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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Nur Wasser- und Wüstenwelten da draussen?



Bynaus
23.02.2005, 11:38
Nur Wasser- und Wüstenwelten da draussen? (Ariktel auf Planeten.ch) (http://www.planeten.ch/pages/planeten/?menu=grundlagen&submenu=alleartikel&include_url=artikel.php&artikelid=11)

Wie ihr vielleicht wisst, entstand der Mond, als ein riesiger Planetoid die Erde traff... und er traf sie genau mit der richtigen Geschwindigkeit und Wucht, dass ein Grossteil des Wassers der Erde damals verdampfte. Die Erde hatte zuvor nämlich die rund 300fache Wassermenge - und war von einem 180 km tiefen Ozean bedeckt.

Dies könnte erklären, warum es da draussen nur sehr wenige ausserirdische Zivilisationen geben könnte: es gibt einfach praktisch keine Planeten, auf denen es sowohl Meere als auch trockenes Land gibt - denn ein terrestrischer Planet, das zeigt auch der Blick ins Sonnensystem, hat entweder sehr viel Wasser - oder dann gar keines. "Ein bisschen Wasser, ein bisschen Land", wie wir es auf der Erde antreffen, könnte also sehr selten sein - ein unglaublicher Zufall, den wir nur deswegen beobachten können, weil wir auf dieser Welt entstanden sind.

Denkt daran, wenn ihr das nächste Mal in einem Science-Fiction Film einen erdähnlichen Planeten mit Meeren UND Ozeanen seht ... das könnte genau so unrealistisch sein, wie Ausserirdische, die alle zwei Beine, zwei Arme, zwei Augen, zwei Ohren, und auch noch in der genau gleichen Anordnung wie beim Menschen tragen...

Was denkt ihr dazu?

Hippolyte
23.02.2005, 12:52
:eek: Deshalb gibt es keine Außerirdischen Zivilisationen, die sind entweder ertrunken oder verdurstet!

Hippolyte
23.02.2005, 13:04
Ich finde es sowieso merkwürdig das Io wenig Wasser und Europa viel Wasser hat. Die Ursprüngliche Gas und Staubwolke müßte doch eigentlich gut gemischt gewesen sein und die Unterschiede dürften auf so kleinen Raum nicht so groß sein? :confused:

Bynaus
23.02.2005, 15:37
Io hat wohl aufgrund der Vulkane kein Wasser - seine Schwerkraft reicht nicht aus, um einmal in Wasserdampf verwandeltes Wasser zurück zu halten. Europa hingegen hat eigentlich auch relativ wenig Wasser: ihre Dichte beträgt rund 3 g/cm^3 (ähnlich wie Mars). Ganymed im Gegensatz dazu, hat nur eine Dichte von 1.88 g/cm^3, obwohl er viel grösser ist. Europa hatte einst wohl mehr Wasser (war damals vielleicht sogar der grösste Jupitermond), aber hat einen grossen Teil durch vulkanische Aktivität verloren. Die "Wasserreihenfolge" lautet also: Ganymed & Kallisto > Europa > Io.

Solitaire
23.02.2005, 22:08
Hallo,
die Existenz irgendwelcher extrasolarer Zivilisationen würde ich nicht unbedingt am Wasser festmachen.
Auch auf einer Wasserwelt praktisch ohne Land könnte sich eine Intelligente Lebensform entwickeln.
OK, die Beherrschung des Feuers wird beim Aufstieg der Intelligenz als sehr wichtig angesehen.
Feuer braucht eine Zivilisation zum Kochen (Haltbarmachen von Nahrung für schlechte Zeiten, volle Mägen denken besser usw), auch als Waffe gegen Raubtiere oder dann später zum bearbeitien von Erzen und als Grundlage für eine Industrie.
Ein Wasserwesen wird sich da schwer tun.
Aber vielleicht stellt sich dieses Problem gar nicht.
Wichtig für einen forschenden Geist sind auch Herausforderungen.
Dinge, die Kolumbus oder Vasco da Gama aufbrechen liessen oder die zur Entdeckung von Porzellan führten.
Vielleicht könnte schon eine einzelne Bergspitze, die über die Meeresoberfläche hinausragt, die Forscher der Wasserwelt ansporen zu entdecken, was ausserhalb ihrer "Atmosphäre" liegt?

Gruß, Solitaire

Bynaus
23.02.2005, 22:16
Naja, bei 180 km muss der Berg wirklich sehr, sehr gross sein (Mt. Everest: 8.8 km)

Natürlich kann sich auch auf einer solchen Welt Leben und Intelligenz entwickeln. Da aber der Meeresboden so weit weg liegt, gibt es im Meer relativ wenig "Material" - woraus sollen die Tiere denn bestehen, wovon leben? "Algen", die am Boden festgemacht sind und dennoch Photosynthese betreiben (Nährstoffe aus dem Boden + CO2 aus dem Wasser) wären schon gar nicht möglich.
Prinzipiell ist es nicht unmöglich, aber auf den meisten solcher Welten würde ich nur primitives Leben erwarten.

Hippolyte
23.02.2005, 23:07
Denkt daran, wenn ihr das nächste Mal in einem Science-Fiction Film einen erdähnlichen Planeten mit Meeren UND Ozeanen seht ... das könnte genau so unrealistisch sein, wie Ausserirdische, die alle zwei Beine, zwei Arme, zwei Augen, zwei Ohren, und auch noch in der genau gleichen Anordnung wie beim Menschen tragen...?

:D Das mit den zwei Beinen ist ja so: Da war mal eine Rasse, die hat die Galaxie erforscht und irgendwann gemerkt, das sie allein ist. Also hat sie überall auf den Planeten wo sich Leben entwickelte ihre Erbanlagen mit reingemischt, und die Nachfahren gleichen sich dadurch eben alle. Das sagt zumindest Star Trek!
Und natürlich sehen wir in Science-Fiction Filmen nur Planeten mit Ozeanen und Kontinenten, denn nur da hat sich ja auch Leben entwickelt. Wäre ja auch langweilig ständig neue Wasserplaneten zu erforschen. Außer natürlich für die Hobbyangler unter uns.

Bynaus
23.02.2005, 23:48
Das sagt zumindest Star Trek!

Star Trek sagt noch viel... z.B., dass "Nebel" dichte Wolken im Weltraum sind, in denen man kaum die Hand vor den Augen sieht. Oder dass man Laser (na gut, "Phaser") im Weltraum sieht. Dass es für jedes Phänomen das passende exotische Teilchen gibt. Dass Wurmlöcher aussehen wie flache, rotierende, leuchtende Strudel. Dass... ;)

Man kann nicht einfach das Erscheinungsbild einer Spezies Milliarden Jahre im Voraus festlegen. Ein solcher Code würde ganz einfach zerstört, weil er für das Lebewesen, das ihn trägt, überhaupt nicht von Nutzen ist. Ausserdem gibt es keinen Grund, warum die Intaktheit des Codes gewahrt werden sollen, wenn sein Nutzen erst in Milliarden von Jahren offenbart - die Evolution würde den überflüssigen Code schnell ausmerzen...

Bezgl "Ozean / Kontinent-Planeten", klar, stimmt, aber die Planeten sollten nicht so häufig sein wie Sand am Meer. Eher so in der Grössenordnung "maximal einer pro Galaxis" oder so...

myon
25.03.2005, 11:48
Hallo allemiteinander!

Eine interessante Vorstellung, diese wenigen Planeten auf denen eine Zivilisation wie unsere gedeihen könnte. Zusätzlich erschwerend kommt in meinen Augen noch hinzu, wie schnell intelligentes Leben sich zu einer technologisch leistungsfähigen Gemeinschaft entwickeln kann. Ich vermute mal, nicht jeder in Frage kommender Planet hatte das "Glück" vor Millionen von Jahren eine Katastrophe zu erleben, die unser Erdöl entstehen ließ. Erdöl hat die technologische Entwicklung und damit die kulturelle Evolution beschleunigt. Ich glaube das die Menschheit dadurch viele Epochen einfach übersprungen hat (daraus resultieren wohl auch viele Probleme unserer Tage), und sich in wenigen hundert Jahren überdurchschnittlich schnell entwickelte. Was haltet ihr davon?

Grüße,
Carsten

aeolos
01.04.2005, 19:19
....Ich vermute mal, nicht jeder in Frage kommender Planet hatte das "Glück" vor Millionen von Jahren eine Katastrophe zu erleben, die unser Erdöl entstehen ließ. ...
Huch, habe ich da beim Studium was verpasst? Erdöl ist durch eine Katastrophe entstanden? Oder bezog sich das auf das 'fehlende' Wasser? :confused:

Bynaus
01.04.2005, 22:02
Erdöl entsteht nicht durch Katastrophen. Wohl aber gibt es Zeiten, in denen extrem viel Erdöl entsteht, so dass man davon ausgehen kann, dass in diesen Zeiten spezielle Bedingungen vorherrschen. Diese "Zeiten" werden manchmal auch "Sauerstoffkrisen" (weil man sich vorstellt, dass in diesen Zeiten weniger Sauerstoff vorhanden ist und sich deshalb besonders viel Erdöl bilden kann) genannt.

Es gibt aber eine Debatte darüber, ob Erdöl organisch oder inorganisch entsteht, doch das ist ein anderes Thema.

myon
01.04.2005, 23:00
Möglicherweise bin ich auch auf dem Holzweg. Ich war immer der Meinung das der größte Teil des Erdöls aus organischem Material aus den Urmeeren entstanden ist. Dieses sind nach einem größeren Einschlag eines Kometen bzw. Asteroiden abgestorben (kein Sonnenlicht) und wurden von Sedimentgestein bedeckt.

Bynaus
01.04.2005, 23:35
Ja, tatsächlich ein Holzweg. Das meiste heutige Erdöl stammt aus der Kreidezeit, vor ungefähr 80 Mio Jahren, es gibt aber auch Erdöl aus anderen, früheren und späteren Zeiten, aber bestimmt nicht aus den Urmeeren. Kein bekanntes Erdöl ist älter als 300,400 Mio Jahre.

myon
02.04.2005, 16:08
Aua ;), und die Theorien über die Erdölentstehung sind ja wirklich interessant, da gibt's für mich ja noch einiges zu lesen. Kann man denn davon ausgehen, das auf erdähnlichen Exoplaneten Erdöl zu finden ist, ist das sozusagen ein normaler Prozess auf einem Planeten?

Amalthea
02.04.2005, 17:12
Soweit ich weiß, entsteht Erdöl aus abgestorbenem, abgesunkenem Planktkon, das sich unter Luftabschluss und Druck in Erdöl verwandelt hat. Soviel zum Thema Erdöl.
Aber noch mal auf die Wasser- und Wüstenwelten zurückzukommen:
Ich denke es ist ein riesengroßer Zufall, dass sich unsere Welt so entwickelt hat, wie sie ist. Wären einíge Faktoren anders gewesen, (180 km tiefer Ozean?) hätte sich alles anders entwickelt. Vielleicht wären wir dann nicht so kriegerisch und könnten andere Menschenrassen neben uns dulden. Außerdem gibt es auf unserer Erde an den unmöglichsten Orten leben. Der letzte Ort, von dem ich gehört habe, ist das Grundwasser. Da leben Organismen bis zur Größe eines Flohes. Sie sind sogar für die Qualität unseres Trinkwassers wichtig. Also, wenn es hier überall Leben gibt, warum nicht auch auf Wasser- und Wüstenwelten? Und was die Intelligenz angeht, soweit ich weiß, gibt es noch keine allgemeine Definition von Intelligenz. Wir beziehen Intelligenz nur auf uns. Es müsste aber, Tests, Definitionen geben, die auch für Nichtmenschen geeignet sind. Ich bin fest davon überzeugt, dass es im Universum nur so von Leben wimmelt und wir ein Teil davon sind. So wie hier auch auf der Erde.

myon
02.04.2005, 18:05
Leben auf Wasser und Wüstenwelten kann ich mir auch gut vorstellen. Aber die moderaten Bedingungen die notwendig sind, um intelligente Spezies wie den Menschen hervorzubringen, findet man nur auf Planeten, die wirklich erdähnlich sind. Ich kann mir gut vorstellen, das extreme Bedingungen die Evolution bremsen (natürlich auch beschleunigen) können, aber nur ein "gesundes Mittelmaß" die voranschreitende Entwicklung einer Zivilisation zuläßt. Da denke ich in erster Linie an die kulturelle Evolution, die auch ein funktionierendes Wirtschaftssystem voraussetzt (aber vielleicht gibt's ja auch schwimmende ALDI Märkte da draußen ;) SCNR).

Bynaus
05.04.2005, 08:17
1. Die biogene Entstehung von Erdöl ist nicht unumstritten. Es geht durchaus auch anorganisch... Methan steigt aus dem Erdinneren auf (infolge andaurender Entgasung der Erde) und wird in eben jenen Fallen gefangen, in denen man es ja auch bei biologischer Entstehung des Erdöls erwarten würde. Die Diskussion ist im Gange, und sicher ist hier gar nichts.

2. Natürlich ist Leben (oder gar Intelligenz) auf Wasser- und Wüstenwelten nicht a priori ausgeschlossen. Mein Punkt war aber, dass unser Eindruck, es müsse da draussen doch irgendwo "erdähnliche" (= Kontinente und flache Meere) Planeten geben, etwas fehlgeleitet sein könnte... Dieser Typ von Planet könnte sehr selten sein (eben aus den im Artikel angesprochenen Gründen). Insgesamt stell ich mir die Entstehung von Intelligenz auf solchen Welten aber durchaus schwierig vor, aber das kann natürlich auch ein anthropozentrischer Chauvinismus sein... ;)

aeolos
21.04.2005, 17:57
1. Die biogene Entstehung von Erdöl ist nicht unumstritten. Es geht durchaus auch anorganisch... Methan steigt aus dem Erdinneren auf (infolge andaurender Entgasung der Erde) und wird in eben jenen Fallen gefangen, in denen man es ja auch bei biologischer Entstehung des Erdöls erwarten würde. Die Diskussion ist im Gange, und sicher ist hier gar nichts.

sicher, es gibt anorganisch entstandenes Methan, aber es ist doch sehr sehr unwahrscheinlich, dass es größere Mengen anorganisch entstandenen Erdöls gibt (jedenfalls auf der Erde). Im Erdöl finden sich nämlich oft sogenannte Chemofossilien, d.h. organische Moleküle, die eigentlich nur organisch entstanden sein können. Daher weiß man auch, dass Erdöl - im Gegensatz zur Kohle - weitgehend aus tierischen Kadavern (Plankton) entsteht. Das Problem, die Entstehung von Erdöl zweifelsfrei zu klären ist, dass es noch nicht möglich war im Labor die Erdölentstehung nachzuvollziehen und zweitens Erdöl da gefunden wird, wo es nicht entstanden ist: Erdöl sammelt sich nämlich in porösen Speichergesteinen, ensteht aber sehr wahrscheinlich in wenig porösen Tonsteinen (aus denen man das Erdöl nur tröpfchenweise fördern könnte).

gekochteshirn
29.04.2005, 17:05
als erstes - ein freundlicher Wink in die Runde.

und gleich zum Thema. Bei der Planetenentstehung müsste wohl eine Menge Material übrigbleiben. Dieses könnte man aus der Übermenge an Kratern an fast allen Himmelskörpern in unserem Sternensystem herleiten. Wäre es denn so verkehrt anzunehmen, dass jeder innere Planet in seiner Frühzeit fast zwangsläufig mit einem grösseren Brocken (Planetoiden) kollidieren und dadurch den grössten Teil seines Wassers verlieren würde? Ich nehme es an. Was ist denn eure Meinung?

Bynaus
30.04.2005, 18:25
Im Erdöl finden sich nämlich oft sogenannte Chemofossilien, d.h. organische Moleküle, die eigentlich nur organisch entstanden sein können.

Das liesse sich wiederum so erklären, dass Bakterien das Erdöl als Energiequelle nutzen und fressen - und auch mal darin absterben können. Dadurch kommen organische Moleküle, die sonst nicht im Erdöl wären, hinein.

@gekochteshirn: das könnte man schon sagen, die Datenlage ist im Sonnensystem auf jeden Fall so: Merkur wurde vermutlich von einem riesigen Brocken getroffen, der fast die Hälfte des Planeten verdampft hat, später noch einmal (Caloris-Becken), Venus vermutlich auch (Ursache der verkehrten, langsamen Drehung), die Erde ohnehin, und auch Mars (der sonst einen kleineren "Wirkungsquerschnitt" hat (sprich, aufgrund seiner geringen Masse nicht so oft von anderen Planetoiden getroffen werden sollte), weist zwei riesige Einschlagbecken (Hellas und Argyre, dazu kommt eventuell noch das nördliche Tiefland, das man vielleicht auch als archaisches Einschlagbecken sehen könnte). Selbst der Mond hat mit dem Aitken-Becken am Südpol eines der grössten Becken im Sonnensystem.

sabinem
19.05.2005, 10:05
Gut es gibt also nur wasserwelten und wüsten da draussen..aber wenn die planeten unseremähnlich wären wären es seine Bewohner vermutlich auch.
Nun sagt da jemand die Bewohner wären nur primitiv weil sie kein Feuer kennen würden, was wenn diese wesen, auch im weltraum überleben könnten so ganz ohne Raumschiffe, die sie dann ja gar nicht brauchen?
Ihr unterschätzt kleine Lebewesen und Eizeller, weil sie klein sind, sind sie noch lang nicht dumm.

Bynaus
19.05.2005, 16:18
Ihr unterschätzt kleine Lebewesen und Eizeller, weil sie klein sind, sind sie noch lang nicht dumm.

Ok, sie sind vielleicht nicht dumm (ist ohnehin ein völlig relatives Wort). Trotzdem bauen sie keine Radioteleskope oder interstellare Raumschiffe... ;)

sabinem
27.05.2005, 07:39
Warum sollte eine Bakkterie Radioteleskope bauen wollen, warum sollten sie sich dafür interessierren ob es da draussen noch andere Lebewesen wie sie gibt, für sie sind wir ja schon eine Universum oder zumindes ein Planet, ich will damit sagen sie oparieren in anderen Größenordnungen und sind trozdm wsentlich erfolgreicher als wir.
Es könnte ja auch Bakkterien auf Asteroiden geben, die disen, unbewusst natürlich, als interstellars Transportmittel benutzen.
Wir wären für sie genausowenig das was se sich unter gleichberechtigte Aliens vorstellen würden wie sie es für uns sind.
Nebenbei wärst du auc nict da, wenn es da nicht vor Urzeiten 2 Einzeller gegeben hätte und die größere die kleinere einverleibt hätte und sich von ihr seitdem mit Nahruung versorgen ließ.
Im grunde bestehen wir aus lauter kleinen Einzellern miit eigener Erinnerung und Vererbungsstruktur.
DIese Wesen hätten sich so zusammengeschlossen wie es bestimmte arten auch gern tun wenn sie merken dass es in ihrer umwelt auf dauern nichs mehr zuu holen gibt.
Denk mal darüber nach ob das was du sagst und tust wirklich von ir kommt oder von deinen bbestandteilen

Pierre
01.11.2005, 23:26
Das ganze Theorem finde ich sehr interessant und auch glaubwürdig. Ich würde zwar nicht von einem Mittelwert "1 erdähnlicher Planet pro Galaxie" ausgehen (vielleicht 1-20, es gibt ja immerhin 100 Milliarden Sterne, Planeten, Asteroiden und Kometen in ihrer Anzahl mal außen vor gelassen, in einer Galaxie).

Ich find es aber immer wieder interessant warum _jeder_ von Wasser als Basis des Lebens ausgeht. Ich bin leider kein Fachmann in dem Gebiet aber in mir macht sich oft der Gedanke breit, das es doch auch andere Formen von Leben geben kann. Das uns bekannte Leben besteht in der Basis aus Wasser- und Kohlenstoffverbindungen, das sehe ich richtig? Vermutlich deswegen (hoffe meine Erinnerungen täuschen mich nicht) weil Wasser- und Kohlenstoff sehr gut Verbindungen mit anderen Atomen und Molekülen eingehen können und daher exzellent für "Partnerschaften" geeignet sind, um organisches Material zu bilden.

Gibt es denn nichts anderes, was ähnliche Verbindungen eingehen könnte, und so organische Strukturen bildet? Silizium? Lithium? Magnesium? Stickstoff? Fluor? Etc ... es gibt doch genügend Stoffe und Atome im Periodensystem ;) Wäre toll wenn sich da jemand zum erklären und ggf. zum diskutieren finden würde! Wenn dem so ist, bitte eine private Nachricht an mich. Ich wäre dankbar für jede Erläuterung zum Thema.

Bynaus
02.11.2005, 00:43
Nun, wir können das auch hier diskutieren, nicht? ;)

Es ist einfach so, dass Wasser:
1. Im Universum extrem weit verbreitet ist (Wasserstoff ist das häufigste Element, und Sauerstoff kommt auch sehr häufig vor)
2. Trotz seiner geringen Masse eine hohe Schmelz- und Verdampfungstemperatur hat (vergleichbar leichte Stoffe sind alle gasförmig) - das führt dazu, dass es, obwohl es "volatil" ist, auch bei vergleichsweise hohen Temperaturen in vergleichsweise grossen Mengen vorhanden sein kann
3. Ein sehr gutes Lösungsmittel für allerlei Substanzen ist
4. Eine sehr hohe Wärmekapazität hat, das heisst, es braucht viel Energie, um eine Menge Wasser um 1° zu erwärmen - deshalb können grosse Wasserkörper als Energiespeicher dienen, etwa um einen Planeten zu kühlen oder zu wärmen...

Diese Eigenschaften machen es sehr plausibel, dass ausserirdisches Leben auf Wasser basieren wird, aber natürlich ist Leben auf anderen Elementen basierend nicht ausgeschlossen. Man darf aber auch nicht vergessen, dass Leben, wie wir es kennen, nicht nur von Wasser, sondern auch von Kohlenstoff, Stickstoff, und in geringerem Masse auch von Phosphor, Eisen und Schwefel abhängig ist. Diese Elemente sind bestimmt austauschbar, je nach Vorkommen und Temperatur / Druck Verhältnissen auf dem Alien-Planeten.

Pierre
02.11.2005, 09:36
Wow, danke für die rasche Antwort. Haben Wissenschaftler denn schonmal versucht Lebensformen zu simulieren die zwar auf Wasser basieren, aber sonst aus anderen Elementen bestehen? Ich schätze ich liege dann auch damit richtig das diese Form von Leben unter Umständen auf der Erde zu Grunde gehen würde, da mitunter der nötige Rohstoff zum überleben fehlt?

Also wenn ich mir das alles so durch den Kopf gehen lasse, das es äußerst wenige "Erdplaneten" gibt wo sich Leben wie bei uns entwickeln kann, das Wesen die im Wasser leben wohl kaum die Technologie entwickeln können um Raumschiffe zu bauen und das auf Wüstenplaneten das Leben wohl eher im kleinen (Mikroben?) Ausmaße vorhanden, denke ich das wir wohl nie Kontakt haben werden? Es sei denn es gäbe Leben als Energie-Form, dieser Spezies ständen natürlich ungeahnte Möglichkeiten zur Verfügung ;)

Bynaus
30.05.2013, 09:05
Okay, dieser Thread ist schon ziemlich alt, aber nun ist eine neue Arbeit in Nature erschienen, die das ganze in ein interessantes neues Licht rückt.

http://phys.org/news/2013-05-million-km-earth-venus-like-fate.html

Demnach spielt der Wasserdampf in der Atmosphäre eines noch glutflüssigen Planeten (dh, eines Planeten mit Magmaozean) eine zentrale Rolle für die weitere Entwicklung, und zwar in Abhängigkeit der Eintragsleistung der Sonnenstrahlung. Liegt diese über einem ganz bestimmten, immer gleichen Wert (von netto ca. 300 Watt/m^2), dann kann ein Planet mit einer Dampfatmosphäre nur langsam auskühlen: der Magmaozean hält sich für bis zu 100 Mio Jahre, und egal wie viel Wasser der Planet am Anfang enthält, es geht (fast) alles verloren, weil der Verlust von Wasser an den Weltraum quasi der einzige Weg ist, über den der Planet überhaupt abkühlen kann. Beträgt die Entragsleistung der Sonnenstrahlung jedoch weniger als den kritischen Wert, kühlt der Planet relativ schnell aus (wenige Mio Jahre) und der Wasserdampf sammelt sich als Ozean auf der Oberfläche. Das thermodynamische Verhalten von Wasserdampf sorgt also dafür, dass es nur zwei Ausgänge geben kann (zumindest für anfängliche Wassermengen im Bereich von bis zu 10 Erdozeanen - je weniger Wasser von Anfang an da ist, desto weniger geht auch (relativ gesehen) verloren - ein Wüstenplanet, der ohne viel Wasser geboren wird, wird ebenfalls schneller auskühlen). Die kritische Grenze liegt bei einem sonnenähnlichen Stern bei ca. 0.76 AU. Die Venus liegt gerade etwas innerhalb dieser Grenze, und ihre extreme Wasserarmut passt auch sehr gut zu den Voraussagen der Idee.

Mahananda
30.05.2013, 16:34
Hallo Bynaus,


Beträgt die Entragsleistung der Sonnenstrahlung jedoch weniger als den kritischen Wert, kühlt der Planet relativ schnell aus (wenige Mio Jahre) und der Wasserdampf sammelt sich als Ozean auf der Oberfläche.

Ehrlich gesagt, verstehe ich das nicht. Wenn die Oberfläche aufgeschmolzen ist, bleibt doch der Dampf in der Atmosphäre. Also muss doch auch dann die Abkühlung über den Wasserverlust ablaufen. Warum hat die Einstrahlung der Sonne hierbei einen so großen Einfluss, dass die Abkühlungszeit entweder sehr lange oder nur sehr kurz dauert? Die Atmosphäre wird doch von "unten" aufgeheizt. Eigentlich müsste doch die vorhandene Dampfmenge den Ausschlag geben, wie viel davon nach der Abkühlung noch übrig ist und abregnen kann - und natürlich die Zusammensetzung des Planeteninneren hinsichtlich der Dauer der Abkühlung (Gehalt an radioaktiven Elementen usw.). Den beschriebenen gravierenden Einfluss der Sonneneinstrahlung kann ich irgendwie nicht nachvollziehen. :confused:

Viele Grüße!

Bynaus
30.05.2013, 17:21
Eine wasserdampfgesättigte Atmosphäre kann nur maximal 300 Watt pro Quadratmeter abstrahlen, egal wie heiss der Planet darunter ist (in erster Näherung). Beträgt die Eintragsleistung des Sterns weniger als das, hat die Atmosphäre einen "Abkühlungsspielraum": der Planet nimmt global ebendiese 300 Watt pro Quadratmeter an, und verliert so relativ schnell an Wärme. Beträgt die Einstrahlungsleistung hingegen mehr, so wird stets so viel Energie eingebracht, wie maximal abgestrahlt werden könnte, mit der Folge, dass der Planet nicht abkühlen kann: stattdessen heizt sich die Atmosphäre so stark auf, dass Wasserdampf stetig an den Weltraum verloren geht - entsprechend viel länger dauert es, bis die Wärme des Magmaozeans an den Weltraum abgegeben wurde.

Alex74
30.05.2013, 19:15
Danke für den Artikel, Bynaus!

Wenn ich das richtig verstehe, wird damit die innere Grenze der habitablen Zone um Sterne um einiges genauer.
Es wäre sicher interessant diese Rechnung dann mal auf diverse Exoplaneten anzuwenden.

Gruß Alex

Mahananda
30.05.2013, 20:22
Hallo Bynaus,

Danke für die Erklärung! :) Jetzt wird mir das Ganze verständlich. Lässt sich daraus ableiten, dass für Erde und Venus nur geringfügige Migrationsbewegungen in der Entstehungszeit stattgefunden haben?

Viele Grüße!

Bynaus
31.05.2013, 00:22
@Mahananda: Wohl schon. Im Artikel nennen sie die Planeten Typ I (<300 W/m^2) und Typ II. Die Venus (zur Entstehungszeit, dh, mit der Eintragsleistung der Sonne vor 4.5 Mrd Jahren) ist sehr nahe an der Grenze zwischen den beiden Typen, deshalb ist es schwierig zu sagen, ob sie tatsächlich eine Typ-II-Entwicklung durchgemacht hat. Allerdings sieht die Oberfläche wohl ziemlich genau so aus, wie man es von einem Typ II Planeten erwarten würde...

@Alex: Ja, die Anwendung auf Exoplaneten haben auch die Autoren angesprochen. Sie denken, dass wir eine Chance haben könnten, die Magmaozean-geheizte Wasserdampfatmosphäre eines Typ-II Planeten um einen jungen Stern zu beobachten. Offenbar müsste eine solche Atmosphäre NaOH and KOH enthalten, die man im Transmissionsspektrum erkennen könnte.

Exonavigator
03.06.2013, 11:22
"Feuchte Erden" statt Ozeanplaneten?

Liebe Exoplanetenfreunde,

ich möchte noch mal auf die anfängliche Frage zurückkommen, welche Wasseranteile bei Exoplaneten zu erwarten sind (Stichwort "nur Wüsten- oder Wasserplaneten?") und dazu ein paar Überlegungen nach jüngsten Simulationen anstellen, die euch auch interessieren könnten. Nachfolgende Hinweise sind Teil meiner eigenen Berechnung habitabler Welten, womit ich euch ja schon früher genervt habe (ich habe vieles umgearbeitet seitdem, Literaturangaben sind komplett aufgeführt, sorry, dass ich hier nicht alle mit dem arXiv-Link verschicken kann). Folgendes bezieht sich nur auf zu erwartende Wasseranteile bei terrestrischen Exoplaneten im Radiusbereich von ca. 0,8 bis 1,5 Erdradien bzw. bis max. 2 oder 3 Erdmassen, zunächst um sonnenähnliche Sterne:

Nach den Simulationen von Raymond et al. (2007): „High-Resolution Simulations of the Final Assembly of Earth-Like Planets. 2. Water Delivery and Planetary Habitability” aggregiert jeder Planet im der hier relevanten Massebereich, der in einem dynamisch ruhigen Planetensystem mit einem Jupiter-ähnlichen (bzw. Neptun-ähnlichen) Riesenplaneten im äußeren System entsteht, mindestens so viel Wasser, wie zum gegenwärtigen Reservoire der Erde gehört (ca. 6 Mal so viel wie das Erd-Oberflächenwasser), die meisten um ein Vielfaches mehr. Zu beachten ist dabei, dass das angesammelte Wasserreservoire zu Beginn über einer Magma-Ozean-Oberfläche als Dampfatmosphäre mit einem hohen Wasserstoffanteil vorliegt, vgl. Erkaev et al. (2012): „XUV exposed non-hydrostatic hydrogen-rich upper asmospheres of terrestrial planets. Part I: Atmospheric expansion and thermal escape”, S. 5 f. Ein bedeutender Anteil des aus dem protoplanetarischen Nebel aggregierten, aus dem auskühlenden Magma-Ozean ausgegasten sowie durch nachträgliche Einschläge angesammelten Wasserdampfs wird jedoch durch die nachfolgende, einige hundert Mio. Jahre andauernde, extrem hohe Röntgen- und UV-Strahlung des jungen Zentralsterns dissoziiert (von anfänglich ca. 100 mal so hoch wie die unserer heutigen Sonne bis ca. 10 mal so hoch nach ca. 500 Mio. Jahren, vgl. Erkaev et al. (2012), S. 9). Zusammen mit dem übrigen Wasserstoff der dichten Protoatmosphäre können davon nach der Studie von Erkaev et al. (2012) im Verlauf der ersten ca. 100 Mio. bis 4,5 Mrd. Jahre durch hydrodynamische Prozesse („blow off“: die thermale Energie in der oberen Atmosphäre übersteigt die Gravitationsenergie am Boden) bei einem erdähnlichen Planeten in der habitablen Zone ca. 4,5 oder 5 bis 11 Erdozeane Wasserstoff verloren gehen (eher 5, unter Berücksichtigung kühlender Gase), bei größeren Supererden weniger, ca. 1,5 bis 6,7 Erdozean-Äquivalente Wasserstoff (eher 1,5, vgl. S. 26 und 30). Gehen wir davon aus, dass auch nach Abkühlung des Magma-Ozeans und dem Kollaps der superkritischen Dampfatmosphäre in einen Wasserozean nach den ersten paar 10 Mio. Jahren nach Abschluss der Planetenbildung ein großer Anteil des Wassers als atmosphärischer Dampf vorliegt, und wenden diese Verlustrate darauf an, so fallen von den 15 wasserreichen simulierten Planeten von Raymond et al. (2007), S. 70 zwei heraus, so dass bei einem Massespektrum von 0,4 bis 2,6Erdmassen ein Anteil von 86,6 % Planetenkandidaten mit mind. 20 % Wasserreservoire bis hin zu einem globalen Ozean verbleibt; berücksichtigt man nur Massen knapp unter 1 bis knapp über 2 Erdmassen, dann ist es einer von 9, sodass 90 % verbleiben.
Noch höher ist (neben der Menge mit Mg-reichen Silikaten sowie metallischem Fe, also mit erdähnlicher Zusammensetzung) der Wassergehalt nach neueren Simulationen von Bond/O’Brien/Raymond (2012): „The Compositional Diversity of Extrasolar Terrestrial Planets: II. Migration Simulations“, welche zusätzlich die Wanderung eines jupiterähnlichen Gasriesen von 5 AU weit ins innere System (1 AU bzw. 0,25 AU) mit einbezieht. Alle mit Ausnahme der geringmassigsten Planeten, mithin alle im hier betrachteten Massenspektrum ab 1 Erdmasse, bildeten dieser Studie zufolge einen signifikanten Wasseranteil während der Akkretion (Bond/O’Brien/Raymond (2012), S. 24).
Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Simulationen nur einen Zeitraum bis zu 50, max. 200 Millionen Jahre erfassen. Deshalb stellt sich hier erneut die Frage, wie viele von diesen Planetenkandidaten in den nachfolgenden paar hundert Mio. bis 1 Mrd. Jahre ihrer Post-Akkretionsphase durch XUV-verursachten „blow off“ und andere Prozesse ihr Wasserreservoire wieder verlieren. Einschlägig ist hier die Aussage, dass noch nach einem hoch angesetzten Wasserverlust (von 97 %, orientiert an der Zusammensetzung von Chondriten), was die Simulationsergebnisse mit den Ergebnissen der früheren Studie von Raymond et al. (2007) auf eine Linie bringt, von den in den Simulationen gebildeten terrestrischen Planeten einige wenige als Wasserwelten sowie die Mehrheit mit weniger als 10 Erdozeanen, mit einem durchschnittlichen Wassergehalt von fünf Erdozeanen verbleiben - d. h. als erdähnliche „wet earths“ mit Wasser sowohl an der Oberfläche als auch im Planeteninneren (Bond/O’Brien/Raymond (2012), S. 22). In ungefährer Übereinstimmung mit der Verlustrate, die aus der ersten Studie von Raymond et al. (2007) abgeleitet wurde, dürften demnach, etwas nach unten korrigiert, ca. 80 % verbleibende terrestrische Planeten mit Oberflächenwasser (Bedeckung mind. 20 %) angesetzt werden. Die höhere Wahrscheinlichkeit des Entstehens „feuchter Erden“ statt „Wasserwelten“ unter diesen bestärkt überdies die Erwartung von Plattentektonik für den hier angesetzten Massebereich (Bond/O’Brien/Raymond (2012), S. 22 f. und 28).
Auch zu berücksichtigen ist, dass sich auch ursprüngliche Ozeanplaneten nachträglich zu Planeten mit Landanteilen weiterentwickeln können (vgl. Abbot/Cowan/Ciesla (2012): „Indication of Insensitivity of Planetary Weathering Behavior and Habitable Zone to Surface Land Fraction“, S. 9 f. und 14).

Diese Überlegung gilt für kleine Exoplaneten um sonnenähnliche Sterne, von denen in der Tat viele zu wasserreich sein könnten für die (lebens-) notwendige Durchmischung des Ozeans mit den Nährstoffen aus dem Ozeanboden - Stichwort "Eis VI" und "Eis VII" bei sehr tiefen globalen Ozeanen, von denen Bynaus ausgegangen war: hier gibt es keinen Kontakt zwischen flüssigem Wasser und der Gesteinskruste. Doch keine Angst vor zu viel Wasser, denn günstiger noch könnte sich in dieser Hinsicht die Situation für terrestrische Planeten um rote Zwergsterne erweisen, ebenfalls unter Voraussetzung von äußeren Gasriesen und Asteroidengürteln jenseits der Schneegrenze (ab Neptungröße, um rote Zwergsterne mit ca. 12-16 % seltener zu erwarten als um sonnenähnliche Sterne, Belege liefere ich ggf. nach): Für Exoplaneten um rote Zwergsterne könnte sich nämlich die lange Aktivität der roten Zentralsterne positiv auswirken auf die Habitabilität anfänglicher Sub-Neptune mit einer dichten Wasserstoff/Helium-Hülle. Einige dieser Planeten könnten infolge der langen Aktivität ihres roten Zentralsterns ihre dichte Gashülle verlieren und zu Wasserwelten oder zu wasserreichen Supererden werden. Obwohl Lammer und Kollegen in diversen Publikationen dieses Szenario (qua hydrodynamischen „blow off“-Verlust) für Supererden mit dichten H/He-Schichten um G-Sterne ausgeschlossen haben (s. Abschnitt I), dürfte dies hier sehr viel wahrscheinlicher sein: So ist davon auszugehen, dass die von Erkaev et al. (2012), S. 23 und 26 genannten „blow off“-Bedingungen (eine XUV-Strahlung mind. 100 mal höher als der unserer heutigen Sonne) in der sternnahen hZ um junge, aktive M-Zwerge erstens erfüllt sind und zweitens, anders als im Falle der G-Sterne, statt nur über die ersten ca. 100 Mio. Jahre, über ein bis zwei Mrd. Jahre hinweg Bestand haben. Während im kleineren Größenbereich der Kandidatenplaneten ein großer Teil austrocknen dürfte, könnten andere Planeten in der hZ mit einer anfänglichen Größe von über 1,4 bis max. 3 Erdradien (soweit verträglich mit der Bedingung von max. 2-3 Erdmassen) nachträglich in den hier eingegrenzten Größenbereich eintreten.
Zahlen bleiben auch hier weitgehend spekulativ, doch wäre ein Ausschluss dieses Szenarios sicher ebenso unbegründet wie es umgekehrt unvorsichtig wäre, anzunehmen, dass der Anteil der zu trockenen Planeten durch diese gleichsam von oben her nachrückenden Planeten einfach ausgeglichen wird, da diese aufgrund vieler unbekannter Faktoren trotz ihres vermutlichen Wasserreichtums immer noch ohne lebenszuträgliches Oberflächenwasser bleiben könnten. Nehmen wir in Richtung der kleinen Anfangsradien nahe 1 Erdradius nach dem zu erwartenden hohen atmosphärischen Verlust eine hohe Ausschussrate von grob geschätzt 85-90 % (also verbleibende 10-15 % mit genügend Oberflächenwasser) an, so dürfte diese nach oben hin deutlich kleiner werden: über vielleicht 60-70 % (also verbleibende 30-40 %) in Richtung 1,4 oder 1,5 Erdradien bis hin zu vielleicht nur noch 10-15 % (also verbleibende 85-90 %, vergleichbar dem in Abschnitt I abgeleiteten Anteil für die am Ende hinreichend wasserreichen Planeten in der hZ um sonnenähnliche Sterne) nahe der Außengrenze der geringmassigen Supererden mit anfangs dichten H/He-Schichten bis max. 3Erdradien. Im Ergebnis bliebe nach dieser Schätzung ein End-Anteil von grob ca. 40 % Planetenkandidaten im hier angesetzten Radiusspektrum mit einer Oberflächenwasser-Bedeckung von mind. 20 %.
Beste Grüße in die Runde

Exonavigator

ralfkannenberg
18.06.2013, 14:54
Wohl schon. Im Artikel nennen sie die Planeten Typ I (<300 W/m^2) und Typ II. Die Venus (zur Entstehungszeit, dh, mit der Eintragsleistung der Sonne vor 4.5 Mrd Jahren) ist sehr nahe an der Grenze zwischen den beiden Typen, deshalb ist es schwierig zu sagen, ob sie tatsächlich eine Typ-II-Entwicklung durchgemacht hat. Allerdings sieht die Oberfläche wohl ziemlich genau so aus, wie man es von einem Typ II Planeten erwarten würde...

Hallo Bynaus,

ich denke, das ist eine ganz wesentliche Erkenntnis. Wie sieht das denn mit dem Mars aus ? Ok, der ist natürlich Typ I, aber was bedeutet das hinsichtlich "kälterer" Umlaufbahnen ? - Zudem gibt es da ja ein ganz aktuelles Resultat (http://astronews.com/forum/showthread.php?118-Nur-Wasser-und-Wüstenwelten-da-draussen&p=96038#post96038).


Freundliche Grüsse, Ralf