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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Warum ist die Sonne kein Roter Zwerg?



Bynaus
09.06.2008, 12:08
Für einmal eine ganz einfache, kurze Frage: Soviel wir wissen, entstehen um Rote Zwerge genauso häufig Planeten wie um andere Sterne. Rote Zwerge sind gewaltig in der Überzahl: rund 80% aller Sterne sind Rote Zwerge (nur ~<5% sind Gelbe Zwerge wie die Sonne), und sie leben um einige Grössenordnungen länger, was, eine Evolution auf einem ihrer Planeten vorausgesetzt, die Chance, dass sich irgendwann doch noch Intelligenz und Zivilisation bildet, drastisch erhöht - warum also kreist die Erde ausgerechnet um einen - vergleichsweise seltenen und kurzlebigen - gelben Stern?

Wenn wir annehmen, dass wir "typisch" sind (was eine vernünftige Annahme ist), dann sollte die Mehrzahl der Zivilisationen im Universum ebenfalls um Gelbe Zwerge kreisen - was macht die Roten Zwerge denn so extrem unwohnlich?

mac
09.06.2008, 13:27
Hallo Bynaus,

aus meiner Sicht erscheint mir Deine Frage: ‚warum unsere Sonne kein roter Zwerg ist‘, im Vergleich zu den ganzen anderen Zufällen des anthropischen Prinzips, eine Überbewertung dieser Einzelbeobachtung darzustellen.

Die daraus gezogene Schlußfolgerung, daß mehr gelbe Zwerge Planeten mit Leben beherbergen als rote Zwerge, halte ich mit den bisher existierenden Daten für nicht ausreichend belegt.

Da würde ich schon eher für möglich halten, daß die Entwicklung der Metallizität dem Vorteil des größeren Durchschnittsalters entgegen wirkt und somit nur noch ein Faktor < 10 als Vorzug für die roten Zwerge übrig bleibt.

Das beobachtbare Verhältnis gelbe Zwerge/rote Zwerge ist durch das hohe Durchschnittsalter der existierenden Sterne ‚künstlich‘ niedrig. Ebenso scheidet, zumindest nach unserem Verständnis der Bedeutung der Metallizität, die Mehrheit der existierenden roten Zwerge als Lebenshort aus.

Herzliche Grüße

MAC

PS Wie war Euer Urlaub?

komet007
09.06.2008, 13:40
Wenn wir annehmen, dass wir "typisch" sind (was eine vernünftige Annahme ist), dann sollte die Mehrzahl der Zivilisationen im Universum ebenfalls um Gelbe Zwerge kreisen - was macht die Roten Zwerge denn so extrem unwohnlich?

Unwohnlich vielleicht nicht, was mir dazu allerdings spontan einfällt ist die Tatsache, dass ein wichtiger Motor der Evolution UV-Strahlung ist.
Möglicherweise besteht zwischen unserer Atmosphäre und der von der Sonne ausgesandten elektromagnetischen Strahlung ein ausgewogenes Verhältnis, das genetische Mutationen und somit die Evolution begünstigt.

Gruß

Mahananda
09.06.2008, 14:42
Hallo,

in allen SETI-Büchern, die ich bis jetzt gelesen habe (ein knappes Dutzend), wird angegeben, dass Planeten in der habitablen Zone von M-Sternen aufgrund ihrer großen Nähe zum Mutterstern eine gebundene Rotation aufweisen. Demzufolge wäre eine Hemisphäre ständig überhitzt und die andere ständig unterkühlt. In der Übergangszone würden beständig starke Stürme wehen, was die Landbesiedlung hypothetischer Meerestiere vereiteln dürfte. Hinzu kommt, dass infolge der ständigen Überhitzung der Atmosphäre mit zugleich stattfindender hoher Verdunstungsrate der Meere ein Treibhauseffekt vergleichbar mit der Venus einsetzt, so dass nach und nach die Wasserressourcen aufgebraucht werden. Weiterhin dünnt die Atmosphäre durch den stärkeren Sternenwind aus, so dass restliches Wasser auf der Tagseite infolge des geringen Atmosphärendrucks sublimiert, während es sich auf der Nachtseite als Eis niederschlägt. Alles in allem also sehr ungünstige Bedingungen für die Entstehung und Evolution von Lebewesen.

Viele Grüße!

Mahananda
10.06.2008, 08:11
Kleiner Nachtrag:

Wenn sich in der habitablen Zone des M-Sterns ein Gasriese befindet, der - analog zu unserem Jupiter - von einem Doppelpaar massereicher Monde umgeben ist, dann hätten wir möglicherweise vier Biosphären, wenn die Monde etwa Erdgröße besäßen. Auch diese Monde würden eine gebundene Rotation aufweisen - jedoch in Bezug auf den Gasriesen, so dass die Tag- und Nachtlänge mit der Rotationsperiode um den Planeten konform geht. Das sind - bezogen auf Jupiter - maximal drei Wochen. Dies wiederum dürfte für einmal entstandenes Leben keine unüberwindliche Hürde darstellen. Die klimatischen Verhältnisse wären ausreichend lange stabil, um eine Evolution hin zu Vernunftwesen zu ermöglichen. Entscheidend ist dann die Verteilung von Land und Meer sowie das Auftreten von Plattentektonik (Karbonat-Silikat-Zyklus), die den CO2-Haushalt reguliert.

Viele Grüße!

mac
10.06.2008, 09:01
Hallo Mahananda,


Demzufolge wäre eine Hemisphäre ständig überhitzt und die andere ständig unterkühlt. In der Übergangszone würden beständig starke Stürme wehen,

Auch eine gebundene Rotation schließt nicht von vornherein Leben aus. So etwas (wie Du es beschreibst) wird es wohl auch geben, aber das muß nicht die Regel sein. Siehe Venus. Es hängt davon ab wieviel Wärmekapazität die Atmosphäre und wenn vorhanden auch die Meere haben und wieviel davon in welcher Zeit wohin transportiert werden kann.

Das Argument mit den Stürmen lese ich auch immer wieder, aber es leuchtet mir nicht wirklich ein. Auch auf der Erde gibt es diese Grenze, die Polarkreise. Klar gibt es da Stürme. Nur so wie ich das mitbekomme, sind die wesentlich sanfter als die Tropenstürme.

Und dann noch: Auch in/unter einer Sauerstoffarmen und CO2 reichen Atmosphäre ist Leben möglich. Siehe Erdgeschichte.

Am Ende wird noch jede Lebensform meinen, daß lebensfrohes Leben nur unter den Bedingungen existieren kann, unter denen sie gerade (zufällig) existiert.

Herzliche Grüße

MAC

PS Deine Idee mit der Kombination Erd-Planet um Gasriese ist auch nicht schlecht und allemal wesentlich wahrscheinlicher als die Entstehungsgeschichte des Erde-Mond-Systems.

Bynaus
10.06.2008, 11:44
Die Frage hat mich jetzt derart beschäftigt, dass ich auf meiner Webseite einen Artikel dazu geschrieben habe - dabei habe ich auch eine Idee ausgeführt, die ich in einer anderen Diskussion schon mal angedeutet hatte...

http://www.final-frontier.ch/Sonne_Rote_Zwergsterne

Mac, natürlich hast du recht, dass eine Probe von n=1 zu klein ist, um daraus definitive Schlüsse zu ziehen. Aber es geht ja gar nicht um "definitive" Schlüsse - bis auf weiteres müssen wir uns mit n=1 abfinden, das heisst, möglicherweise sind wir exotisch, aber das ist nicht besonders wahrscheinlich. Wir wissen zumindest von einer Zivilisation, die sich um einen gelben Stern entwickelt hat, und von keiner, die sich um einen Roten Zwerg entwickelt hat.

Die Metallizität ist doch nur eine Frage der Zeit: spätere Rote Zwerge könnten metallreich genug sein. Die typische Zivilisation bildet sich dann vielleicht einige 100 Milliarden Jahre nach dem Urknall, um irgend einen metallreichen, ruhigen Roten Zwerg, von denen es dann so enorm viele geben wird. Warum ist es ausgerechnet ein seltener, grosser Stern, praktisch "gleich" nach dem zum ersten Mal überhaupt Leben möglich ist?


Wenn sich in der habitablen Zone des M-Sterns ein Gasriese befindet, der - analog zu unserem Jupiter - von einem Doppelpaar massereicher Monde umgeben ist, dann hätten wir möglicherweise vier Biosphären, wenn die Monde etwa Erdgröße besäßen.

Diese Idee hat zwei Probleme: ersten dürfte die Hill-Sphäre eines Planeten in der Habitablen Zone um einen Roten Zwerg sehr klein sein, selbst wenn es sich um einen Gasriesen handelt: ein solcher Planet wird also eine sehr kleine Akkretionsscheibe haben, aus der sich Monde bilden können - zudem wären ihre Bahnen nicht besonders stabil. Zudem haben selbst in unserem eigenen Sonnensystem alle Gasriesen ein deutlich kleineres Massenverhältniss zu ihren Monden: ca. 1:10000 (mit Ausnahme von Neptun, aber Triton wurde ja vermutlich eingefangen, daher...).

Mahananda
10.06.2008, 13:43
Hallo Bynaus,

Wenn sich der Gasriese in der habitablen Zone formiert, könnte es mit der Bildung mehrerer massereicher Monde schwierig werden. Wenn er aber weiter draußen entsteht und dann nach innen wandert - so wie bei den Pegasiden vermutet -, dann könnte er seine Monde mitnehmen. Problematisch sind dann allerdings die zu erwartenden nahen Begegnungen mit inneren Planetesimals und Planeten während dieser Migration. Diese könnten die Monde leicht aus der Bahn bringen.

Wenn die Formierung in der habitablen Zone stattfindet, haben wir möglicherweise nicht vier, sondern nur zwei oder nur einen massereichen Mond. Das Masseverhältnis der Jupitermonde zu Jupiter beträgt 1 : 4830. Das Verhältnis Erde : Jupiter ist um den Faktor 15,19 kleiner, liegt also nicht weitab vom Möglichen. Wenn man bedenkt, dass ein Großteil der Exoplaneten ein Mehrfaches der Jupitermasse in sich vereinigen und M-Sterne z.T. metallreicher als die Sonne sind, dann steht vielleicht doch genügend Baumaterial zur Verfügung, um wenigstens einen erdähnlichen Mond hinzubekommen.

Ich denke, hier ist reichlich Raum für Spekulationen, und wenn ich mir's recht bedenke, sollten wir die Lauschantennen für SETI vermehrt auf M-Sterne ausrichten ...

Viele Grüße!


P.S. Dein Artikel ist spannend zu lesen, aber der letzte Abschnitt darin ("Die Zerstörung des Universums") würde eher einen eigenen Artikel abgeben. Hier wirkt er überfrachtend. Dennoch: Gute Leistung!

Mahananda
10.06.2008, 14:03
Hallo Mac,


Auch in/unter einer Sauerstoffarmen und CO2 reichen Atmosphäre ist Leben möglich. Siehe Erdgeschichte.

Leben schon, aber auch höherentwickeltes Leben? Für die Entstehung von Leben ist Sauerstoff alles andere als förderlich. Aber wenn ein Äquivalent zur Photosynthese entstanden ist, ist es nur eine Frage der Zeit, bis sich die Atmosphäre mit Sauerstoff anreichert. Ab einem gewissen Schwellenwert (2 %) werden Lebewesen selektiert, die mit Sauerstoff produktiv umgehen können, also ein Äquivalent zu unserer Atmungskette entwickelt haben.

Nun gibt es seit einiger Zeit Überlegungen, dass sauerstoffreiche Stützproteine (Kollagene) zur Entstehung der Eukaryonten geführt haben, die stabile Zellkolonien bilden konnten. Diese entwickelten sich später zu echten Vielzellern weiter. Bedingung dafür ist jedoch das Vorhandensein von ausreichend freiem Sauerstoff, der für Synthesezwecke zur Verfügung steht. Kurz: Ohne Sauerstoff kein höherentwickeltes Leben. Bei einem etwas anderen Chemismus könnte Chlor oder Schwefel diese Rolle für Stützproteine übernehmen. Allerdings sind dies - bezogen auf die Allgegenwart des Wassers - eher unwahrscheinliche Alternativen.


Das Argument mit den Stürmen lese ich auch immer wieder, aber es leuchtet mir nicht wirklich ein.

Mir eigentlich auch nicht. Gerade auf der Venus zeigt sich, dass am Boden Windstille herrscht, während sich die Stürme in den obersten Wolkenschichten austoben. Gravierender erscheint mir der Treibhauseffekt auf der Tagseite, der nach und nach zu einer Verdampfung des gesamten Wassers führen muss. Erdähnliche Monde erscheinen mir als plausible Alternative, die M-Sterne als Habitat wahrscheinlich werden lassen.

Viele Grüße!

Bynaus
10.06.2008, 15:45
@Mahananda: Selbst wenn der Gasriese seine Monde mitnimmt (durchaus plausibel), die Hillsphäre ist immer noch sehr klein, so nahe am Stern. Nimm z.B. GJ 876 c - ein Gasriese von 0.6 Jupitermassen und einer Entfernung von 0.13 AU zu seinem Stern - da GJ 876 ein Roter Zwerg ist, liegt das ziemlich schön in der bewohnbaren Zone des Sterns. Die Hillsphäre ist da gerade mal 1.6 Mio km gross, die weiteste Entfernung, bei der Monde noch langfristig stabil sein können, liegt bei rund 630000 km, die gemäss der 1:10000-"Regel" zu erwartende summierte Mondmasse liegt bei 2% der Erdmasse, oder knapp 2 Erdmonde.

http://www.planeten.ch/KdW_Exoplaneten#GJ_876_c


P.S. Dein Artikel ist spannend zu lesen, aber der letzte Abschnitt darin ("Die Zerstörung des Universums") würde eher einen eigenen Artikel abgeben. Hier wirkt er überfrachtend. Dennoch: Gute Leistung!

Ja, das dachte ich irgendwie auch (mit der Überfrachtung ;) ), aber diese Überlegungen leiten sich ja direkt aus dem Roter-Zwerg-Gelber-Zwerg-Paradoxon ab, sind also eine mögliche Lösung des Paradoxons...

mac
10.06.2008, 16:52
Hallo Bynaus,

ich hab‘ mir mal die Verteilung der leuchtschwachen Sterne im CNS3 aufgedröselt.

Massenklasse (in m0) Anzahl
1 bis 0,9………….…….272
0,9 bis 0,8 …………….329
0,8 bis 0,7 …………….332
0,7 bis 0,6 …………….475
0,6 bis 0,5 …………….632
0,5 bis 0,4 …………… 752
0,4 bis 0,3 …………… 361

Als Masse-Leuchtkraft-Beziehung habe ich dafür
=EXP(absolute Leuchtkraft*-0,114+0,577) verwendet.
Diese Masse-Leuchtkraft-Beziehung habe ich durch Kurvenanpassung aus den RECONS-Daten ermittelt.

Damit ist klar, daß der delta-Radius der habitablen Zone und mit ihm die Wahrscheinlichkeit für einen Planeten innerhalb dieser Zone, bei diesen Sternklassen schneller sinkt, als ihre relative Anzahl zunimmt und es nicht nur daher zur Zeit keine höhere Wahrscheinlichkeit für Leben um einen roten Zwerg gibt, ganz im Gegenteil, was ja auch durchaus für unsere ‚Klassifizierung‘ als typisch spricht ;).

Herzliche Grüße

MAC

mac
10.06.2008, 17:42
Hallo Mahananda,

so gut wie Du kenne ich mich in den Bedingungen für bestimmte biologische Entwicklungen nicht aus.

Meine Argumentation zum CO2 zielte allerdings mehr gegen die Verknüpfung: Keine Plattentektonik - kein Regulierung des CO2-Gehaltes - kein Leben. Die Photosynthese führte bei uns zu einer extremen CO2-Verknappung. Der angenommene zunehmende Anstieg des CO2 – Gehaltes durch das Verschwinden der Plattentektonik ist in meinen Augen keine wirklich gesicherte Tatsache. Das Leben wird dieses Überangebot durchaus zu schätzen wissen. Das mag ungünstig für uns sein, muß aber noch lange nicht ungünstig für die Gesamt-Bio-Masse sein.

Bei einem Planeten, der weiter draußen ist, könnte es sogar erst dann ausreichend günstig für eine Biosphäre werden.

Ein hoher Sauerstoffgehalt ist nicht automatisch deshalb unmöglich, weil der CO2-Gehalt hoch ist.

Alles in Allem war das Ziel dieser Überlegungen ja nicht, die Erdentwicklung nachzustellen, sondern nur die Entwicklung von Leben nicht sicher zu verhindern.

Herzliche Grüße

MAC

MGZ
10.06.2008, 17:54
Prinzipiell sollte es auch möglich sein dass sich zwei Planeten von Erdgröße oder größer, möglicherweise sogar mit beinahe 1/1-Masseverhältnis, gegenseitig umkreisen. Falls Gliese 229c einen erdgroßen Mond hat, wäre das ein ziemlich günstiger Ort für Leben. Es wurden doch inzwischen genug Planetensystemsimulationen gemacht, warum finde ich noch keine Wahrscheinlichkeiten dass so etwas auftritt?

Mahananda
10.06.2008, 19:36
Hallo Bynaus,

bei 0,6 Jupitermassen ergibt sich ein sehr enges Band stabiler Mondbahnen, aber wie sieht es mit 6 oder 12 Jupitermassen aus? Da wäre die Hill-Sphäre größer. Und bei Anwendung der "1 : 5000-Regel" sind wir schon sehr nah an einer Erdmasse dran ...

Mahananda
10.06.2008, 20:06
Hallo Mac,


Das Leben wird dieses Überangebot durchaus zu schätzen wissen.

Die Frage ist, ob das CO2 auf lange Sicht in genügendem Maße nachgeliefert werden kann, wenn die Plattentektonik ausfällt. Über die Plattentektonik wird als Karbonat ausgefälltes CO2 mittels Vulkane in Gasform an die Atmosphäre zurückgegeben. Die CO2-Produktion durch die Biosphäre selbst ist möglicherweise nicht ausreichend, um die Pflanzen zu "füttern" (Ich habe keine konkreten Zahlen zur Verfügung, weiß aber, dass die CO2-Produktion durch Atmung die CO2-Bindung durch Photosynthese nicht ausgleicht - Es muss also CO2 nachgeliefert werden). Folge wäre, dass sich das biologische Gleichgewicht auf einem niedrigeren Level stabilisiert, also niedrigerer Sauerstoffgehalt (wegen verminderter Photosynthese), dafür höherer Methangehalt (wegen zunehmender Gärungsprozesse). Methan setzt sich zwar mit Sauerstoff wieder zu CO2 und Wasser um, aber bei sinkendem Level (mehr Destruenten und weniger Produzenten) sinkt die Methanrate und damit die CO2-Ausbeute, so dass sich der Abwärtstrend langfristig noch verstärkt. Gute Chancen für einen weiteren Evolutionsschub durch rapide zunehmenden Selektionsdruck ...


Das mag ungünstig für uns sein, muß aber noch lange nicht ungünstig für die Gesamt-Bio-Masse sein.

Natürlich. Das Leben findet immer einen Weg, so lange es einen gibt. Und wer weiß, vielleicht ergeben sich neue Möglichkeiten für die Entstehung von Vernunftwesen.

Viele Grüße!

Bynaus
11.06.2008, 16:08
@Mac: Die Sache mit der Breite der habitablen Zone ist ein sehr guter Einwand, ich werde dem mal nachgehen.

Bedenke aber, dass die nach unten (M < 0.4) abnehmende Anzahl Sterne in einer bestimmten Massenklasse damit zu tun haben wird, dass so massearme / leuchtschwache Sterne sehr viel schwieriger zu entdecken sind - ist ist also zu vermuten, dass es sehr viel mehr dieser Sterne gibt als deine Aufschlüsselung nahelegt.


Das Leben wird dieses Überangebot durchaus zu schätzen wissen.

So einfach ist es nicht, weil CO2 auch ein klimaaktives Gas ist und Leben nur in einem bestimmten Temperaturbereich aufblühen kann. Wenn sich CO2 in der Atmosphäre sammelt, steigen die Temperaturen, was die Fähigkeit von Leben (oder der Ozeane), CO2 aufzunehmen, mindert.

@Mahananda: der Hillradius hängt so nahe am Stern nur minimal von der Planetenmasse ab. Sicher, ein Szenario wie du es vorgeschlagen hast ist alles andere als ausgeschlossen: aber ich bezweifle, dass all die entscheidenden Parameter ausreichend häufig in der nötigen Kombination zusammenkommen, um dieses Habitat wirklich "typisch" zu machen. Zudem, wie schon von Mac (oder in meinem Artikel) erwähnt, ist die gebundene Rotation nicht unbedingt ein Problem, wenn die Atmosphäre dicht genug ist...

mac
11.06.2008, 19:46
Hallo Bynaus,


Bedenke aber, dass die nach unten (M < 0.4) abnehmende Anzahl Sterne in einer bestimmten Massenklasse damit zu tun haben wird, dass so massearme / leuchtschwache Sterne sehr viel schwieriger zu entdecken sind - ist ist also zu vermuten, dass es sehr viel mehr dieser Sterne gibt als deine Aufschlüsselung nahelegt. Da ich zur Zeit sehr mit dem EXCEL-sheat für McSteve beschäftigt bin (eigentlich mache ich kaum noch was anderes in meiner Freizeit) hab‘ ich mir keine große Mühe bei dieser Auswertung gegeben.
Besser wäre es entweder eine Teilmenge (alle Sterne unter 10 pc z.B.) für diese Verteilung heranzuziehen oder den RECONS Katalog (leider immer nur die ersten 100, daher etwas schlechte Statistik, könnte aber für eine einfache Trendkurve genügen.




So einfach ist es nicht, weil CO2 auch ein klimaaktives Gas ist und Leben nur in einem bestimmten Temperaturbereich aufblühen kann. Wenn sich CO2 in der Atmosphäre sammelt, steigen die Temperaturen, was die Fähigkeit von Leben (oder der Ozeane), CO2 aufzunehmen, mindert. Ja, hier fehlen mir die genaueren Informationen was z.B. mit dem CO2-Gehalt auf einem (noch) sterilen Planeten geschieht, wenn die Tektonik nachläßt oder aufhört.
Der Stern wird, (bei kleinen Sternen ziemlich langsam und moderat) leuchtstärker (siehe BASTI) Wenn CO2 ohne Leben zunimmt, könnte ein zunächst zu weit draußen liegender Planet doch noch in seinen habitablen Bereich kommen, was die Statistik möglicherweise deutlich verändert.

Herzliche Grüße

MAC

Mahananda
12.06.2008, 10:25
Hallo Bynaus,


Zudem, wie schon von Mac (oder in meinem Artikel) erwähnt, ist die gebundene Rotation nicht unbedingt ein Problem, wenn die Atmosphäre dicht genug ist...

Hmm, das Venus-Beispiel hinkt etwas, weil wir hier keine echte gebundene Rotation haben, sondern einen 243 Erdtage langen Venustag. Bei einer gebundenen Rotation nach Art unseres Mondes dauert der Tag viele Milliarden Jahre. Auf der Nachtseite gibt es dann zwar einen Kältepol, der einen Teil der Atmosphäre stabilisiert, aber langfristig müsste die Atmosphäre infolge der Aufheizung auf der Tagseite ausdünnen. Von der Nachtseite strömt zwar kaltes Gas nach, aber auch dieses wird langfristig über die aufgeheizte Tagseite in das Weltall diffundieren. Eine Art Venus mit einer dichten CO2-Atmosphäre ist möglicherweise ein denkbarer stabiler Endzustand, weil die Gaspartikel massereich genug sind, um gravitativ festgehalten zu werden, aber dies ist für Leben auf Kohlenstoffbasis keine Entfaltungsgrundlage.

Zu bedenken ist weiterhin: Ein erdähnlicher Planet in gebundener Rotation weist mit großer Wahrscheinlichkeit kein bzw. nur ein sehr schwaches Magnetfeld auf, so dass die Oberfläche nicht vor dem Sternenwind geschützt ist - und damit auch nicht die Atmosphäre vor "Erosion". Übrig bleiben wiederum nur schwere Gase wie CO2 und N2. Der Wasserdampf auf der Tagseite trägt durch Treibhauseffekt seinerseits zur Erhöhung der Molekülbewegungen der Atmosphärengase bei. Weiterhin wird Wasser durch den einfallenden Teilchenstrom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten, wobei Wasserstoff entweicht. Sauerstoff bindet sich mit Metallionen zu Oxiden, die auf der Oberfläche verbleiben. Endzustand ist somit eine Zwillings-Venus.

Die Atmosphäre muss dicht genug sein, um Wasser an der Oberfläche flüssig zu erhalten und zudem einen wirksamen Wärmeaustausch zwischen Tag- und Nachtseite ermöglichen. Wird sie aber zu dicht, sind Wasserkreisläufe nicht mehr möglich, und damit besteht keine Möglichkeit, das Land als Lebensraum zu erschließen. Außerdem besteht bei einer dichteren Atmosphäre ein höheres Risiko eines ausufernden Treibhauseffektes - vergleiche hierzu die Atmosphären von Venus und Mars (beide bestehen überwiegend aus CO2, aber in unterschiedlicher Dichte und damit zugleich Menge)! Auch hier ist der wahrscheinlichste Endzustand eine Zwillings-Venus bzw. bei dünnerer Atmosphäre ein Zwillings-Mars, aber leider keine bewohnbare Zwillings-Erde.

Ein erdähnlicher Mond ist - bei allen damit verbundenen glücklichen Zufällen - die wahrscheinlichere Alternative für die Heimat einer Zivilisation. Aber auch unsere Erde ist ja bekanntermaßen ein äußerst seltener Glücksfall (auch wenn wir noch nicht wissen, wie selten!).

Viele Grüße!

jonas
12.06.2008, 18:43
Hi Mahananda

Wahrscheinlich verbindest Du, wie viele andere auch, beim Wort "Treibhauseffekt" etwas schlechtes, etwas dem Leben abträgliches. Dabei wäre es auf der Erde ohne Treibhauseffekt um viele Grade kälter und Leben wäre nur in sehr dickem Pelz eingehüllt möglich.

Wenn ein in der Rotation gebundener Planet seinem Stern immer nur eine Seite zuwendet und diese dadurch deutlich mehr Wärme empfängt als bei einem rotierenden Planeten an seiner Stelle, dann ist das allein mitnichten ein Problem. Die beschienene Seite kann ja trotzdem "genau richtig" beheizt werden, sodass Durchschnittstemperaturen von 15-18 Grad Celsius herrschen. Das ist dann eine Frage des Abstandes. Ein rotierender Planet auf der selben Umlaufbahn wäre möglicherweise zu kalt.

Was das Magnetfeld betrifft, so gibt es eine schöne alpha centauri Sendung von Harald Lesch: "Was passiert, wenn das Magnetfeld verschwindet?". Kurz gesagt: nix passiert, denn es baut sich binnen kürzester Zeit in der Atmosphäre ein eigenes Magnetfeld auf.

Und wenn ich Bynaus in einem seiner früheren threads (den ich jetzt aber nicht mehr finde :() richtig verstanden habe, so ist der Verlust von leichten Gasen in einer Atmosphäre neben der Temperatur vor allem von der Gravitation abhängig. Ein Ausbluten der Atmosphäre ist also bei einem gebundenen Planeten nicht notwendigerweise stärker als bei einem rotierenden.

komet007
13.06.2008, 08:33
Was das Magnetfeld betrifft, so gibt es eine schöne alpha centauri Sendung von Harald Lesch: "Was passiert, wenn das Magnetfeld verschwindet?". Kurz gesagt: nix passiert, denn es baut sich binnen kürzester Zeit in der Atmosphäre ein eigenes Magnetfeld auf.

Hallo Jonas

Ich kann mich auch noch an die Sendung erinnern. Das mit dem Magnetfeld hast du scheinbar falsch verstanden. Es ging darum, ob uns hochenergetische Strahlung aus dem All auf der Erde ohne Magnetfeld erreichen kann. Lt. Lesch besteht kein Grund zur Sorge, da unsere Atmosphäre den Teilchenwind und hochenergetische Strahlung von der Sonne auch ohne Magnetfeld abzuschirmen vermag.

Gruß

Mahananda
13.06.2008, 09:26
Hallo Jonas,


Wenn ein in der Rotation gebundener Planet seinem Stern immer nur eine Seite zuwendet und diese dadurch deutlich mehr Wärme empfängt als bei einem rotierenden Planeten an seiner Stelle, dann ist das allein mitnichten ein Problem. Die beschienene Seite kann ja trotzdem "genau richtig" beheizt werden, sodass Durchschnittstemperaturen von 15-18 Grad Celsius herrschen. Das ist dann eine Frage des Abstandes. Ein rotierender Planet auf der selben Umlaufbahn wäre möglicherweise zu kalt.

Das klappt aber nur, wenn der Treibhausgasgehalt konstant bleibt. Angenommen, wir haben einen Planeten mit Plattentektonik, dann stellt sich mit der Zeit ein dynamisches Gleichgewicht ein, das lebensfreundliche Temperaturen gewährleistet. So weit, so gut - aber wenn dann Lebewesen entstehen, werden sie über kurz oder lang das CO2 als Kohlenstoffquelle anzapfen, so dass eine Senke entsteht, die über Vulkanismus nicht mehr hinreichend ausgeglichen werden kann. Folge ist, dass der Planet vereist (Schneeballepisode) und möglicherweise nie mehr auftaut, da ein roter Zwerg wesentlich energieärmer strahlt als die Sonne. Dann liegt es an der Effizienz der Plattentektonik, ob sich genügend CO2 wieder anreichert. Falls ja, macht die Biosphäre nach einer Erholungsphase wiederum einen Strich durch die Rechnung, so dass der Planet im Abstand von einigen Millionen Jahren zwischen Vereisung und Überhitzung oszilliert. Das mag für eine Evolution beflügelnd wirken, aber es ist zweifelhaft, ob sich unter diesen Bedingungen höherentwickeltes Leben herausbilden kann, da stabile Klimazonen fehlen, in denen Landpflanzen und Landtiere überleben können. Wenn Lebewesen entstehen, werden sie allenfalls in den Riftzonen ein untermeerisches Habitat besiedeln und dort beschränkt bleiben. Während der Warmzeiten treiben vielleicht Analoga zu unseren Algen auf der Meeresoberfläche und arbeiten via CO2-Verbrauch auf die nächste Vereisung zu, aber für Landleben, das als Voraussetzung für eine Zivilisation gelten muss, die langfristig in der Lage ist, eine Hochtechnologie zu entwickeln, besteht unter diesen Bedingungen keine Chance.


Kurz gesagt: nix passiert, denn es baut sich binnen kürzester Zeit in der Atmosphäre ein eigenes Magnetfeld auf.

Das kann ich allerdings nicht nachvollziehen, denn das Magnetfeld entsteht doch durch die Bewegungen des äußeren Erdkerns. Und wenn ich mir die Magnetfelder der übrigen terrestrischen Planeten ansehe, dann sind sie extrem schwach, was entweder daran liegt, dass der Eisenkern sehr klein und/oder bereits erstarrt ist (Merkur, Mars) bzw. keine Bewegungen stattfinden (Venus), weil die Eigenrotation sehr langsam ist. Ich vermute, dass bei der Erde die Gezeitenkräfte des Mondes einen nicht unwesentlichen Teil dazu beitragen, dass Magnetfeld und Plattentektonik noch aktiv sind. Hätte die Venus einen ähnlich großen Mond wie die Erde besessen, sähe es dort heute bestimmt ganz anders aus.

Bedenkt man weiterhin, dass der Theia-Impakt, der ja ca. 30 Millionen Jahre nach der Formierung des Erdkörpers stattfand, für einen zusätzlichen Energieschub sorgte, der zur Aufheizung des Erdinnern führte, dann kann man vermuten, dass die Erde auch darin eine Sonderstellung im Sonnensystem einnimmt. Hinzu kommt, dass der Mond sich ursprünglich viel näher zur Erde befunden hatte und dadurch der Auskühlungseffekt infolge Gezeitenreibung noch wirksamer als heute verzögert wurde. Vergleichbares müsste man für einen Planeten um einen roten Zwerg annehmen, damit die Plattentektonik in Gang gehalten und die magnetfelderzeugende Bewegung des Eisenkerns aufrechterhalten wird. Ohne großen Mond scheint das nicht zu funktionieren.

Doch angenommen, es geht ohne Plattentektonik und Magnetfeld: Das CO2 würde in den Meeren als Kalkstein ausfällen und wäre der Atmosphäre entzogen. Auch hier entsteht bereits auf abiogenem Weg eine Senke, die langfristig zur totalen Vereisung führt. Ohne Plattentektonik besteht allerdings überhaupt keine Chance, dass sich CO2 in der Atmosphäre wieder anreichern kann. Wie man es auch dreht und wendet: eine gebundene Rotation um einen Stern wirkt sich lebensfeindlich aus. Einerseits schade, aber andererseits wird einem mal wieder klar, was für ein Glück wir mit unserer Erde haben ...

Viele Grüße!

Bynaus
13.06.2008, 16:52
Ja, hier fehlen mir die genaueren Informationen was z.B. mit dem CO2-Gehalt auf einem (noch) sterilen Planeten geschieht, wenn die Tektonik nachläßt oder aufhört.

Siehe Venus oder Mars. Keine Tektonik mehr, aber immer noch innere Wärme und damit immer noch Reste von Vulkanismus (=CO2 Emission). Der CO2-Gehalt der Atmosphäre kann nur noch zunehmen.


Hmm, das Venus-Beispiel hinkt etwas, weil wir hier keine echte gebundene Rotation haben, sondern einen 243 Erdtage langen Venustag. Bei einer gebundenen Rotation nach Art unseres Mondes dauert der Tag viele Milliarden Jahre. Auf der Nachtseite gibt es dann zwar einen Kältepol, der einen Teil der Atmosphäre stabilisiert, aber langfristig müsste die Atmosphäre infolge der Aufheizung auf der Tagseite ausdünnen. Von der Nachtseite strömt zwar kaltes Gas nach, aber auch dieses wird langfristig über die aufgeheizte Tagseite in das Weltall diffundieren.

Es gibt eben keinen Kältepol und keinen Hitzepol: sieh dir die Venus an: ihre Atmosphäre ist isotherm, weil sie einmal in vier Tagen um den ganzen Planeten rotiert. Die Temperatur wird allein durch die Atmosphäre geregelt, über Treibhauseffekt und Reflektivität der Wolken, die Venusoberfläche hat da überhaupt keinen Einfluss. Genauso könnte es auch auf einem "bewohnbaren" Planeten eines M-Zwerges sein, bloss müssten die Parameter derart sein, dass die Oberflächentemperatur statt 700 K etwa 300 K beträgt.


Ein erdähnlicher Planet in gebundener Rotation weist mit großer Wahrscheinlichkeit kein bzw. nur ein sehr schwaches Magnetfeld auf, so dass die Oberfläche nicht vor dem Sternenwind geschützt ist - und damit auch nicht die Atmosphäre vor "Erosion". (...) Weiterhin wird Wasser durch den einfallenden Teilchenstrom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten, wobei Wasserstoff entweicht.

Es ist das UV-Licht, welches das Wasser spaltet - das lässt sich vom Magnetfeld aber nicht besonders beeindrucken. Die Erosion durch den Teilchenwind ist real, spielt für so grosse Planeten wie die Erde oder Venus IIRC nur eine kleine Rolle (bei Mars hingegen ist das etwas anderes...), auch hier wieder, sieh dir die Venus als Beispiel an: obwohl sie 2/3 so nahe an der Sonne ist (=doppelt so starke Strahlung und Teilchenwind), eine geringere Masse aufweist und zudem kein nennenswertes Magnetfeld besitzt, kann sie trotzdem eine fast hundert Mal so massive Atmosphäre wie die Erde halten.


Wird sie aber zu dicht, sind Wasserkreisläufe nicht mehr möglich

Wie meinst du das? Verdampfung, Transport und Kondensation ist genauso möglich.


Außerdem besteht bei einer dichteren Atmosphäre ein höheres Risiko eines ausufernden Treibhauseffektes

Das kann man so nicht sagen. Ein "ausufernder Treibhauseffekt" entsteht, wenn Treibhausgase und Wärme positiv rückkoppeln (mehr TG -> mehr Wärme -> mehr TG -> etc.) . Das kann auf allen möglichen Arten von Planeten und Atmosphären der Fall sein. Wäre die Venus an der Position von Mars, wäre ein "ausufernder Treibhauseffekt" eine gute Sache...


Lt. Lesch besteht kein Grund zur Sorge, da unsere Atmosphäre den Teilchenwind und hochenergetische Strahlung von der Sonne auch ohne Magnetfeld abzuschirmen vermag.

Genau. Ohne Magnetfeld wächst einfach die Ionosphäre und übernimmt den Part der Abschirmung, zum Preise einer etwas erhöhten (aber immer noch sehr geringen!) Erosion.


Angenommen, wir haben einen Planeten mit Plattentektonik, dann stellt sich mit der Zeit ein dynamisches Gleichgewicht ein, das lebensfreundliche Temperaturen gewährleistet.

Plattentektonik allein ist kein Garant für lebensfreundliche Temperaturen. WENN Plattentektonik, Planetengrösse, Abstand zum Stern, Treibhausgase, Ausmass der Ozeane, innere Wärme etc. GENAU RICHTIG zusammenspielen, KANN sich ein selbstregulierendes System entwickeln, das die Temperatur und die Treibhausgaskonzentration über Jahrmilliarden auf lebensfreundlichem Niveau halten kann, SO DASS sich dann vielleicht eine Zivilisation entwickelt kann, die dieses System dann beobachten kann. Nur WEIL sich auf der Erde ein solches System bilden KONNTE (weil alle Parameter richtig waren), konnten wir uns entwickeln und es überhaupt beobachten. Es ist keinesfalls gesagt (sogar recht unwahrscheinlich), dass auf anderen Planeten mit Plattentektonik sich ebenfalls ein solches System bilden würde, geschwiege denn dass dies sogar der "Regelfall" wäre...


Folge ist, dass der Planet vereist (Schneeballepisode) und möglicherweise nie mehr auftaut, da ein roter Zwerg wesentlich energieärmer strahlt als die Sonne.

Der Planet ist aber auch näher dran (sonst wirds ja nie was mit der lebensfreundlichkeit...). Insofern ist das kein Argument gegen Rote Zwerge per se...


Ich vermute, dass bei der Erde die Gezeitenkräfte des Mondes einen nicht unwesentlichen Teil dazu beitragen, dass Magnetfeld und Plattentektonik noch aktiv sind.

Die Gezeitenwärme die die Erde durch den Mond induziert bekommt ist vernachlässigbar klein gegenüber der Abwärme aus dem Inneren. Die Erde ist einfach der massivste terrestrische Planet im Sonnensystem und deshalb noch immer vulkanisch aktiv / magnetfeldbesitzend (die Venus ist höchstwahrscheinlich auch vulkanisch aktiv, sogar bei Mars dürfte es von Jahrmilliönchen zu Jahrmilliönchen für ein vulkanisches Rülpserchen reichen). Die vergleichsweise schnelle Rotation der Erde ist für das Magnetfeld entscheidend, und es ist natürlich gut möglich, dass diese letztlich auf die "geglückte" Erde/Theia-Kollision zurück geht, insofern würden Mond und Magnetfeld zumindest auf einen gemeinsamen Ursprung zurück gehen. Es stimmt allerdings, dass der Mond möglicherweise hilft, die differenzielle Rotation des Eisenkerns zu gewährleisten, in dem er eben "an der Kruste zieht" und sie so gegenüber dem Kern verzögert.


Bedenkt man weiterhin, dass der Theia-Impakt, der ja ca. 30 Millionen Jahre nach der Formierung des Erdkörpers stattfand, für einen zusätzlichen Energieschub sorgte, der zur Aufheizung des Erdinnern führte, dann kann man vermuten, dass die Erde auch darin eine Sonderstellung im Sonnensystem einnimmt.

Sooo speziell vermutlich auch wieder nicht. Theia war der letzte von vielen Super-Einschlägen, von denen auch die anderen Planeten viele gesehen haben. Die langsame Rotation der Venus, die hohe Dichte von Merkur, vielleicht auch die nördlichen Tiefebenen von Mars - sie alle könnten durch verbliebene Planetesimale geformt worden sein, und alle bildeten sich vermutlich irgendwann in dieser Zeit.


Ohne Plattentektonik besteht allerdings überhaupt keine Chance, dass sich CO2 in der Atmosphäre wieder anreichern kann.

Plattentektonik und CO2-Anreicherung haben nichts direkt miteinander zu tun: siehe die Venus (oder Mars), sie hat keine Plattentektonik (mehr?) und hat doch eine Menge CO2 in der Atmosphäre. Vulkanismus gibt es auch unabhängig von Plattentektonik: Plattentektonik ist einfach eine effiziente Form von Wärmeabbau, die unter bestimmten äusseren Umständen auftritt und bei Änderung dieser Umstände auch wieder aufhören kann. Zusätzlich entfernt sie CO2 aus der Atmosphäre.


Wie man es auch dreht und wendet: eine gebundene Rotation um einen Stern wirkt sich lebensfeindlich aus.

Das sehe ich nicht so - eine etwas dichtere Atmosphäre verteilt die Wärme, das Magnetfeld wird dann auch nicht benötigt (wozu auch?). Statt eines Mondes kannst du auch einen weiteren Planeten im System haben, der über Exzentrierung der Umlaufbahn des lebensfreundlichen Planeten diesem Gezeitenwärme induziert.

Bynaus
13.06.2008, 16:53
So, jetzt nochmal zu etwas ganz anderem, nämlichs Macs Einwand mit der breite der bewohnbaren Zone (sorry, der obige Beitrag war zu lang, deshalb die Aufteilung in zwei Beiträge...). Je schmaler diese Zone, desto kleiner die Wahrscheinlichkeit, dass sich irgend ein bewohnbarer Planet darin bildet.

Fazit meiner Berechnungen: Es hilft, aber wir sind noch nicht ganz am Ziel.

Wie habe ich gerechnet?

Die Breite der bewohnbaren Zone steigt etwa quadratisch mit der Sternmasse. Für einen sonnenähnlichen Stern beträgt ihre Breite (1.37 - 0.98 = 0.39 AU) * M^2 (wie breit die Zone wirklich ist, spielt für die unten genannten Prozentangaben für die verschiedenen Spektralklassen keine Rolle, lediglich ihre Abhängigkeit von der Masse (Exponent) hat einen Einfluss). Integriert man das nach der Masse, erhält man (1/3)*(0.39)*M^3. Ich berechne also pro Spektraltyp (abgegrenzt über die Masse) die Fläche unter der Kurve der Breite der Bewohnbaren Zone, das gibt dann einen Ausdruck für die Wahrscheinlichkeit, dass sich dort ein bewohnbarer Planet befindet.

Als Grenzen für die Integrationen habe ich eingesetzt:
G: 0.8 bis 1 Sonnenmasse (noch massivere Sterne leben noch kürzer und wir (die Menschheit) wären schon gar nie entstanden - die Zahlen ändern sich aber nicht gross, wenn wir hier z.B. 1.1 einsetzen)
K: 0.5 bis 0.8 Sonnenmassen
M: 0.08 bis 0.5 Sonnenmassen

Die erhaltenen Flächen multipliziere ich mit der empirisch bestimmten Häufigkeit der verschiedenen Klassen, also grob 5% für G, 10% für K, 80% für M.

Mit diesen Zahlen schaut folgendes Ergebnis heraus: Der Heimatstern eines bewohnbaren Planeten ist zu 23% ein G-Stern, zu 26% ein K-Stern und zu 51% ein M-Stern.

Macs Ansatz ist wirklich bemerkenswert, weil er die grosse Überzahl der M-Sterne zu einem Grossteil kompensiert. Nun hat ein bewohnbarer Planet immerhin mit ca. 50% Chance keinen M-Stern als Heimatstern. 23% ist schon ein bemerkenswert "kleines" Glück, verglichen mit 5% (dem Anteil der G-Sterne an der Sternpopulation).

Hier kommt aber nun die begrenzte Lebensdauer der planetaren Biosphäre, und zwar von Seiten Planet her, ins Spiel. Sagen wir, egal wie alt der Stern wird, ein lebensfreundlicher, erdähnlicher Planet hat ohnehin nur ca. 5 Mrd Jahre Zeit, um eine Zivilisation hervorzubringen, weil er sonst zu stark ausgekühlt ist, die Plattentektonik erstarrt und die biosphärenkritischen Kreisläufe zum erliegen kommen (natürlich kann diese Zahl mal ein bisschen nach oben oder unten schwanken, je nach ursprünglicher Konzentration von radioaktiven Elementen oder je nach Planetenmasse, aber insgesamt sollten wir mit der Erde auch hier - einmal mehr - nicht allzu untypisch sein).

Stellt euch nun vor, ihr müsstet einen potentiell lebensfreundlichen, zivilisationshervorbringenden Planeten in einem Sternsystem beliebiger Spektralklasse "einsetzen", wobei die Entwicklung einer Zivilisation als "Gewinn" gilt, wo hättet ihr die grösste Gewinnchance? (letztendlich entspricht die Antwort auf diese Frage der gesuchten Antwort auf die Frage nach dem typischen Heimatstern, den eine Zivilisation beobachtet.) Bei einem Stern, der massiver ist als die Sonne, wäre die Zeit, die der Stern der Biosphäre zur Verfügung stellt (bei der Sonne ebenfalls ca. 5 Mrd Jahre), kleiner als die Lebensdauer, die der Planet von sich aus bereit stellen würde: man würde also seine Gewinnchancen unnötig schmälern. Bei einem Stern, der deutlich kleiner ist und deshalb eine längere Flare-Phase besitzt, geht kostbare Zeit verloren, weil die Uhr der Entwicklung hin zur Zivilisation wegen der Flare-Phase erst später zu laufen beginnt: wenn also z.B. die Flare-Phase 1 Mrd Jahre dauert, dann hat man von Seiten Planet her nur noch 4 Mrd Jahre für die Entwicklung einer Zivilisation. Man braucht also einen Stern, dessen Flare-Phase so kurz wie möglich ist, das heisst, er muss so massiv sein wie nur irgend möglich. Weiter wird die Breite der bewohnbaren Zone, wie von Mac erklärt, kleiner mit kleinerer Masse, so dass auch hier grössere Sterne bevorzugt werden (das müsste man noch quantifizieren, siehe unten).

Das heisst, die Gewinnchance ist dort am grössten, wo 1) die Flare-Phase so kurz wie möglich ist, 2) die bewohnbare Zone so breit wie möglich ist, aber 3) die Lebensdauer, die der Stern der Biosphäre gewährt, nicht kleiner ist als die Lebensdauer, die der Planet der Biosphäre gewährt. Die ersten beiden Punkte favorisieren massive Sterne, der dritte limitiert die Masse des Sterns nach oben: am Ende ist der ideale Stern jener, der der Biosphäre die gleiche Lebensdauer einräumt wie der Planet selbst. Da es kaum Planeten geben wird, die ihren Biosphären eine Lebensdauer von einigen 100 Mrd Jahren ermöglichen, können M-Sterne keine typischen Heimatsterne von Zivilisationen sein, ja es ist sogar zu bezweifeln, ob es überhaupt Zivilisationen um M-Sterne geben kann (ausser solche, die sich hyperschnell entwickelt haben, kurz bevor sich das Türchen der planetar begrenzten Biosphärenlebensdauer schliesst - die dürften aber nicht besonders häufig sein). Wenn wir sagen, die typische Lebensdauer, die Planeten ihrer Biosphäre gewähren, ist ca. 5(+-2) Mrd Jahre, dann müssten wir also auf Sterne setzen, die den Biosphären ihrer Planeten ebenfalls eine Lebensdauer von 5(+-2) Mrd Jahre einräumen, und das wären dann wohl eben G Sterne. Und das allein mit den Annahmen, dass die Flare-Phase die Entwicklung von Zivilisationen verhindert und Planeten die Lebensdauer ihrer eigenen Biosphären begrenzen.

Das könnte man nun noch versuchen zu quantifizieren. Die Breite der bewohnbaren Zone, die Häufigkeiten der verschiedenen Sternklassen, die Lebensdauer ist alles mehr oder weniger einfach, die Sache mit der Flare-Phase schwieriger, bisher habe ich da noch nichts gutes gefunden, vielleicht, wenn jemand mitsuchen will, gesucht wäre ein Diagramm, das die Dauer der Flare-Phase gegen die Sternmasse aufträgt.

Mahananda
13.06.2008, 22:38
Hallo Bynaus,


Plattentektonik allein ist kein Garant für lebensfreundliche Temperaturen.

Nein sicher nicht. Das war auch nur als Kann-Szenario gemeint. Wenn der Abstand günstig ist, kann sich außerhalb der habitablen Zone mit Hilfe der Plattentektonik eine Temperatur einstellen, die lebensfreundlich ist. Muss aber nicht. Das war von mir missverständlich ausgedrückt worden.


Der Planet ist aber auch näher dran ...

Ja, aber die Vereisung würde ja zeitlich nach der Entstehung von Lebewesen einsetzen, so dass die ursprünglich vorhandene Lebensfreundlichkeit wieder verloren geht (außer vielleicht in den Riftzonen). Ob dann der CO2-Gehalt wieder einen kritischen Wert erreicht, der zum Auftauen führt, ist zumindest fraglich.


Sooo speziell vermutlich auch wieder nicht.

Im Zusammenhang mit der Mondentstehung schon. Es stimmt zwar, dass auch anderswo heftige Einschläge stattfanden, aber unser Mond hat eben dafür gesorgt, dass das Erdinnere wesentlich länger in Bewegung blieb als bei den anderen terrestrischen Planeten.


Vulkanismus gibt es auch unabhängig von Plattentektonik ...

Das ist unbestritten. Aber Plattentektonik sorgt dafür, dass es mehr Vulkane über einen längeren Zeitraum sind - und damit ein kontinuierlicher Rückfluss von CO2 in die Atmosphäre erfolgt. Inwieweit auf Venus und Mars von einem kontinuierlichen Vulkanismus gesprochen werden kann, der die Atmosphäre mit CO2 anreichert, ist mir nicht bekannt. Ich vermute, dass es in unregelmäßigen Abständen Phasen der Aktivität gegeben hat, die jeweils nicht lange andauerten. Entscheidend dürfte sein, dass über Plattentektonik CO2 nicht abgereichert wird, sondern im Gegenteil, dass als Kalkstein abgereichertes CO2 in den Kohlenstoffkreislauf wieder eingespeist wird. Ohne diesen Mechanismus würde die Atmosphäre auskühlen.


... kann sie trotzdem eine fast hundert Mal so massive Atmosphäre wie die Erde halten.

Ja, weil nur noch das schwere CO2 übriggeblieben ist. Das hatte ich weiter oben in meinem Beitrag als mögliche Option für einen stabilen Endzustand ausgeführt.


Genauso könnte es auch auf einem "bewohnbaren" Planeten eines M-Zwerges sein, bloss müssten die Parameter derart sein, dass die Oberflächentemperatur statt 700 K etwa 300 K beträgt.

Aber diese Überlegung geht nicht auf, denn bei 300 K und einem ausreichend hohen Atmosphärendruck ist Wasser flüssig und löst CO2. Selbst wenn wir Wasserdampf als Treibhausgas mit einbeziehen und ein abiogen entstandenes Gleichgewicht erwägen, ergibt sich spätestens mit der Bindung von CO2 durch Lebewesen eine Senke, die bei einem derart labilen Gleichgewicht langfristig zur Vereisung führt.


Es ist das UV-Licht, welches das Wasser spaltet - das lässt sich vom Magnetfeld aber nicht besonders beeindrucken.

O.K., diesen Part nehme ich zurück ... :)

Viele Grüße!

Miora
14.06.2008, 00:34
...da sich das Ganz bezüglich Treibhauseffekte stark ums CO2 dreht, ein paar Anmerkungen.

Das ganze Modell "CO2 wird in Lebewesen eingebaut, führt zur CO2-Senke und die Plattentektonik sorgt durch wohldosierte CO2-Gaben für eine Konstanz" erscheint mir extrem vereinfachend überzogen.

Dass insgesamt mehr CO2 verbraucht wird als durch Verrotten hinzukommt mag sein, dennoch ist dies zu einfach, will man dadurch Vorhersagen für den Treibhauseffekt machen.

Allein schon wenn bei den biologische Vorgängen auch Methan entsteht, ist es nicht mehr so simpel. Methan ist ein viel besseres Treibhausgas als CO2 (glaube 27fach). Dann werden die Abbauprodukte wahrscheinlich auch bei ausserirdischen Stoffwechseln von den Bedingungen abhängen, sprich einmal mehr Methan, dann wieder weniger. Nun nehmen wir noch Schwefelverbindungen hinzu (biologisch, vulkanisch), Ozon, diverse FCKW, Ammoniak, alles was ich jetzt vergessen habe und natürlich Wasserdampf. All das wirkt auf den Treibhauseffekt!

Aber das ist noch nicht alles: Auch Partikel (modern: Feinstaub) sind entscheidend. Haben wir viele Tröpfchen oder wenig, sind diese gross oder klein, welche Moleküle sind in diesen flüssigen Phasen vorhanden. Und wie ist die Reflexionsfähigkeit der Plantenoberfläche? Dann natürlich noch die Dichte der Atmosphäre. Auch hier von der Absorption des Lichts allgemein über unterschiedlich grosse Tröpfchen durch Oberflächeneffekte je nach Dichteunterschieden der Phasen (Zusammensetzung, Druck, Temperatur, oberflächenaktive Stoffe etc.) und Einfluss der Brechungsindizes...

Zudem scheinen mir die Startbedingungen wichtig. Ich bin kein Geologe, aber manche Planeten mögen über Tektonik mehr CO2 abgeben, andere einlagern, je nachdem was für Verbindungen (Kristallite etc) bevorzugt entstehen/entstanden/vorhanden sind...)

Allein Meerwasser als CO2-Senke ist mannigfaltig. Die CO2-Aufnahme ist abhängig von Temperatur, CO2-Partialdruck, pH-Wert und gelösten Mineralien (lösliche, unlösliche Carbonate)

Ich glaube, für das eigentliche Thema ist es fruchtbar, hier Treibhauseffekte aussen vor zu lassen und gegebenenfalls die vielen Möglichkeiten in der Breite der habitablen Zone zu berücksichtigen, wenn man mag.

Gruss,
Miora

Bynaus
14.06.2008, 09:12
Ja, aber die Vereisung würde ja zeitlich nach der Entstehung von Lebewesen einsetzen, so dass die ursprünglich vorhandene Lebensfreundlichkeit wieder verloren geht (außer vielleicht in den Riftzonen). Ob dann der CO2-Gehalt wieder einen kritischen Wert erreicht, der zum Auftauen führt, ist zumindest fraglich.

Warum? Die eingestrahlte Energie vom Stern ist dieselbe. Was du hier geschrieben hast, gilt auch genauso für die Erde im Orbit um die Sonne...


Ja, weil nur noch das schwere CO2 übriggeblieben ist.

Nein, das stimmt so nicht: Die Venusatmosphäre enthält z.B. auch ca. vier Mal mehr Stickstoff (N2) als die Erdatmosphäre (bloss ist der prozentuale Anteil an der Gesamtzusammensetzung des Atmosphäre natürlich sehr viel kleiner), dazu viele weitere Gase.


ergibt sich spätestens mit der Bindung von CO2 durch Lebewesen eine Senke, die bei einem derart labilen Gleichgewicht langfristig zur Vereisung führt.

Auf der Erde funktioniert das Gleichgewicht, "trotz" Leben. Ich sehe nicht, warum das auf einem gebunden rotierenden Planeten nicht funktionieren sollte.

Anders gesagt: Leider kennen wir nur ein einziges solches Gleichgewicht (einen "Sweetspot") - nämlich die Erde. Ich bin sicher, es gibt noch weitere solche "Sweetspots" im Parameterraum, die eine über jahrmilliarden stabile Biosphäre ermöglichen, und ich sehe keinen Grund warum sich nicht einige davon im Paramter-Unterraum "gebundene Rotation" befinden sollen.

Mahananda
14.06.2008, 12:22
Hallo Bynaus und Miora,


Die Venusatmosphäre enthält z.B. auch ca. vier Mal mehr Stickstoff (N2) als die Erdatmosphäre (bloss ist der prozentuale Anteil an der Gesamtzusammensetzung des Atmosphäre natürlich sehr viel kleiner), dazu viele weitere Gase.

Stickstoff ist im Vergleich zu Wasserstoff 14 mal schwerer. CO2 ist 23 mal schwerer. Argon als einatomiges Gas ist wie Wasserdampf 9 mal schwerer. Der prozentuale Anteil des schwersten Gases CO2 liegt bei 96%, N2 folgt mit etwa 3%, Argon etwa 1%. Wasserdampf existiert nur in den oberen Atmosphärenschichten. Relevant in Bezug auf den Treibhauseffekt ist demnach allein CO2, das bei vorhandenen Wasserflächen infolge des Wasserkreislaufs gelöst und gebunden wird. Demzufolge wird sich der Treibhauseffekt abschwächen. Befindet sich der Planet weit außerhalb der habitablen Zone, führt das bei Unterschreitung eines kritischen Wertes (wobei konkurrierende Effekte wie z.B. andere Treibhausgase, Aerosole usw. durchaus eine Rolle spielen, aber in der Summe einen festen Wert ergeben) zu einer fortschreitenden Vereisung globalen Ausmaßes.

Befindet sich der Planet näher an der habitablen Zone ist es zwar möglich, dass sich die Lage bei 300 K stabilisiert, aber dann müsste entstehendes Leben auf CO2 entweder verzichten oder infolge des Stoffwechsels für gleichwertigen Ersatz sorgen. Methan kann sich zwar anreichern, ist aber andererseits reaktionsfreudiger als CO2 und dürfte ebenfalls als "Futter" willkommen sein.


Auf der Erde funktioniert das Gleichgewicht, "trotz" Leben.

Die Erde hat auch keine gebundene Rotation und bedarf deshalb keiner dichten Atmosphäre, die in der Lage ist, die Temperaturen zwischen Tag- und Nachtseite dauerhaft auszugleichen. Die vergleichsweise dünne Erdatmosphäre ist viel flexibler als eine einmal "ins Rutschen" gekommene dichte Venusatmosphäre, die bei einer gebundenen Rotation nötig wäre.


Ich glaube, für das eigentliche Thema ist es fruchtbar, hier Treibhauseffekte aussen vor zu lassen ...

Warum? Die scheinen bei gebundener Rotation ausschlaggebend für die Abschätzung der Entwicklung höheren Lebens zu sein.

Viele Grüße!

Bynaus
14.06.2008, 12:47
Stickstoff ist im Vergleich zu Wasserstoff 14 mal schwerer. CO2 ist 23 mal schwerer. Argon als einatomiges Gas ist wie Wasserdampf 9 mal schwerer.

Richtig - aber wo ist die Relevanz? Wie schon erwähnt, die Spaltung von Wasserdampf in Sauerstoff und Wasserstoff geschieht unter UV-Licht. Davon haben die Roten Zwerge weniger, das heisst, die Spaltung geht sehr viel langsamer von statten. Die Flucht aus dem Gravitationsfeld ist entweder thermisch (da spielt ein Magnetfeld keine Rolle) oder über den Sonnenwind. Rote Zwerge haben im Vergleich zur Sonne einen vernachlässigbaren Sternwind. Das heisst, das Fehlen eines planetaren Magnetfelds ist bei einem Roten Zwerg als Heimatstern kein Problem.


Befindet sich der Planet näher an der habitablen Zone ist es zwar möglich, dass sich die Lage bei 300 K stabilisiert, aber dann müsste entstehendes Leben auf CO2 entweder verzichten oder infolge des Stoffwechsels für gleichwertigen Ersatz sorgen.

Das ist hier auf der Erde auch nicht geschehen. Die Planeten von denen ich spreche, befinden sich in der habitablen Zone - eines Roten Zwergs!

Zudem, selbst auf der Erde nimmt das Leben nur einen winzigen Teil des CO2 für sich ein. Der mit Abstand grösste Teil ist in Kalk gespeichert (ca. 50 bar).


Die Erde hat auch keine gebundene Rotation und bedarf deshalb keiner dichten Atmosphäre, die in der Lage ist, die Temperaturen zwischen Tag- und Nachtseite dauerhaft auszugleichen.

Stimmt nicht ganz - die Atmosphäre (und die Ozeane) gleichen durchaus Temperaturen zwischen Tag- und Nachtseite aus. Ich glaube, der Denkfehler, den du begehst, ist die Annahme, dass eine dichtere Atmosphäre automatisch einen höheren Treibhauseffekt bedeuten muss.


Die vergleichsweise dünne Erdatmosphäre ist viel flexibler als eine einmal "ins Rutschen" gekommene dichte Venusatmosphäre, die bei einer gebundenen Rotation nötig wäre.

Eben das meine ich - nochmals: wie kommst du darauf?

Ich weiss nicht, ob du diesen Artikel öffnen kannst:
http://www.springerlink.com/content/g7g53n2123275l32/fulltext.pdf

Zitat: "Recent work by Haberle et al. (1996) and Joshi et al. (1997) has shown that for a planet receiving insolation equal to that on Earth (Ie), a 100 mb pure CO2 atmosphere would ensure sufficient heat flux to the dark side of a SRP (synchronously rotating planet) to preclude atmospheric collapse. For a 1500 mb pure CO2 atmosphere and 0.8 Ie, liquid water (essential for life as we know it) could exist over much of the planet".

Weiter unten heisst wird dann die Temperaturverteilung in drei Fällen betrachtet: 100 mb, 1000 mb (bei Ie), 1500 mb (bei 0.8 Ie):

"On the other hand, the 1000 mb case is a good approximation to Earth’s atmosphere;with tau=0.9* instead of 1.0, temperatures would be just a few degrees lower than those predicted here. This would mean that temperatures suitable for Earth’s arboreal forms could pertain over most of the lit hemisphere. The same is true of the temperature regimes predicted for the 1.5 bar case. A wide, equatoriallycentred strip of the dark side will be > 0°C."

*tau=0.9 ist die "optische Dicke" der Atmosphäre und ist ein Mass für den Treibhauseffekt. Die Erdatmosphäre hat tau=0.9, eine 1 bar CO2-Atmosphäre hat tau=1.0. Scheinbar ist es also so, dass eine pure CO2-Atmosphäre von 1 bar Druck keinen grossen Unterschied zu einer mit der Erdatmosphäre vergleichbaren Atmosphäre macht (der Grund liegt darin, dass in der Erdatmosphäre auch noch andere Treibhausgase aktiv sind).

Im Endeffekt heisst das, dass sogar die Atmosphäre der Erde (!) ausreichend wäre, um ein Ausfrieren der Atmosphäre zu verhindern: kein Punkt auf der Rückseite ist in diesem Fall kälter als -30°C. Mit 1.5 bar CO2 (tau=1.5) und 0.8 Ie (weniger Strahlung als auf der Erde!) schafft man es sogar, dass praktisch die ganze Oberfläche >0°C hat.

EDIT: http://en.wikipedia.org/wiki/Habitability_of_red_dwarf_systems

mac
14.06.2008, 15:03
Hallo Bynaus,


Im Endeffekt heisst das, dass sogar die Atmosphäre der Erde (!) ausreichend wäre, um ein Ausfrieren der Atmosphäre zu verhindern: kein Punkt auf der Rückseite ist in diesem Fall kälter als -30°C. interessant! Besonders für das Rechenmodell für McSteve. Ich bin ja qualitativ schon zur gleichen Schlußfolgerung durch die Dunkelphasen der Pole gekommen, wußte aber quantitativ nicht recht, wo ich den Durchschnittswert hin legen soll. Hätte, mehr so aus dem Bauch heraus, -40° gewählt.

Es kann sich allerdings nur um eine Durchschnittstemperatur handeln, da auch auf der Erde Temperaturen gemessen wurden, die nochmal deutlich niedriger sind. (mein etwas veralteter Stand: -78°C)

Herzliche Grüße

MAC

Mahananda
15.06.2008, 10:48
Hallo Bynaus,

ich fange mal von hinten an:


Im Endeffekt heisst das, dass sogar die Atmosphäre der Erde (!) ausreichend wäre, um ein Ausfrieren der Atmosphäre zu verhindern: kein Punkt auf der Rückseite ist in diesem Fall kälter als -30°C.

Vom Ausfrieren der Atmosphäre war bei mir niemals die Rede. Ich schrieb immer von Vereisung und meinte damit das Ausfrieren der Wasservorkommen an der Oberfläche, also eine globale Eiszeit, die auch die Meere zufrieren lässt. Die Atmosphäre bleibt dabei natürlich erhalten. Dein Zitat belegt zudem das, was ich vorher schon sagte: Die Schattenseite kühlt sich unter 0°C ab, so dass eine globale Eiszeit ausgelöst wird. Aber das ist nicht der Punkt, um den es mir geht, sondern dieser:


... wenn dann Lebewesen entstehen, werden sie über kurz oder lang das CO2 als Kohlenstoffquelle anzapfen, so dass eine Senke entsteht, ...

Das bedeutet, dass das in der Atmosphäre verfügbare CO2 abgereichert wird, so dass sich der Treibhauseffekt abschwächt. Ich gehe dabei davon aus, dass das vorhandene Wasser den größten Teil des ursprünglich vorhanden gewesenen CO2 gelöst und als Kalkstein ausgefällt hat. Das restliche CO2 sorgt nunmehr für angenommene stabile 300 K. Danach entstehen Lebewesen, die CO2 verbrauchen und anderweitig binden, so dass der Gehalt an CO2 in der Atmosphäre wiederum abnimmt. So lange das Wasser flüssig bleibt, werden sich die Lebewesen vermehren und entwickeln, mit der Folge, dass die CO2-Abnahme langfristig sich verstärkt. Irgendwann wird die 273 K-Grenze unterschritten und die Wasserflächen frieren zu. Die hohe Albedo des Wassereises verhindert wirksam ein Wiederauftauen, wenn der CO2-Gehalt nicht deutlich wieder ansteigt. Leben kann sich dann nur noch unter der Eisdecke entfalten.


Die Planeten von denen ich spreche, befinden sich in der habitablen Zone - eines Roten Zwergs!

Die habitable Zone ist der Bereich, in dem flüssiges Wasser möglich ist - gemessen in Bezug auf die Strahlung des Sterns. Durch Treibhauseffekte kann sich ein Planet außerhalb der habitablen Zone befinden und dennoch flüssiges Wasser besitzen. Und ich glaube, in diesem Sinne hatte sich Mac ziemlich am Anfang dieses Threads geäußert. Natürlich kann man das auch so interpretieren, dass sich die habitable Zone unter Berücksichtigung des Treibhauseffekts weiter nach außen erstreckt. Ich vermute, du meinst das in dieser Bedeutung. Meine Überlegungen beziehen sich auf den Fall, dass ein Planet ausschließlich aufgrund von Treibhauseffekten habitabel ist, aber ansonsten außerhalb der habitablen Strahlungsleistung des Sterns liegt.


Ich glaube, der Denkfehler, den du begehst, ist die Annahme, dass eine dichtere Atmosphäre automatisch einen höheren Treibhauseffekt bedeuten muss.

Ich kann darin keinen Denkfehler erkennen, räume aber ein, dass ich den Grad der Zunahme des Treibhauseffektes in Bezug auf die Zunahme der Atmosphärendichte möglicherweise überschätze.


Wie schon erwähnt, die Spaltung von Wasserdampf in Sauerstoff und Wasserstoff geschieht unter UV-Licht. Davon haben die Roten Zwerge weniger, das heisst, die Spaltung geht sehr viel langsamer von statten.

Dafür ist der Planet aber auch näher dran, so dass die Strahlungsdichte größer ist als in 1AE. Außerdem haben wir eine gebundene Rotation, so dass die Spaltung auf der Tagseite langfristig sehr effizient sein dürfte. Auch der Teilchenstrom ist in größerer Nähe intensiver als in 1 AE, so dass der freiwerdende Wasserstoff möglicherweise doch "abgetragen" wird, wenn ein Magnetfeld fehlt.

Viele Grüße!

mac
15.06.2008, 11:19
Hallo Mahananda,

ich habe nur noch wenig Zeit vor unserer Abreise nach Köln, deshalb nur kurz zu
Dafür ist der Planet aber auch näher dran, so dass die Strahlungsdichte größer ist als in 1AE. Außerdem haben wir eine gebundene Rotation, so dass die Spaltung auf der Tagseite langfristig sehr effizient sein dürfte. Auch der Teilchenstrom ist in größerer Nähe intensiver als in 1 AE, so dass der freiwerdende Wasserstoff möglicherweise doch "abgetragen" wird, wenn ein Magnetfeld fehlt.um bei einem roten Zwergstern genügend Energie (für 300 K) zu empfangen, muß der Planet näher an ihm dran sein. Das ist richtig. Aber die spektrale Verteilung dieser Energie ist um so mehr ins rote verschoben, je niedriger die Temperatur der Sternoberfläche ist. Damit nimmt der UV-Anteil am Strahlungsspektrum überproportional ab. Zum Sternenwind hatte Bynaus schon alles nötige geschrieben.

Die Bedeutung eines Magnetfeldes wird, für die Auswirkungen auf die Atmosphäre und Oberfläche oft völlig überschätzt. Auch mit Magnetfeld treffen die eingefangenen, geladenen Partikel die Planetenatmosphäre, sogar wesentlich konzentrierter als ohne (siehe Nordlichter)

Herzliche Grüße

MAC

Bynaus
15.06.2008, 13:31
Meine Überlegungen beziehen sich auf den Fall, dass ein Planet ausschließlich aufgrund von Treibhauseffekten habitabel ist

Das gilt auch für die Erde! Ohne Treibhausgase wäre sie genauso eine Eiswüste...

Wie gezeigt: Sogar die Erdatmosphäre oder eine nur leicht dichtere Atmosphäre (1.5 bar) reicht schon aus, um auf dem grössten Teil des gebunden rotierenden Planeten die Temperaturen konstant über 0° zu halten.

Wir reden anscheinend aneinander vorbei, ein Grund dafür könnte das hier sein:


Die habitable Zone ist der Bereich, in dem flüssiges Wasser möglich ist - gemessen in Bezug auf die Strahlung des Sterns. Durch Treibhauseffekte kann sich ein Planet außerhalb der habitablen Zone befinden und dennoch flüssiges Wasser besitzen.

Die habitable Zone wird heute eigentlich anders definiert, denn es ist allen klar, dass man bei einem erdähnlichen Planeten die Atmosphäre nicht einfach vernachlässigen kann... Die Innere Grenze ist dort, wo ein Planet wie die Erde aufgrund der erhöhten Sonnenstrahlung so viel Wasserdampf produzieren würde, dass er durch ein sich selbst verstärkendes Treibhaus die Ozeane verlieren würde. Diese Grenze liegt bei etwa 0.98 AU. Die äussere Grenze der habitablen Zone ist dort, wo ein sich selbst verstärkender Eishauseffekt die Erde würde permanent zufrieren lassen (a la Snowball Earth, bloss permanent, weil sich weisse CO2-Eiswolken bilden würden, so dass die Treibhauswirkung des Gases stets neutralisiert wird): 1.37 AU. Ich rede immer nur von diesem Bereich, und nur von Planeten, die sich in diesem Bereich aufhalten. Wenn wir von solchen Planeten um rote Zwerge sprechen, dann werden deren Orbits entsprechend der geringeren absoluten Strahlungsleistung derart skaliert, dass sie die gleiche Einstrahlungsintensität erhalten. Also nichts von "höherer Energiedichte".

Also nochmals: Ein gebunden rotierender, erdähnlicher Planet in der habitalben Zone eines Roten Zwergs kann global die Temperaturen über 0° halten und so ein permanentes Ausfrieren seiner Wasservorkommen verhindern (möglicherweise braucht er dafür etwas mehr Wasser als ein rotierender erdähnlicher Planet), so lange seine Atmosphäre auch nur die 1.5fache optische Dicke der Erdatmosphäre hat, was ungefähr der Erdatmosphäre bei 1.5 bar Oberflächendruck entspricht. Das scheint mir keine unlösbare "Aufgabe" zu sein.

Mahananda
16.06.2008, 15:30
Hallo Bynaus und Mac,


Damit nimmt der UV-Anteil am Strahlungsspektrum überproportional ab.

Heißt das, dass der Planet vom roten Zwerg quantitativ weniger UV-Strahlung abbekommt als die Erde, obwohl er näher dran ist? Müsste die geringere UV-Dosis nicht durch die größere Nähe kompensiert werden?

Weiterhin: Wie würde sich die länger dauernde Permanent-Bestrahlung mit UV auf der Tagseite auswirken? Müsste es nicht so sein, dass der atmosphärische Wasserdampf über kurz oder lang dennoch gespalten wird, obwohl möglicherweise eine geringere Nettodosis pro Zeiteinheit vom roten Zwerg abgegeben wird?


Wir reden anscheinend aneinander vorbei, ...

Ja, aber nun haben wir das ja geklärt. :)


Das scheint mir keine unlösbare "Aufgabe" zu sein.

Schwer zu sagen. Auf einem wasserreichen Planeten würde das CO2 komplett gelöst werden und Vulkane scheiden neues CO2 wieder aus - wenn das Gleichgewicht stimmt - warum nicht? Aber dann wäre Plattentektonik schon vonnöten, damit der CO2-Nachschub kontinuierlich erfolgt. Inwieweit Lebewesen das Gleichgewicht stören könnten, hatte ich schon erwähnt - schwer kalkulierbar, weil andere Gase (z.B. CH4 oder N2O) die CO2-Senke kompensieren könnten. Aber auch das Gegenteil kann der Fall sein, so dass der Planet vereist. Unklar ist, wie sich die lange UV-Bestrahlung auf der Tagseite auswirkt. Wenn das Wasser gespalten wird, dann wird es für Lebewesen eng, rechtzeitig einen Ozonschild aufzubauen. Gelingt es nicht, wird gebundenes CO2 wieder frei und der Treibhauseffekt ufert aus. Alles in allem: sehr viele Unwägbarkeiten, die es schwierig machen, einen Regelfall abzuschätzen ...

Viele Grüße!

Bynaus
16.06.2008, 16:02
Müsste die geringere UV-Dosis nicht durch die größere Nähe kompensiert werden?

Nein. Bedenke, die grössere Nähe ist so berechnet, dass der Stern die gleiche Energiemenge von seinem Stern bekommt wie die Erde. Punkt. Nun kommt noch das bei Roten Zwergen verschobene Spektrum hinzu: in diesem sind, verglichen mit der Erde, IR-Wellenlängen übervertreten und UV-Wellenlängen untervertreten. Das heisst, der Planet bekommt etwas mehr IR ab als die Erde, aber etwas weniger sichtbares Licht und etwas weniger UV. Die über alle Wellenlängen eingestrahlte Gesamtenergie bleibt sich aber gleich.


Müsste es nicht so sein, dass der atmosphärische Wasserdampf über kurz oder lang dennoch gespalten wird, obwohl möglicherweise eine geringere Nettodosis pro Zeiteinheit vom roten Zwerg abgegeben wird?

Der Wasserdampf folgt ja der Atmosphäre, er ist gasförmig. Auf der Erde ist auch eine Seite "immer" permanent beschienen, bloss dreht sich der Boden darunter weg. So lange man nicht Aussagen macht, die spezifisch mit dem Boden zu tun haben, sind der gebunden rotierende Planet und die Erde äquivalent.


Alles in allem: sehr viele Unwägbarkeiten, die es schwierig machen, einen Regelfall abzuschätzen ...

Sicher. Aber diese Unwägbarkeiten sind alle nicht unbedingt Rote-Zwerge-spezifisch (bzw. gebunde-Rotation-spezifisch): das gilt einfach für jeden potentiell lebensfreundlichen, erdähnlichen Planeten.

Mahananda
16.06.2008, 18:31
Hallo Bynaus,


Der Wasserdampf folgt ja der Atmosphäre, er ist gasförmig. Auf der Erde ist auch eine Seite "immer" permanent beschienen, bloss dreht sich der Boden darunter weg. So lange man nicht Aussagen macht, die spezifisch mit dem Boden zu tun haben, sind der gebunden rotierende Planet und die Erde äquivalent.

Aber die Atmosphäre rotiert doch mit der Erde mit. Bei einem gebunden rotierenden Planeten müsste sich die beschienene Oberfläche stärker aufheizen als die Nachtseite. Die Atmosphäre sorgt dann für den "Abtransport" der Wärme durch Winde und damit für den Temperaturausgleich. Im Unterschied zur Erde bleiben die bodennahen Luftschichten jedoch ortsfest (wenn wir ähnliche Windverhältnisse wie auf der Venus annehmen) und somit der UV-Strahlung ständig ausgesetzt. Könnte das nicht ausreichend sein, um den Wasserdampf zu spalten?

Viele Grüße!

Bynaus
16.06.2008, 18:52
Im Unterschied zur Erde bleiben die bodennahen Luftschichten jedoch ortsfest (wenn wir ähnliche Windverhältnisse wie auf der Venus annehmen) und somit der UV-Strahlung ständig ausgesetzt.

Auf der Venus sind die bodennahen Luftschichten nicht ortsfest: die Windgeschwindigkeit nimmt ab, je näher man der Oberfläche kommt, aber auch dort ist die Atmosphäre letztlich stetig in Bewegung. Zudem, gerade wenn die Venus als Beispiel gelten kann: die Aufspaltung in Wasserstoff und Sauerstoff geschieht in den hohen Atmosphärenschichten, und die bewegen sich ja (bei der Venus) in 4 Tagen um den Planeten...

Ich würde zudem vermuten, dass die Gewässer auf einer solchen Welt ohnehin nicht in der Nähe des Hitzepols zu finden sind, sondern in den gemässigten "Zwielichtzonen".

Mahananda
17.06.2008, 13:48
Hallo Bynaus,


... dass die Gewässer auf einer solchen Welt ohnehin nicht in der Nähe des Hitzepols zu finden sind, sondern in den gemässigten "Zwielichtzonen".

Bei einer ähnlichen Land/Wasser-Verteilung wie auf der Erde spielen die Beleuchtungszonen wahrscheinlich keine Rolle. Interessant dürfte die Biosphäre einer solchen Welt sein, wo aufgrund der Tag- und Nachtseite zwei grundverschiedene Ökosysteme entstehen würden, die in der Dämmerungszone Mischformen hervorbrächten, die langfristig auf beiden Hemisphären heimisch werden könnten. Jedenfalls haben wir hier völlig andere Evolutionsbedingungen als auf der Erde - eine bipolare Welt eben.

Nun gut, da meine wichtigsten Einwände ausgeräumt worden sind, würde mich der andere Diskussionsstrang interessieren, der die Wahrscheinlichkeit des Vorkommens geeigneter Planeten in der habitablen Zone eines roten Zwergs betrifft. Welche Schlussfolgerungen lassen sich aus den Berechnungen ableiten?

Viele Grüße!

Bynaus
17.06.2008, 14:50
Welche Schlussfolgerungen lassen sich aus den Berechnungen ableiten?

Du meinst jene Berechnungen, die ich angestellt hatte, und zum Schluss gekommen war, dass, wenn alle anderen Dinge gleich sind, ein erdähnlicher Planet zu ~50% der Fälle um einen Roten Zwerg zu finden wäre sowie zu rund ~25% je um einen Orangen oder Gelben Zwerg?

Mahananda
17.06.2008, 14:58
Ja, und das hier:


Das könnte man nun noch versuchen zu quantifizieren. Die Breite der bewohnbaren Zone, die Häufigkeiten der verschiedenen Sternklassen, die Lebensdauer ist alles mehr oder weniger einfach, die Sache mit der Flare-Phase schwieriger, bisher habe ich da noch nichts gutes gefunden, vielleicht, wenn jemand mitsuchen will, gesucht wäre ein Diagramm, das die Dauer der Flare-Phase gegen die Sternmasse aufträgt.


Hat sich da schon etwas Neues ergeben?

Bynaus
17.06.2008, 15:05
Nein, ausser, dass ich herausgefunden habe, dass in Sachen Flare-Aktivität die "e-folding-time" (die Zeit, bis die Flare-Aktivität um den Faktor 1/e abgefallen ist) etwa 1 Mrd Jahre beträgt - allerdings ist diese Aussage nicht Sternmassenspezifisch und hilft somit wenig weiter... (gilt wohl für einen "mittleren" Roten Zwerg von vielleicht 0.3 Sonnenmassen, oder so...)

Bynaus
23.06.2008, 14:05
Ich muss hier Mahananda etwas rehabilitieren. Ich habe zwei interessante Arbeiten gefunden:

http://www.liebertonline.com/doi/pdfplus/10.1089/ast.2006.0127
http://www.liebertonline.com/doi/pdfplus/10.1089/ast.2006.0128

Hier wurde die Frage untersucht, wie sich Koronale Massenauswürfe (CME) von Roten Zwergen auf die Atmosphären von gebunden rotierenden und nur schwache Magnetfelder besitzenden potentiell lebensfreundlichen Planeten auswirken. ;)

Rote Zwerge besitzen zwar wie erwähnt nur einen schwachen Sternwind, aber diese CMEs haben es in sich: wenn ein Planet kein Magnetfeld hat, so kann das vom Stern freigesetzte Plasma tief in die Exosphäre des Planeten eindringen und dort Teile der Atmosphäre mitreissen. In Simulationen wurden dabei, je nach Abstand zum Stern, über grosse Zeiträume bis zu hunderte von Millibars der Atmosphäre "weggerissen". Magnetfelder sind wegen der gebundenen Rotation oft nur sehr schwach (immerhin dreht der Planet ca. einmal in 30 Tagen um die eigene Achse, so dass ein Restfeld bleibt), einige Prozent des Wertes auf der Erde. Die extreme UV/Röntgenstrahlung der Flares hilft beim Wegreissen der Atmosphäre, weil sie die obersten Atmosphärenschichten ionisiert, so dass diese dann leichter weggetragen werden.

Die Autoren schliessen daraus, dass zumindest erdgrosse Planeten mit erdähnlicher Atmosphäre und Temperatur bei Roten Zwergen als unbewohnbar gelten müssen. Sie schlagen jedoch vor, sich stärker auf supermassive Planeten von ca. 10 Erdmassen in dieser Zone zu konzentrieren. Solche Planeten hätten - gemäss den Autoren - trotz der Rotation ein starkes Magnetfeld, eine dichte Atmosphäre, die durch die höhere Gravitation auch kompakter ist, so dass die Exosphäre weniger ausgedehnt wäre und somit weniger den CMEs ausgesetzt wäre.

Das Rote-Zwerge-Problem bleibt also noch immer bestehen: Warum haben wir keinen "supermassiven" Heimatplaneten? Ein solcher würde auch seine Innere Wärme länger behalten und wäre während der anfänglichen Flare-Phase seines Sterns ohnehin eine Lava-Wüste (oder ein kochender, planetenumspannender Ozean). Doch nach einigen 10 Milliarden Jahren hätten sich sowohl Stern als auch Planet beruhigt und die Evolution hätte einige 10 Milliarden Jahre Zeit, eine Zivilisation hervor zu bringen.

Mahananda
25.06.2008, 12:49
Hallo Bynaus,


Die Autoren schliessen daraus, dass zumindest erdgrosse Planeten mit erdähnlicher Atmosphäre und Temperatur bei Roten Zwergen als unbewohnbar gelten müssen.

... und ich hatte doch recht! ;)


Warum haben wir keinen "supermassiven" Heimatplaneten?

Eigentlich hast du die Frage schon selbst beantwortet:


Doch nach einigen 10 Milliarden Jahren hätten sich sowohl Stern als auch Planet beruhigt und die Evolution hätte einige 10 Milliarden Jahre Zeit, eine Zivilisation hervor zu bringen.

So viel Zeit ist seit dem Urknall noch nicht vergangen. Aber dennoch: Ein Planet mit 10 Erdmassen ist verdammt nah an einem Gasriesen dran (Zur Erinnerung: Uranus hat 14 Erdmassen, Neptun 17). Ein solcher Planet hätte bei einer angenommenen Dichte von 5 kg/dm³ einen Radius von etwa 14.000 km. Die Atmosphäre wäre erheblich kompakter, so dass ein Wasserkreislauf möglicherweise nicht mehr zustande kommt (ab einem kritischen Druck von ca. 220 at ist die Dampfphase von der Flüssigphase nicht mehr zu unterscheiden - es gibt damit keine Wasseroberfläche mehr, sondern einen allmählichen Übergang von Gas zu Flüssigkeit).

Ein so massiver Körper würde wahrscheinlich prozentual mehr Wasser an sich binden als gewöhnliche terrestrische Planeten, weil die Chance des Entweichens von Wasser während der Entstehungsphase vermindert ist. Also wäre ein globaler Ozean von einigen hundert km Tiefe am ehesten zu erwarten. Für eine Hochtechnologie-Zivilisation sind das sehr ungünstige Startbedingungen.

Doch selbst wenn der Glücksfall eintreffen würde, dass nennenswerte Landmassen entstünden, würde es wegen der größeren Gravitation schwieriger sein, den Planeten zu verlassen. Das schließt eine Zivilisationsentwicklung zwar nicht aus, aber die Chancen für eine kosmische Entfaltung sind schlechter als auf der Erde.

Viele Grüße!

mac
25.06.2008, 13:49
Hallo Mahananda,


... und ich hatte doch recht! ;)Ja. Anders zwar, aber daß ein (erdgroßer) Planet durch Flares seine Atmosphäre verlieren kann, wußte ich nicht, auch wenn es im Nachhinein gar nicht so abwegig erscheint :o.

Ich denke aber, daß mit M=0,8M0 Runon und Alden schon weit jenseits dieser Gefahr liegen. ;)

Herzliche Grüße

MAC

Bynaus
25.06.2008, 14:08
So viel Zeit ist seit dem Urknall noch nicht vergangen.

Natürlich - aber gibt es einen speziellen Grund, warum wir also so "früh" dran sind, dass unsere Heimatwelt eben doch kein supermassiver Gesteinspanet um einen Roten Zwerg sein kann? Die typische Zivilisation auf einem solchen Planeten würde dann halt eben messen, dass seit dem Urknall, sagen wir, 25 Mrd Jahre vergangen sind.


Ein solcher Planet hätte bei einer angenommenen Dichte von 5 kg/dm³ einen Radius von etwa 14.000 km.

Gesteinsplaneten skalieren etwa mit M^0.27, das gibt ca. 24000 km Durchmesser.

Aber es müssen ja nicht zwingend 10 Erdmassen sein. 5 würden es wohl auch schon tun.


Also wäre ein globaler Ozean von einigen hundert km Tiefe am ehesten zu erwarten.

Möglich. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein solcher supermassiver Planet einen nicht allzu tiefen Ozean erhält (keine Ahnung, vielleicht wirft ein naher Gasriese alle eisigen Planetesimale aus dem System), muss einfach so klein sein, dass die grössere Verbreitung von Roten Zwergen "kompensiert" wird.


Für eine Hochtechnologie-Zivilisation sind das sehr ungünstige Startbedingungen.

Darüber gibt es allerdings divergierende Ansichten... ;)


würde es wegen der größeren Gravitation schwieriger sein, den Planeten zu verlassen.

Naja. Das ist letztlich ein vergleichsweise kleiner Unterschied. Zumal die Atmosphäre dichter und weniger hoch ist, könnten sich auf so einem Planeten atmosphärenstartende Raumfahrzeuge richtig lohnen!

Mahananda
25.06.2008, 15:33
Hallo Bynaus,


... gibt es einen speziellen Grund, warum wir also so "früh" dran sind, ...

Der spezielle Grund ist unsere Sonne. G-Sterne haben ein kleineres Zeitfenster, und wenn irgendeine Möglichkeit besteht, innerhalb dieses Zeitfensters eine Biosphäre auszubilden, dann findet sich ein Angehöriger dieser Biosphäre auf einem sehr erdähnlichen Planeten wieder. Die K- und M-Sterne sind mit massiveren Planeten halt erst später dran, starten vielleicht jetzt erst mit ersten Protobionten und haben in fünf bis zehn Milliarden Jahren ihre große Zeit - wenn wir sie nicht dabei unterdrücken ...

Viele Grüße!

Bynaus
25.06.2008, 15:50
Der spezielle Grund ist unsere Sonne.

Nein, du verstehst mich nicht. Ich weiss schon dass G-Sterne weniger langlebig sind als M-Sterne. ;)


Die K- und M-Sterne sind mit massiveren Planeten halt erst später dran, starten vielleicht jetzt erst mit ersten Protobionten und haben in fünf bis zehn Milliarden Jahren ihre große Zeit

Genau das ist der Punkt. Da es auch nach der Korrektur der Breite der bewohnbaren Zone immer noch mehr bewohnbare Planeten um Rote Zwerge geben sollte als um Gelbe (wie erwähnt ca. 2:1), sollten Zivilisationen auf diesen Rote-Zwerge-Planeten dominieren: die typische Zivilisation käme dann von einem solchen Planeten und würde entsprechend auch automatisch ein älteres Universum beobachten. Das kleinste beobachtbare Alter des Universums, das eine Zivilisation bestimmen kann, ist in diesem Modell also - vereinfacht gesagt - schlicht eine "Funktion" des Spektraltyps ihres Heimatsterns.

Das wiederum würde uns zu einer exotischen, frühen Zivilisation machen. Das ist zwar möglich, aber was, wenn wir sagen, wir gehen davon aus, dass wir bezüglich Planet und Heimatsterntyp typisch sind? (eine vernünftige Einstellung angesichts dessen, dass wir gar nichts über die Verteilung von Zivilisationen über die Sterntypen wissen) Darum geht es mir ja bei der ganzen Sache. In dem Fall müsste einfach ein Grund da sein, warum Rote Zwerge - egal zu welchem Zeitpunkt - niemals viele Zivilisationen beherbergen können. Gründe dafür hast du ja z.B. in deinem letzen Beitrag genannt, ich weiss bloss nicht, ob sie ausreichend sind oder ob wir nicht doch so etwas wie die im Artikel auf meiner Seite genannten Replikatorkatastrophen (oder sonstwelche Eingriffe in die Wahrscheinlichkeit des künftigen Universums, Leben hervorzubringen) in Betracht ziehen müssen.

Mahananda
25.06.2008, 17:29
Hallo Bynaus,


In dem Fall müsste einfach ein Grund da sein, warum Rote Zwerge - egal zu welchem Zeitpunkt - niemals viele Zivilisationen beherbergen können.

Vielleicht gibt es diesen Grund gar nicht, aber wir können das bisher noch nicht feststellen, weil noch nicht genug Zeit vergangen ist. Wäre das Universum zehn Milliarden Jahre älter, würden wir vielleicht feststellen können, dass Zivilisationen um M-Sterne der Regelfall sind und dass wir als G-Stern-Habitat-Bewohner die Abweichung von der Norm darstellen. Das Problem ist, dass wir zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht entscheiden können, ob es gewichtige Gründe gibt, dass M-Sterne keine Zivilisationen hervorbringen können.

Wenn es im Universum Zivilisationen gibt, dann ist derzeit die G-Stern-Variante am häufigsten vertreten und somit stellen wir statistischen Durchschnitt dar. Wenn die kurzfristig entstandenen Zivilisationen auf ihr Heimatsystem beschränkt bleiben (vielleicht, weil die relativ kurze Lebensdauer des Heimatsterns im Durchschnitt eine Entwicklung zur Raumkolonisation nicht zulässt), dann hätten die später entstehenden Zivilisationen infolge des längeren Entwicklungszeitfensters die Chance, in aller Ruhe galaktische und möglicherweise sogar intergalaktische Siedlungsprogramme durchzuführen. Und wenn diese sich begegnen, werden sie durch Vergleich von der M-Stern-Normalität ausgehen.

In diesem Fall kann es durchaus sein, dass wir die frühen Exoten im Universum sind und sich die Annahme, wir seien durchschnittlich, als falsch erweist. Bis zum Nachweis des Gegenteils gehen wir aber üblicherweise von unserer Durchschnittlichkeit aus. Das Heranziehen von Replikatorkatastrophen erscheint mir allerdings verfrüht. Es ist ja noch nicht einmal erwiesen, ob sie vielleicht verfehlt ist ;)

Viele Grüße!

mac
25.06.2008, 17:42
Hallo,

1:2 ist ja so exotisch nicht, daß man sich schon wundern müßte, oder?

statistisch geladene Grüße :D

MAC

Bynaus
25.06.2008, 22:50
@mac: Du hast schon recht, seit du die Sache mit den Breiten der bewohnbaren Zone eingebracht hast, bewege ich mich hier auf vergleichsweise dünnem Eis, wenn ich das Wort "unwahrscheinlich" / "untypisch" benutze...

@Mahananda:


Vielleicht gibt es diesen Grund gar nicht, aber wir können das bisher noch nicht feststellen, weil noch nicht genug Zeit vergangen ist.

In dem Fall wären wir aber untypisch.


dann hätten die später entstehenden Zivilisationen infolge des längeren Entwicklungszeitfensters die Chance, in aller Ruhe galaktische und möglicherweise sogar intergalaktische Siedlungsprogramme durchzuführen.

"Siedlungsprogramme" von M-Zivilisationen mit Milliarden von Kolonien würden den Anteil der G-Zivilisationen an der Gesamtzahl noch weiter drücken und den Bedarf nach einem "Grund" / einer "Erklärung" für unseren G Heimatstern nochmals erhöhen. Dieses Argument hilft also nicht (bzw., es macht nur Sinn, wenn wir untypisch sind).

MGZ
25.06.2008, 23:20
Prinzipiell sollte man auch die Möglichkeiten von Gesteinsmonden von Gasriesen um G-Klasse-Sterne mit in die Überlegung einbeziehen. Kann ein Gasriese ein so starkes Magnetfeld haben, dass es seine Monde wirksam vor Sternenausbrüchen schützt? Ich bezweifle es.
Da fällt mir noch eine Möglichkeit ein, warum sich keine Aliens melden:
Vielleicht leben sie vorwiegend in Systemen mit einem schweren Neutronenstern mit starkem Magnetfeld, einem G-Stern und einem Planeten, der direkt an den Neutronenstern gebunden ist. Der dürfte natürlich nicht im Röntgenkegel liegen und der Neutronenstern sollte auch sonst friedlich sein.
Durch das enorme Magnetfeld würde sich die Chemie auf dem Planeten drastisch ändern, sodass die Aliens nicht weg können. :D

jonas
25.06.2008, 23:33
Vielleicht leben sie vorwiegend in Systemen mit einem schweren Neutronenstern mit starkem Magnetfeld, einem G-Stern und einem Planeten, der direkt an den Neutronenstern gebunden ist. Ein Neutronenstern hat sein Leben in einer Supernova ausgehaucht. In einem solchen System kann ich mir dann keine Planeten mehr vorstellen.

Bynaus
26.06.2008, 05:52
In einem solchen System kann ich mir dann keine Planeten mehr vorstellen.

Es gibt die Pulsarplaneten... aber die haben sich vermutlich NACH der Supernova gebildet, und dürften ziemlich unbewohnbar sein.

Mahananda
26.06.2008, 14:26
Hallo Bynaus,

so ganz verstehe ich dein Problem anscheinend doch noch nicht. Die Annahme, wir seien typische Durchschnittsbewohner ist allein dem Umstand geschuldet, dass sich das Gegenteil bislang nicht nachweisen lässt. Oder verschärfter: Wir nehmen an, wir seien typisch, auf Grund des kompletten Fehlens von Vergleichsdaten, die diese Annahme einschränken könnten. Wir könnten mit demselben Argument jedoch auch annehmen, wir seien untypisch. Insofern ist das Argument keine Hilfe. Der Nachweis, ob die Annahme unserer Durchschnittlichkeit zutreffend ist, kann nur erbracht werden, wenn Vergleichsdaten zu anderen Zivilisationen vorliegen. Ich will das hier nicht vertiefen, weil das an anderer Stelle schon mal diskutiert wurde, aber ohne "verwertbare", sprich "harte" Daten bleibt es beim Nebelstochern. Die Vermutung, wir seien typisch, ist zwar nicht unvernünftig, bleibt aber eine wohlwollende Annahme, die ich persönlich zwar nicht teile (Ich interpretiere das Fehlen "harter" Daten anders.), aber als Diskussionsgrundlage akzeptiere. Allerdings befürchte ich, dass wir aus den Gründen, die ich nachfolgend anführe, keine Argumente für oder gegen unsere Durchschnittlichkeit gewinnen können.


In dem Fall wären wir aber untypisch.

Nicht unbedingt, denn ich schrieb:


Wenn es im Universum Zivilisationen gibt, dann ist derzeit die G-Stern-Variante am häufigsten vertreten und somit stellen wir statistischen Durchschnitt dar.

Auf lange Sicht kann sich das aber ändern, da sich dann das Zeitfenster für M-Sterne öffnet, wenn die Überlegungen hinsichtlich Flare-Aktivität zutreffend sind. Das heißt, dass wir die "Frühchen" sind, kann gar nicht anders sein, da das G-Stern-Zeitfenster das erste ist, das Hochtechnologiezivilisationen (kurz: HTZ) überhaupt zulässt. Und damit sind wir derzeit Durchschnitt. Wenn einer jetzt existierenden HTZ der Durchbruch zu interstellaren Reisen gelingt, dann kann es sein, dass sie alle übrigen HTZ überflügelt und dominiert, die anderswo autochthon entstanden sind - muss aber nicht. Das kann sich auch auf M-Stern-Habitate auswirken, so dass dort die autochthone Entwicklung unterdrückt wird - muss aber ebenfalls nicht. Dasselbe Argument gilt natürlich auch umgekehrt: Wenn M-Stern-HTZ beginnen aktiv zu werden, weil ihre zeitlichen Vorläufer (also solche wie wir) es "versäumt" haben, sie zu unterdrücken, dann gewinnen sie allein auf Grund ihrer größeren Verteilungsdichte nach und nach die Überzahl und lösen uns als Mainstream ab. Insofern ist dein Einwand


"Siedlungsprogramme" von M-Zivilisationen mit Milliarden von Kolonien würden den Anteil der G-Zivilisationen an der Gesamtzahl noch weiter drücken und den Bedarf nach einem "Grund" / einer "Erklärung" für unseren G Heimatstern nochmals erhöhen.

nicht stichhaltig, weil das "Drücken" zeitversetzt auftritt.

Viele Grüße!

Bynaus
26.06.2008, 15:18
Oder verschärfter: Wir nehmen an, wir seien typisch, auf Grund des kompletten Fehlens von Vergleichsdaten, die diese Annahme einschränken könnten. Wir könnten mit demselben Argument jedoch auch annehmen, wir seien untypisch.

Nein, eigentlich nicht. Denn es gibt sehr viel mehr typische als untypische Zivilisationen im Universum. Die Vermutung, dass wir in irgend einer Hinsicht typisch sind, wird also in mehr Fällen von Erfolg gekrönt sein als nicht. Natürlich wissen wir dummerweise nicht, in welchen Fällen ;) das heisst, wir wissen nicht, ob die Frage des gelben / roten Heimatsterns ein solcher Fall ist, in dem wir richtig liegen würden mit der Annahme, dass wir typisch sind - oder eben nicht. Das ist nicht entscheidbar. Aber wenn uns als Alternative das Raten bleibt (in diesem Fall: 50:50), dann liegt man mit der Annahme, dass man typisch ist, im Schnitt aller dieser "Voraussagen" häufiger richtig als mit raten. Also ist es vernünftiger, diese Strategie einzuschlagen.


Auf lange Sicht kann sich das aber ändern, da sich dann das Zeitfenster für M-Sterne öffnet, wenn die Überlegungen hinsichtlich Flare-Aktivität zutreffend sind. Das heißt, dass wir die "Frühchen" sind, kann gar nicht anders sein, da das G-Stern-Zeitfenster das erste ist, das Hochtechnologiezivilisationen (kurz: HTZ) überhaupt zulässt. Und damit sind wir derzeit Durchschnitt.

Es geht nicht um den jetzigen Durchschnitt - das wäre doch viel zu anthropozentrisch. "Typisch" umfasst alle Zeiten des Universums. Stell dir vor, du könntest von jeder intelligenten Spezies, die jemals existiert hat, existiert und existieren wird ein Exemplar in einem (grossen ;) ) Raum versammeln, und dann eine Umfrage starten, wie sich ihnen in ihrer Zeit auf ihrem Planeten die Dinge so darstellen. Wenn nun M-Zivilisationen typisch sind, dann werden die meisten Vertreter sagen, "Wir beobachten ein Universum, das 30 Mrd Jahre alt ist, unser Planet hat 6 Erdmassen und unsere Sonne ist ein M-Zwerg" (so was in der Art). Dann wären da noch so ein paar Exoten wie die Menschheit, die sagen, "Na so was, unser Universum ist erst 14 Mrd Jahre alt, unser Planet hat 1 Erdmasse und unsere Sonne ist ein G-Zwerg". Ein Raunen geht durch den Raum: "Wow, die sind aber extrem - so früh dran, so einen winzigen Planeten und dann noch ein so seltenen Sterntyp als Heimatsonne... Fast so exotisch wie diese Pulsarspezies aus der Sombrero-Galaxie..." :)

Oder aber wäre es doch so, dass das von den Vertretern gemeldete, beobachtete Alter des Universums bei ca. 14 Mrd Jahren läge und die Heimatsterne im grossen und ganzen G-Zwerge wären?

(beides ist jetzt natürlich stark vereinfacht dargestellt: natürlich gäbe es in beiden Fällen eine gewisse Verteilung über Sterntyp, Planetenmasse und Alter des Universums - doch der Schwerpunkt liegt anders, und darum geht es)

Im ersten Szenario gehören wir einer Minderheit an, dafür gibt es keinerlei Erklärungsbedarf, warum M-Zwerge so "lebensfeindlich" sind: sie sind es gar nicht. Im zweiten Szenario sind wir keine Minderheit, aber es besteht Erklärungsbedarf.

Im Replikatorkatastrophenszenario (das steht im übrigen nur stellvertretend für jedes beliebige andere Szenario mit dem gleichen Effekt) besteht ebenfalls kein Erklärungsbedarf, denn auch hier wären M-Zwerge eigentlich lebensfreundlich, bekommen aber einfach nie Gelegenheit, Zivilisationen hervorzubringen.

EDIT: Ich muss noch etwas anfügen, betreffend dem Replikatorszenario. Wir denken, heute zu wissen, dass seit etwa 6 Mrd Jahren erdähnliche Planeten überhaupt erst möglich sind. Das heisst, wenn unsere Evolutionsgeschwindigkeit hin zur Zivilisation in etwa typisch ist für diejenigen Planeten, auf denen sich überhaupt jemals irgend eine Zivilisation entwickelt, dann könnten andere Zivilisationen uns in etwa 1.5 Mrd Jahre voraus sein. Wenn wir annehmen, dass sich die Replikatoren irgendwann mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, würde das "Gründerzivilisationen" im Umkreis von 1.5 Mrd Lichtjahren ausschliessen (bei geringeren Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Replikatoren wäre diese Entfernung natürlich geringer, bei, sagen wir, 10% c sind es auch nur 150 Mio Lichtjahre). Wenn man nun Abstände von Mrd (oder, bei geringeren Geschwindigkeiten, 100erte Mio) Lichtjahren zwischen "Gründerzivilisationen" für unglaubwürdig hält, dann ist wohl auch das Replikatorenszenario (oder allgemein das "Zerstörungsszenario") unglaubwürdig. Sind die Abstände nämlich deutlich geringer, dann hätte längst irgend eine der "Gründerzivilisationen" in unserem Vergangenheitslichtkegel, die noch früher dran waren als wir auf die Idee kommen können, Replikatoren zu bauen, bzw. es ist unwahrscheinlich, dass diese Erfindung für Mrd Jahre / 100erte Mio Jahre einfach überall ausblieb.

Mahananda
26.06.2008, 15:48
Im ersten Szenario gehören wir einer Minderheit an, dafür gibt es keinerlei Erklärungsbedarf, warum M-Zwerge so "lebensfeindlich" sind: sie sind es gar nicht. Im zweiten Szenario sind wir keine Minderheit, aber es besteht Erklärungsbedarf.

O.K., das habe ich jetzt verstanden :)

Das hier aber nicht:


Aber wenn uns als Alternative das Raten bleibt (in diesem Fall: 50:50), dann liegt man mit der Annahme, dass man typisch ist, im Schnitt aller dieser "Voraussagen" häufiger richtig als mit raten.

und ich sehe keinen Weg, den Grad der Richtigkeit dieser Annahme zu bestimmen, so lange uns verwertbare Daten fehlen. Wenn "typisch" bedeuten soll, auch die zukünftige Entwicklung einzubeziehen und M-Sterne potenziell lebensfreundlich sind, dann sind wir naturgemäß "extrem" und stellen eine - nicht erklärungsbedürftige - Ausnahme dar. Wenn zudem das Replikatorenszenario gelten soll, dann stellen wir - wiederum nicht erklärungsbedürftig - keine Ausnahme dar. Mir ist unklar, auf welchem Weg man hier eine Entscheidung treffen kann, da uns der Blick rückwärts auf vollzogene Entwicklungen noch nicht möglich ist - ich habe da leider keine zündende Idee :(

Viele Grüße!

Bynaus
26.06.2008, 16:07
und ich sehe keinen Weg, den Grad der Richtigkeit dieser Annahme zu bestimmen, so lange uns verwertbare Daten fehlen.

Natürlich können wir das nicht.

Für diesen Fall eignet sich das von mir so häufig gebrauchte Urnenbeispiel. Stell dir vor, du stehst vor einer Urne mit Losen drin, du hast aber keine Ahnung wie viele es sind. Alle Lose sind durchnummeriert. Nun greifst du hinein und ziehst EIN EINZIGES Los und schaust dir die Nummer an.

Sagen wir, sie wäre "2053".

Wieviele Lose sind wohl in der Urne?

a) Genau 2053.
b) einige tausend
c) einige Trilliarden

Natürlich kann jeder Fall an sich zutreffend sein. Trotzdem wird in den allermeisten Fällen b) zutreffend sein: nur dort ist die Stichprobe in etwa "typisch". Genauso ist es mit den Zivilisationen: da wir schon - und das ist die einzige Stichprobe einer Zivilisation, die wir haben, genauso wie du im Beispiel oben nur ein einziges Los hast - einen G-Zwerg als Stern haben, wird das wohl einigermassen typisch sein.

Die Ursprungsfrage des Threads kommt nur deshalb auf, weil das, was wir über die Natur zu wissen glauben, nicht unbedingt die Sicht, wir seien typisch mit unserem G-Zwerg, unterstützt. Etwa so, wie wenn die Urne 100 m Kantenlänge hätte und randvoll mit Losen wäre, wir aber trotzdem das Los "2053" gezogen hätten... Dann stünde man genauso vor der Wahl, dass man entweder zufälligerweise ein sehr kleines Los gezogen hat (man ist untypisch), oder dass die grosse Mehrheit der Lose in der Megaurne "nicht ziehbare" Nieten sind... (man ist typisch, aber es gibt eine andere Erklärung für die beobachtete Diskrepanz)

Mahananda
26.06.2008, 17:16
Die Ursprungsfrage des Threads kommt nur deshalb auf, weil das, was wir über die Natur zu wissen glauben, nicht unbedingt die Sicht, wir seien typisch mit unserem G-Zwerg, unterstützt.

Genau. Aber was heißt in diesem Zusammenhang "nicht unbedingt"? Es kann sein, dass sich M-Zwerge als typisch erweisen, wenn genügend Zeit vergangen ist, es kann aber auch das Gegenteil eintreten. Wenn wir in unserer Naturerkenntnis weiter fortschreiten, finden wir vielleicht Gründe, warum M-Sterne per se lebensunfreundlich sind (u.a. aus Gründen, die ich weiter oben dargelegt hatte und darüber hinaus solche, die wir noch nicht kennen). Dann bleiben G-Sterne die wahrscheinlichsten Kandidaten für Biosphären, ohne zivilisatorische Effekte berücksichtigen zu müssen. Finden wir diese Gründe nicht, dann müssten wir abwarten, ob sich M-Sterne als Brutstätten von HTZ erweisen - zum gegenwärtigen Zeitpunkt können wir das einfach noch nicht beurteilen, weil die M-Sterne noch nicht "herangereift" sind.

Das Problem ist doch, dass wir aus unserer Binnenperspektive (noch) keinen anderen als anthropozentrischen Maßstab anlegen können, und daher (noch) keine Möglichkeit haben, zu beurteilen, ob und in welchem Maße wir dabei möglicherweise falsch liegen. Dieses Dilemma wird sich auf absehbare Zeit leider nicht auflösen lassen, so dass wir hier dazu verurteilt sind, im eigenen Saft zu schmoren. Was wir brauchen, sind verwertbare Daten über existierende andere Zivilisationen. So lange die ausbleiben, ist alles was wir uns hier aus den Fingern saugen nur graue Theorie - zugegebenermaßen nicht frei daherphantasiert, sondern mit plausiblen Gründen erwogen.

Viele Grüße!

Bynaus
26.06.2008, 19:24
Dieses Dilemma wird sich auf absehbare Zeit leider nicht auflösen lassen, so dass wir hier dazu verurteilt sind, im eigenen Saft zu schmoren. Was wir brauchen, sind verwertbare Daten über existierende andere Zivilisationen. So lange die ausbleiben, ist alles was wir uns hier aus den Fingern saugen nur graue Theorie - zugegebenermaßen nicht frei daherphantasiert, sondern mit plausiblen Gründen erwogen.

Dem kann ich vollumfänglich zustimmen. :)

MichaMedia
26.06.2008, 21:50
Dem kann ich vollumfänglich zustimmen. :)

Und wenn Ihr damit die Stilllegung dieses interessanten Themas erzwingen wollt, komm ich zum Forum treffen und schmeiß euch in den Krater.

Also weiter machen ;)

Gruß Micha

Herbert
26.06.2008, 22:51
Ja, heut seid ihr einfach wieder spitze! :)

Mahananda
27.06.2008, 13:43
Na gut, einen habe ich noch :)


Nun greifst du hinein und ziehst EIN EINZIGES Los und schaust dir die Nummer an.

... und liest die Ziffer 1!

Viele Grüße!

P.S.: Das Nördlinger Ries würde ich mir gern einmal mit fachkundiger Begleitung in natura anschauen. Leider bleibt mir aus Zeitgründen zu Halloween 08 dieses Vergnügen erspart :( Allen, die da sein können, wünsche ich eine schöne Zeit. Bis dahin liest man voneinander. In diesem Sinne - bis demnächst!

Tetsuo
03.09.2008, 17:18
Habe eine Frage zum Thema Roter Zwerg > Gasriese > Erdähnlicher Mond.

Wenn selbst die gezeitlichen Auswirkungen unseres Erdmondes relativ deutlich in Erscheinung treten. (Ebbe, Flut etc.)

Was wäre dann, wenn die Erde nur ein Mond ist und Jupiter der Planet?
Ebbe und Flut dürften dann so stark sein dass überhaupt nichts mehr fest auf der Erde stehen kann (etwas übetrieben ausgedrückt) oder sehe ich das falsch?

Und davon ausgehend dass wir zu 70% aus Flüssigkeit bestehen... diese wuchtige Gezeitenkraft würde Lebewesen total durcheinander wirbeln.

Soviel von mir als Nicht-Physiker ;)

mac
03.09.2008, 18:09
Hallo Tetsuo,

Bei den von Dir beschriebenen Auswirkungen, wäre die Erde entweder bereits ein gutes Stück weiter zur gebundenen Rotation fortgeschritten, oder schon in diesem Zustand gefangen.

Herzliche Grüße

MAC

Mahananda
05.09.2008, 14:57
Und davon ausgehend dass wir zu 70% aus Flüssigkeit bestehen... diese wuchtige Gezeitenkraft würde Lebewesen total durcheinander wirbeln.

Nicht im mindesten! Das sich in den Lebewesen befindende Wasser "hebt" und "senkt" sich in gleichem Ausmaß wie der biopolymere Rest. Abgesehen davon sind Lebewesen viel zu klein und massearm, dass sich Gezeitenkräfte dieser Größenordnung in irgendeiner Weise physiologisch oder gar morphologisch auswirken könnten. Anderenfalls hätten Wale bereits unter der Mondgravitation erheblich zu leiden.

Wie Mac bereits geschrieben hat, ist unter den vorausgesetzten Masseverhältnissen (Erde als Mond des Jupiter) ohnehin binnen kurzer Zeit mit einer gebundenen Rotation zu rechnen, so dass Gezeitenwirkungen allenfalls auf Jupiter auftreten würden. Die Erde würde Jupiter stets dieselbe Seite zuwenden und Ebbe und Flut blieben aus. Für die Lebewesen ergäben sich schon aus diesem Grund keine negativen Auswirkungen.

Bynaus
17.02.2015, 16:29
Hier ein interessanter Artikel, der eine mögliche Lösung des Eingangs genannten Problems aufzeigt:

http://phys.org/news/2015-02-earth-like-planets-orbit-sun-like-stars.html#jCp
Original bei Nature Geoscience: http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/full/ngeo2372.html

Aus dem Artikel:


Whereas G dwarfs – stars with the mass of our Sun – keep almost constant luminosity during the 'pre-main sequence' of their evolution, the luminosity of M dwarfs decreases by more than an order of magnitude during this stage. This means that planets with the right amount of water at the right distance from M stars may become too arid from over-exposure during the higher-luminosity early pre-main sequence period, while ocean planets retain their large amount of water.

Rote und Orange Zwergsterne sind in ihrer Frühzeit (also bevor sie auf der Hauptreihe ankommen und ihr "normales" Sternleben beginnen) relativ gesehen viel heller. Jegliche Planeten, die sich zu dieser Zeit in ihrer HZ gebildet haben, werden deshalb ihr Wasser schnell verlieren. Sonnenähnliche Sterne hingegen verändern den Wassergehalt der Planeten in ihrer HZ nicht gross. Deshalb dürften die Planeten in der HZ von Roten und Orangen Zwergsternen vorwiegend trockene "Dune"-Welten sein (auch wenn es natürlich Ausnahmen geben wird).

In den Simulationen hat nur einer vor 1000 Roten Zwergsternen einen Planeten mit einem erdähnlichen Wasseranteil, deren 12 sind es bei 1000 Orangen Zwergsternen, und ganze 271 bei 1000 sonnenähnlichen Sternen (Gelben Zwergsternen). Selbst wenn man das jetzt noch mit den Häufigkeiten der jeweiligen Sterntypen korrigiert, so sind das 0.6:1.8:54. Wenn sich die Zivilisationen im Universum nun zufällig über die Planeten mit erdähnlichem Wasseranteil verteilen, dann wird der Heimatstern des Planeten mit >95% Wahrscheinlichkeit ein sonnenähnlicher Stern sein.

Interessante Idee!

pane
17.02.2015, 22:11
Und was ist mit weißeren F-Sterne? Oder gar A-Sterne wie Sirius?

mit freundlichen Grüßen
pane

mac
18.02.2015, 10:53
Hallo pane,

die Leuchtkraft eines Sternes (in der Hauptreihenphase) steigt nicht proportional zu seiner Masse, sondern mit dem m^3,5 fachen seiner Masse. Ein Stern, doppelt so schwer wie die Sonne, leuchtet also schon gut 11 mal so stark wie die Sonne. Darum nimmt die Lebensdauer schwererer Sterne auch entsprechend schneller ab, das ist einer der Nachteile für die Entwicklung (nicht unbedingt Entstehung) von höher differenziertem Leben. Ein weiterer Nachteil: von den größeren Sternen gibt es weniger, weil sie seltener entstehen (und die entstandenen auch schneller wieder ausgebrannt sind)

Genauere Info's findest Du bei Wikipedia u. z.B. auch hier: http://www.planeten.ch/Stern

Herzliche Grüße

MAC

Major Tom
18.02.2015, 11:28
Wenn sich die Zivilisationen im Universum nun zufällig über die Planeten mit erdähnlichem Wasseranteil verteilen, dann wird der Heimatstern des Planeten mit >95% Wahrscheinlichkeit ein sonnenähnlicher Stern sein.

Interessante Idee!

Die Frage ist halt, wieviel von unserem Wasser stammt tatsächlich von der Entstehung des Planeten und wieviel wurde nachträglich geliefert. (und wann)

Zumindest ein großer Teil unserer Meere kommt wohl von jenseits der solaren Schneegrenze.

Für einen Zusammenhang zwischen bewohnbar feucht und wüstenartig trocken könnte man sogar überlegen, ob die Planetensysteme von roten Zwergen aufgrund ihrer hohen Lebenserwartung nicht mehr Zeit hätten Wasser zu akkumulieren.

http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2012/07/24/wer-hat-das-wasser-auf-die-erde-gebracht/
http://www.astronews.com/news/artikel/2011/10/1110-006.shtml

Bynaus
18.02.2015, 11:48
Zumindest ein großer Teil unserer Meere kommt wohl von jenseits der solaren Schneegrenze.

Wie kommst du zu dieser Aussage? Das Kometen D/H scheint gerade das Gegenteil nahezulegen: das irdische Wasser ist im D/H Asteroiden ähnlich. Das deutet eher darauf hin, dass die Erde ihr Wasser mit ihren "Bauteilen" erhalten hat.


Für einen Zusammenhang zwischen bewohnbar feucht und wüstenartig trocken könnte man sogar überlegen, ob die Planetensysteme von roten Zwergen aufgrund ihrer hohen Lebenserwartung nicht mehr Zeit hätten Wasser zu akkumulieren.

Dafür sind die Fluxe - zumindest im Sonnensystem - viel zu klein. Nimm die 40'000 Tonnen Staub, die pro Jahr auf die Erde fallen, und setzen wir mal optimistisch 15% Wasseranteil an. Dann wären das 6000 Tonnen Wasser pro Jahr, oder 2.7e13 Tonnen über 4.5 Mrd Jahre. Das sind 27'000 Kubikkilometer, nur ca. 0.002% der insgesamt 1350 Millionen Kubikkilometer Wasser der Erde. Um gleich viel Wasser über Staub zu akkumulieren (ohne Verluste!), bräuchte ein Planet um einen Roten Zwergstern also 50'000 Mal länger oder 225'000 Milliarden Jahre. Selbst Rote Zwergsterne leben nicht so lange.

ralfkannenberg
18.02.2015, 12:05
http://www.astronews.com/news/artikel/2011/10/1110-006.shtml
Hallo Major Tom,

dazu gibt es einen neueren Artikel: http://www.astronews.com/news/artikel/2014/12/1412-018.shtml


Freundliche Grüsse, Ralf

Major Tom
18.02.2015, 12:35
Hallo Ralf,
vielen Dank - werd ich mir heute am Abend zu Gemüte führen
Gruß, MT

zabki
18.02.2015, 15:59
dazu gibt es einen neueren Artikel: http://www.astronews.com/news/artikel/2014/12/1412-018.shtml

Folgender Satz aus diesem Artikel:

Dennoch ist das feuchte Nass ein Zuwanderer: In der Frühphase des Sonnensystems verdampften solche leicht flüchtigen Stoffe aus dem inneren Planetensystem und konnten sich nur fern der Sonne weit jenseits der Umlaufbahn des Mars anreichern.

ist mir nicht recht verständlich. Konnte der Wasserdampf nicht zumindest von Erde und Venus als Atmosphäre "geparkt" werden, bis es auf den Planeten kühl genug für Flüssigwasser war?