in der wir noch keine Exoplanetendaten haben. Allerdings gibt es in der Zone auch keine grossen Monde. Gibt es den vermuteten Zusammenhang, so ist die Erde entweder ungewöhnlich klein für ihre Entfernung oder ungewöhnlich weit draussen für ihre Grösse (was natürlich nicht heisst, dass es nicht auch andere Erden geben kann).
Womöglich eine Teillösung zum Fermi-Paradoxon? Aber erstmal abwarten. In den nächsten Jahren werden wir wohl erfahren, ob es diesen Zusammenhang gibt oder nicht.
 

TomTom333

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@ Bynaus: Danke für dieses Thema! Finde es sehr interessant und du hast mit deinem Bericht viel Zusammen getragen.


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Ich bitte aber folgendes zu Bedenken:
Stand Heute (2012) ist unsere Technik einfach noch nicht so weit, dass wir sagen können: So und so sieht das "typische" Sonnensystem aus.
Dadurch sind die Grafiken in dem verlinkten Artikel irreführend.
Wir kennen bis heute keinen Exomond!
Unser SS ist unter den 760 bekannten "noch" eine Seltenheit.
Die Keplerdaten sind noch weit davon entfernt Vollständig zu sein
Das S/N Verhältnis von Kepler ist viel schlechter als gedacht und berechnet. Aus diesem Grund werden wir auch nach Erfüllung der ganzen Mission kein vollständiges Bild haben. Bekommt Kepler die Verlängerung bis auf 8... 10 Jahre bewilligt?
.....


Das Verhältnis 5000 : 1 ist schon schön (und Auffällig) ... aber ist es die Regel?
Mein Thema ist es alle mal und spannend finde ich es auch. Aber erst der TPF oder Nachfolger werden diese Vermutungen untermauern können.


Ich werde mich jedenfalls über jede "News" hier freuen.

Tom
 

Bynaus

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@TomTom333:

Stand Heute (2012) ist unsere Technik einfach noch nicht so weit, dass wir sagen können: So und so sieht das "typische" Sonnensystem aus.
Das Verhältnis 5000 : 1 ist schon schön (und Auffällig) ... aber ist es die Regel?

Nun, zumindest können wir sagen dass für die Zone mit einer Umlaufzeit bis zu ca. 100 Tagen das Sonnensystem ziemlich atypisch ist. Nur weil die Kepler-Daten noch nicht "vollständig" sind, müssen wir uns bei solchen Fragen nicht enthalten: denn offenbar sind grosse Planeten in der terrestrischen Zone (dh, Super-Erden und Sub-Neptune) viel verbreiteter als man je gedacht hätte. Wir sehen in der Zone, die bisher abgedeckt wurde, deutliche Unterschiede zwischen unserem Sonnensystem und dem "typischen" Planetensystem nach Kepler. Diese grossen, heissen Planeten werden nicht einfach verschwinden, wenn Kepler zu höheren Umlaufszeiten kommt (egal, ob die Mission verlängert wird oder nicht). Sie sind da, bei erstaunlich vielen Sternen (die Zahlen wurden hier ja kürzlich wieder mal zitiert) - und es gibt sie in unserem Sonnensystem nicht. In solchen, "typischen" Systemen beträgt das Verhältnis in etwa 1:5000, ähnlich wie bei den Gasriesen-Mondsystemen, und die Grössenverteilung der einzelnen Planeten folgt in etwa der Grössenverteilung bei den Super-Erden und Sub-Neptunen. Insofern kann man schon sagen: ja, es ist die Regel. Und damit: nein, das Sonnensystem ist - da es nicht dieser Regel gehorcht - eben offenbar nicht typisch.

Dadurch sind die Grafiken in dem verlinkten Artikel irreführend.
Wir kennen bis heute keinen Exomond!

Es geht doch in dem Artikel (und den Grafiken) nicht um Exomonde?!
 

TomTom333

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dass für die Zone mit einer Umlaufzeit bis zu ca. 100 Tagen das Sonnensystem ziemlich atypisch ist.


..... In solchen, "typischen" Systemen beträgt das Verhältnis in etwa 1:5000, ähnlich wie bei den Gasriesen-Mondsystemen,....



Es geht doch in dem Artikel (und den Grafiken) nicht um Exomonde?!

Wir haben Heute NUR 60 Planeten durch Kepler bestätigt.
Kepler ist nicht gut genug um zu sagen das dort keine Planeten von Merkurgröße existieren. Sie gehen im Rauschen unter
Wie deren Zahl ist können wir nur ahnen. Multiplanetensysteme sind in den Keplerdaten noch weit unterbewertet. Da wird es viel mehr geben, wir haben sie nur noch nicht bestätigt.

zu 2. Ja auch dort ist es Aufgefallen, dass es sein könnte das die 5000 stehen... könnte... Aber noch mal : Zeige mir das Gesetz bzw. die Formel nach dem sie sich so formen.

zu 3. Meine Aufzählung war eine reine Auflistung. Die beiden Punkte sind unabhängig von einander und haben nichts miteinander zu tun.
 

Alex74

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@Tom:
Ich nehme an daß Bynaus sagen will daß von den erwartbaren Funden der Anteil der Subneptune zu groß ist. Wenn da z.B. 70% Subneptune herumfliegen dann kann es logischerweise auch keine Majorität an kleineren Brocken dort geben. Ist aber nur eine Vermutung weil ich die Zahlen gerade nicht überblicke.
 

Bynaus

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Was ich sagen will: natürlich kann und wird es auch Systeme mit "Merkuren" geben, und von mir aus können solche Planeten auch Anzahlmässig überwiegen (die Frage ist dann zwar, wo sie überhaupt noch "Platz" finden). Aber innerhalb der Systeme, die wir bisher sehen ("bestätigt" und pulibziert oder nicht - vermutlich sind praktisch alle Kepler-Kandidaten tatsächliche Planeten, insb. jene in Multi-Planetensystemen, real), sind Neptune und Supererden eben sehr häufig. Wenn man sagt, 60% aller Systeme haben eine Supererde innerhalb von 50 Tagen Periode, dann ist das eben die Mehrheit. Systeme, die keine Supererde innerhalb von 50 Tagen Periode haben - wie das Sonnensystem - sind in der Minderzahl. Das ist unabhängig davon, ob man nun noch kleinere Planeten findet oder nicht.

Zeige mir das Gesetz bzw. die Formel nach dem sie sich so formen.

Eine direkte "Formel" zu finden ist wohl nicht ganz so einfach, aber am nächsten kommt sowas: http://adsabs.harvard.edu/abs/2006Natur.441..834C
 

Entro-Pi

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Bei ein paar hundert oder tausend potentiellen Exoplaneten besteht doch sicherlich noch eine große statistische Unsicherheit. Ich habe kürzlich einen Vortrag von Prof. Lesch auf Youtube gesehen, in dem er mehrere interessante Thesen ansprach. Zum einen war da das Nizza-Modell und zum anderen Simulationen zur Planeten- und Feuchtigkeitsverteilung in in Variationen unseres eigenen Sonnensystems. Ignorieren wir mal wozu diese dienten, dann wird doch wenigstens deutlich, daß solchen Berechnungen zufolge ein Planetensystem unglaublich dynamisch sein muß über die Jahrmilliarden.

Worauf ich hinaus will: selbst wenn die 1:5000 Regel quasi der häufigste Fall sein soll, dann kann doch trotzdem eine mannigfaltige Variation der beobachtbaren Planetenkonstellationen entstehen. Was macht da unser Sonnensystem atypisch?
 

Alex74

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Man sollte "atypisch" wohl nicht überbewerten. Wir sehen ja eine ganze Menge unterschiedlicher Systeme, auch wenn jene mit großem Brocken weit innen wohl häufiger sind. Aber bei einer großen Vielfalt ist eine Konstellation wie bei uns eben auch entsprechend unwahrscheinlich.
 

Entro-Pi

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Man sollte "atypisch" wohl nicht überbewerten. Wir sehen ja eine ganze Menge unterschiedlicher Systeme, auch wenn jene mit großem Brocken weit innen wohl häufiger sind. Aber bei einer großen Vielfalt ist eine Konstellation wie bei uns eben auch entsprechend unwahrscheinlich.

Ja so sieht es im Moment aus. Was ich meinte ist, daß den genannten Modellen/Berechnungen zufolge sehr viel Zufall/Stochastik dabei ist. Von daher finde ich es etwas seltsam unsere Situation irgendwie als besonders einzustufen. Insbesondere bei noch sehr dünner Datenlage (gemessen an den berechneten Möglichkeiten) und eingeschränkten technischen Möglichkeiten würde ich sagen dieses Fazit wäre vorschnell.

Das Thema ist allerdings sehr interessant. Wöchentlich kommen neue Kandidaten und Informationen ans Tageslicht. Insofern frage ich mich gerade, ob ich Bynaus' Idee für diesen Thread störe durch mein "Dazwischenposten".
 

Alex74

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Man muß sich halt auch vergegenwärtigen, welche prinzipiellen Mechanismen bei der Entstehung eines Planetensystems wirken:

Erstens die Verdichtung durch Akkretion - das ist ein Vorgang der überall annähernd gleich ablaufen dürfte; es hinterläßt ein großes Zentralobjekt und in der regel eine gewisse Massenverteilung im Abstand zum Stern, die aus den prinzipiellen Mechanismen heraus zunächst sicher überall nicht sehr verschieden ist.

Zweitens ein Mehrkörperproblem, das aus nahezu gleichen Anfangsbedingungen (aus dem vorigen Punkt) verschiedene Ergebnismuster produzieren kann.

In der Summe ist wohl zu erwarten, daß es eine eher bevorzugte Endkonstellation gibt (wenn der zweite Schritt weniger effektiv ist) und eine Reihe sehr davon abweichender Ergebnisse (wenn der zweite Schritt sehr effektiv ist); das natürlich für den Fall eines Einzelsterns - Mehrfachsysteme sorgen ja von Beginn an für Störungen.
 

Bynaus

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Entro-Pi schrieb:
Das Thema ist allerdings sehr interessant. Wöchentlich kommen neue Kandidaten und Informationen ans Tageslicht. Insofern frage ich mich gerade, ob ich Bynaus' Idee für diesen Thread störe durch mein "Dazwischenposten".

Keine Sorge, ich denke, es hilft, wenn man erst mal die Grundlagen klarstellt.

Wie Alex finde ich auch - man sollte in diesem Fall "atypisch" (noch?) nicht überbewerten. Zwar scheint es wirklich so, dass die Keplersysteme in der Mehrheit von unserem System verschieden sind - aber vielleicht finden wir später, dass innerhalb der "40%" unser Sonnensystem relativ typisch ist. Vielleicht sinds wegen statistischer Unsicherheiten auch nicht 60%, sondern nur 40% der Systeme, die so massive Körper weiter drin haben, und unser Sonnensystem stellt sich am Ende als "knapp" typisch heraus, wer weiss.

Ich finde es einfach hochinteressant, dass Mond- und Planetensysteme so viel gemeinsam zu haben scheinen. Wenn man von den Mondsystemen unseres Sonnensystems aus schliessen müsste, müsste man vermuten, dass alle Planetensysteme der 1:5000-Regel gehorchen. Man darf aber auch nicht vergessen, dass gerade die Sache mit den "Jupitern" (bzw, der Akkretion von Wasserstoff durch die heranwachsenden Objekte, die in Planetensystemen möglich ist, in Gasriesenmondsystemen jedoch nicht) einige wichtige Unterschiede herbeiführen könnte, z.B. die Destabilisierung von ganzen Planetensystemen durch enge Begegnungen zwischen Jupitern oder durch die Migration eines Jupiters in eine "Hot Jupiter" Position. Das führt zu ein paar Architekturen, die wir von Mondsystemen so nicht kennen. Ich könnte mir gut vorstellen, dass in den verbleibenden 40% vor allem destabilisierte Systeme (mit Jupitern auf exzentrischen Bahnen) und Hot Jupiter Systeme zu finden sind. In diesem Fall wäre das Sonnensystem natürlich eine Ausnahme, da es weder destabilisiert, noch kompakt ist und auch keinen Hot Jupiter enthält. So viel ich weiss, gibt es nur ein paar einzelne Kandidaten für solche Systeme (dh, ein Jupiter bei 5 AU und keine massiven Planeten weiter drin).
 

Bynaus

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Hallo Kibo,
Auf die Idee bin ich nicht unabhängig gekommen, sie stammt (soweit ich beurteilen kann) von Greg Laughlin, dem Betreiber von oklo.org. Genau denselben Artikel hatte ich im Eingangspost verlinkt. ;)
 

Kibo

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Ups dann sorry,
ch hab nur grad den Artikel gelesen und hab im Forum nach einen passenden Thread gesucht mit dem Gedanken im Hinterkopf das von dir irgendwann etwas sehr Ähnliches kam (im Nachhinein, nicht verwunderlich bei der selben Quelle :rolleyes:)

mfg

PS übrigends ein sehr schöner Eingangspost.
Täusche ich mich, oder hab ich von dir schon mal vor dem 19. Februar 2012 etwas zu dem Thema, mit eben genau dieser Schlussfolgerung, gelesen?
 
Zuletzt bearbeitet:

Bynaus

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Täusche ich mich, oder hab ich von dir schon mal vor dem 19. Februar 2012 etwas zu dem Thema, mit eben genau dieser Schlussfolgerung, gelesen?

Nein, diese Diskussion kam schon früher (v.a. im Kepler-Thread) auf, und Laughlin hat das auf oklo.org auch schon früher thematisiert. Je mehr Systeme Kepler aufdeckt, desto besser kann man die Hypothese testen, was erklärt, warum die Idee in letzter Zeit häufiger diskutiert wird.
 

Kibo

Registriertes Mitglied
Ach so ist das,

Dann darf man weiter auf Erkenntnisse in dieser Richtung gespannt sein. Wie vollständig und dahingehend aussagekräftig kann die Keplerliste denn noch werden?
Mit Kepler würde man nach 3 1/2 Jahren Missionsdauer einen Marszwilling in einem Sonnensystem-Zwilling kaum 2 Transits detektieren, wenn überhaupt.
Bei so kurzer Missionsdauer bleiben einem die äusseren Bereiche eines jedem Systems verschlossen. Das heißt natürlich nicht dass ich unser System für den Normalfall halte, das halte angesichts der großen Anzahl eng gepackter Systeme für unwahrscheinlich.

mfg
 

Bynaus

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Kepler wird wegen der etwas höheren mittleren Aktivität der Sterne etwas länger durchhalten müssen, damit man auch nur die Erdzwillinge (das erklärte Ziel der Mission) finden kann. Von Mars-Zwillingen schon gar nicht zu reden. Aber auch eine deutlich längere Mission würde den äusseren Teil der Systeme nicht besser abbilden, da die Transitwahrscheinlichkeit mit zunehmender Entfernung des Planeten zu seinem Stern drastisch sinkt (der Winkel, unter dem man den Planeten von seinem Stern aus sieht, wird immer kleiner). Ich denke, es ist das Ziel, zumindest die Region bis 1 AU repräsentativ (dh, "vollständig") abgebildet zu haben, so dass man sagen kann: so und so viele Prozent aller (Hauptreihen-)Sterne haben in diesem Bereich so und so viele so und so grosse Planeten.
 
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