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Thema: Erde in der habitablen Zone halten

  1. #1
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    Standard Erde in der habitablen Zone halten

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    Ersteinmal möchte ich alle Teilnehmer im Astroforum begrüßen.
    Ich habe einmal eine Reportage zu den Anfängen des Sonnensystems gesehen, dort wurde gezeigt, dass Saturn, Uranus und Neptun durch die vielen Asteroiden die es in der Anfagsphase gegeben hat, auf eine höhre Bahn gebracht wurden. Denn sobald ein Asteroid nah an diesen Planeten vorbeigeflogen ist, wurde er in Richtung Sonne gelenkt wobei ein Teil seines Impulses auf den Planeten übertragen wurde. Somit wurde der Orbit geringfügig verändert und der Planet entfernte sich etwas von der Sonne. (Natürlich war dies nicht die alleinige Ursache, am Anfang des Sonnensystems befanden sich Jupiter und Saturn eine gewisse Zeit lang in einer 2:1 Resonanz, was das Sonnensystem signifikant veränderte. Aber lassen wir diese Geschichte mal außen vor, es ändert nichts am oben genannten Effekt der durch die Asteroide verursacht wurde.)
    Könnte man diesen Effekt nicht auch irgendwie auf die Erde übertragen? Man könnte doch einige Asteroide so ablenken, dass sie gezielt an der Erde vorbeifliegen würden. Womit der Impuls des Asteroiden auf die Erde übertragen würde. Die Erde würde sich somit mit jedem vorbeigeflogenen Asteroid von der Sonne entfernen und somit ihrem zukünftigen Hitzetot eine Zeitlang entgehen. Das Ziel wäre es die Erde in der habitablen Zone zu halten, die sich ja im Laufe der Zeit immer weiter von der Sonne verschiebt. Die Helligkeit der Sonne nimmt ja stetig zu und wenn man nichts macht, wird es in spätestens 1,5 Milliarden Jahren auf der Erde zu heiß. Sie wird dann die habitable Zone verlassen.
    Mich würde eure Meinung zu dieser Idee interessieren, was haltet ihr davon?

    Freundliche Grüße
    Polaron

  2. #2
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    Hallo Polaron,

    ich weiß nicht was das für eine Reportage war, aber vergiss sie bitte.
    Asteroiden können nicht für Bahnänderungen im großen Stil sorgen, zumindest nicht bei den Gasplaneten. Keine Ahnung wer so einen Quatsch in die Welt setzt.

    Die Bahnen der Gasriesen haben sich in der Frühphase des Sonnensystems verändert weil diese zu eng aneinander lagen und sich die Planeten mit ihren großen Massen auf Dauer gegenseitig beeinflusst hatten. Dazu passen mehrere Beobachtungen die man machen kann:
    Denn Neptuns Bahn wanderte nach außen, wo er den Kuiper-Gürtel so beeinflusste, dass eine große Zahl Planetoiden ins Innere des Sonnensystems gelangten. Dieses Ergeignis wird mit dem "Late Heavy Bombardement" beschrieben und kann man an Mond und Mars durch die Krater gut ablesen und ist etwa 800 millionen Jahre nach der Entstehung des Sonnensystems passiert.
    Auch Simulationen die man gemacht hat sind sich alle sehr sicher darin dass die Gasriesen nicht da entstanden sein können wo sie heute sind.

    Zur eigentlichen Frage: die Massen von Asteroiden sind so verschwindend gering relativ zu den Planeten, auch der Erde, dass fühlbare Bahnänderungen mittels Asteroiden - schätze ich - nicht möglich sind.

    Gruß Alex

  3. #3
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    Alex, ich wiederspreche dir nur ungern, aber das mit der Migration der Gasriesen über Planetesimale (Asteroiden) stimmt schon so. Der grosse Kick kam von den Interaktionen zwischen den Gasplaneten, aber die Migration in die Bahnresonanz kam von den Asteroiden. Jedes Mal, wenn ein Gasriese einen Asteroiden aus dem Sonnensystem bzw in die Sonne wirft, hat das Auswirkungen auf seine Bahn. Kleine zwar, aber weil es sehr viele Asteroiden im frühen Sonnensystem gab, summiert sich das.

    Genauso übrigens mit der Erde: diese Idee (die Erde mit Vorbeiflügen von Asteroiden in der HZ halten) ist nicht neu, und ja, das würde vielleicht funktionieren. Aber man darf nicht vergessen dass man mit dem Herumschieben von Planeten das innere Sonnensystem auch destabilisieren könnte. Wenn die Erde in der HZ bleibt, dafür dann aber mit dem Mars zusammenstösst, ist auch nichts gewonnen.

    Edit: siehe hier: https://de.m.wikipedia.org/wiki/Nizza-Modell
    Geändert von Bynaus (13.02.2017 um 07:10 Uhr)
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  4. #4
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    Die Migration durch die Astroiden? Hast Du dafür einen Link? Die Quellen die ich kenne sagen dass die Gasplaneten zu dicht beineinander entstanden seien - was auch logisch ist wenn sie später nach außen migriert sind. Der gravitative Einfluss des Kuipergürtels, selbst auf lange Zeit hinweg, sollte doch extrem gering sein. Da schätze ich den Einfluss des Strahlungsdrucks der Sonne größer ein.

  5. #5
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    Schau mal im Wikipedia-Link, da steht es auch. Es ist nicht der direkte gravitative Einfluss des Kuipergürtels, sondern, wie gesagt, die Summe aller einzelnen Interaktionen mit Asteroiden, die die Gasriesen aus dem System gekickt haben, welche zur Migration führt.

    Also zum Beispiel: Klein-Saturn begegnet auf seiner Bahn einem Asteroiden, kickt ihn in den interstellaren Raum. Da die Impulserhaltung / Energieerhaltung gilt, muss die zusätzliche Bahnenergie des Asteroiden (E_kin + E_pot jetzt >0, vorher <0) von irgendwoher kommen - nämlich vom Saturn. Seine Bahn wird dadurch ein kleines bisschen kleiner. Wiederhole das Millionen- und Milliardenfach (und es gab sicher jede Menge Planetesimale im frühen Sonnensystem), und du hast wandernde Gasriesen. Wie gesagt: der grosse Kick der sie auf die heutigen Bahnen beförderte bekamen sie wohl in einer Bahnresonanz mit Jupiter - aber IN diese Bahnresonanz sind sie erst dank der Planetesimal-induzierten Migration gekommen.

    Ein Review des "Nizza-Modells" findest du z.B. hier: https://arxiv.org/abs/1010.6221
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  6. #6
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    Vielen Dank für eure Antworten.
    Das die größten Veränderungen durch die Interaktion zwischen den Gasriesen passiert sind, insbesondere der 2:1 Resonanz zwischen Jupiter und Saturn ist mir bewusst und klar.
    Denke jedoch, dass Asteroide und Planetisimale ebenfalls einen Einfluss hatten, wie Bynaus schon sagte es gilt die Impulserhaltung. Sobald sich der Impuls des Asteroiden ändert, muss die Differenz irgendwo übertragen werden. Der Impuls geht ja nicht verloren, falls der Asteroid vom Planeten abgebremst wurde und in Richtung Sonne gelenkt wurde, so überträgt sich die Impulsdifferenz auf den Planeten. Der Planet gerät auf eine höhere Bahn, auch wenn dies nur ein paar cm sein dürften multipliziert mit meheren Millionen Asteroiden über einen Zeitraum von meheren Millionen Jahren ergibt sich eine nicht zu vernachlässigende Entfernung. Das selbe nur in die andere Richtung geschieht, wenn der Asteroid beim Vorbeiflug vom Planeten beschleunigt wird, dann überträgt der Planet seinen Impuls auf den Asteroiden. In diesem Fall fliegt der Asteroid aus dem Sonnensystem hinaus. Der Planet hingegen gerät auf eine niedriegere Bahn. Ist alles im Link den Bynaus geschickt hat erklärt, nochmals vielen Dank für den Link.
    Nochmals zurück zum eigentlichen Thema die Erde von der Sonne wegbewegen.
    Bynaus hat natürlich Recht, dass im Sonnensystem eine Art Gleichgewicht herrscht. Mit einer Verschiebung könnte das System in der Tat destabilisiert werden, man müsste daher feststellen, wie weit man die Erde verschieben könnte ohne eine Destabilisierung hervorzurufen. Zum Glück nimmt die Intensität des Lichts mit den Quadrat zur Entfernung ab. Selbst wenn man es schaffen würde die Erde nur um 0,2 AE zu verschieben, würde man damit schon einiges erreichen. Weiß jemand vielleicht wie schnell die Lichtstärke der Sonne zunimmt, also wieviel Prozent in 1 Mrd. Jahre? Dann könnte man abschätzen was 0,2 AE bringen würde. Der Mars könnte bei diesem Vorhaben jedoch Tatsächlich zum Problem werden, es sei denn man würde ihn auch so verschieben, dass er nicht stört.

    Grüße
    Polaron
    Geändert von Polaron (14.02.2017 um 20:37 Uhr)

  7. #7
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    Auf der Hauptreihe nimmt die Sonnenstrahlung etwa um 10% pro Jahrmilliarde zu. Aber gegen Ende gehts dann immer schneller (obwohls auch mal eine Pause gibt, und sogar eine zeitweise Umkehrung, wenn die Sonne zu einem Helium-fusionierenden Stern - ein sogenannter Klumpengigant - wird). Ich glaube mich zu erinnern, dass bei der maximalen Helligkeit ein erdähnlicher Strahlungsfluss irgendwo jenseits des Uranus erwartet wird.

    Ich denke nicht, dass mal jemand simuliert hat, was mit dem inneren Sonnensystem geschehen würde, wenn man die Erde langsam nach aussen verschiebt. Müsste man mal...

    Man darf aber nicht vergessen, dass auch die Erde selbst abkühlt. Wenn die Plattentektonik in der Zukunft irgendwann zum Erliegen kommt, hilft alles Verschieben nix.
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  8. #8
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    Dies stimmt natürlich, wenn die Plattentektonik zu Erliegen kommt ist die Erde geologisch so gut wie tot. Auch der flüssige Eisenkern kühlt mit der Zeit langsam ab, mit dem Resultat dass der feste Eisenkern immer größer wird. Da der flüssige Kern für die Bildung des Magnetfelds verantwortlich ist, sollte auch das Magnetfeld mit der Zeit schwächer werden. Irgendwann wird dieses zu schwach sein um uns vor dem Sonnenwind zu schützen, dann ist es auch vorbei.
    Auch das CO2 nimmt im Laufe der Zeit, bedingt durch die schwächer werdenede Plattentektonik in der Erdatmosphäre ab (der vom Menschen verursachte Anstieg ist in so großen Zeiträumen zu vernachlässigen und spielt keine Rolle). Deswegen ist die Temp. während der Erdgeschichte einigermaßen stabil geblieben (mit einigen Außnahmen wie z.B. zur Zeit der Perm-Trias Grenze oder der Snowball-Earth Periode vor ca. 600 Mio. Jahren). Als die Sonneneinstrahlung schwächer war hatte die Erde einen größeren Treibhauseffekt und umgekehrt. Aber irgendwann könnte der CO2 Gehalt so weit absinken, dass Pflanzliches Leben nicht mehr gedeihen könnte, dann wäre ebenfalls Schluss.
    Da ich Geowissenschaften studiert habe, kenne ich mich mit diesem Gebiet ziemlich gut aus, sobald ich mich aus den Vorlesungen erinnern kann werden diese Effekte jedoch relativ spät einsetzten. Den genauen Zeitpunkt kann man jedoch sehr schwer vorhersagen, sehr wahrscheinlich nicht bevor 1 Mrd. Jahre vergangen sind oder sogar noch später. Nach jetzigem Stand des Wissen sieht es wohl eher danach aus, dass die Sonne das Leben auf der Erde beendet in dem es zu heiß wird.

    Grüße
    Polaron
    Geändert von Polaron (15.02.2017 um 10:12 Uhr)

  9. #9
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    Irgendwann wird dieses zu schwach sein um uns vor dem Sonnenwind zu schützen, dann ist es auch vorbei.
    Naja, nicht sofort. Es würde immer noch hunderte von Jahrmillionen, wenn nicht sogar Jahrmilliarden dauern, um die Atmosphäre abzutragen.

    Weil ich vermute, zu wissen, was du damit sagen willst: Dass das Magnetfeld uns vor der kosmischen Strahlung (solar und galaktisch) schützt, ist teilweise ein Mythos: es stimmt zwar, dass es einen gewissen Schutz bietet, aber wenn es wegfällt (etwa während einer magnetischen Umpolung), dann schützt uns die Atmosphäre genauso (eine Umpolung hat z.B. keinerlei Auswirkungen auf die Biodiversität). Das sieht man z.B. daran dass Astronauten auf der ISS (ausserhalb der Atmosphäre, aber innerhalb des Magnetfeldes) schon sehr viel höheren Strahlungsdosen ausgesetzt sind als wir auf der Erde (und selbst auf der ISS blockt die Erde fast die Hälfte der kosmischen Strahlung ab).

    Das Magnetfeld ist deshalb wichtig für die Erde, weil es die relativ dünne Erdatmosphäre über geologische Zeiträume von der Erosion durch den Sonnenwind bewahrt. Auch Mars hatte einst wohl eine 1-2 bar Atmosphäre, die er, nach dem Verschwinden des Magnetfeldes, an den Sonnenswind verloren hat. Die Venus hat auch kein Magnetfeld, aber eine sehr viel dichtere Atmosphäre, die entsprechend schwieriger abzutragen ist.

    Auch das CO2 nimmt im Laufe der Zeit, bedingt durch die schwächer werdenede Plattentektonik in der Erdatmosphäre ab (der vom Menschen verursachte Anstieg ist in so großen Zeiträumen zu vernachlässigen und spielt keine Rolle).
    Es stimmt, dass das CO2 abnimmt, aber das hat wohl nicht (oder sicher nicht nur) mit der schwächer werdenden Plattentektonik zu tun, sondern damit, dass bei höheren Temperaturen der Silikat-Kohlenstoff-Zyklus effizienter läuft. Das heisst, bei höheren Temperaturen ist CO2 effizienter darin, Silikate zu verwittern (und, mit Hilfe der Biosphäre, am Ende als Kalk eingelagert zu werden), was dazu führt, dass mehr CO2 aus der Atmosphäre gebunden wird. Es ergibt sich ein Gleichgewicht zwischen dem CO2-Ausstoss der Vulkane, der Strahlungsintensität der Sonne und dem (langfristigen) CO2-Gehalt der Atmosphäre. Je stärker die Sonnenstrahlung in diesem System, desto geringer muss die CO2-Konzentration werden. Etwa 1 Milliarde Jahre in der Zukunft oder so (wie du schreibst) wird dieses System dazu führen, dass (heutige) Pflanzen nicht mehr genügend CO2 aus der Atmosphäre bekommen.

    Schwächer werdende Plattentektonik wird allerdings auch dafür sorgen, dass immer mehr CO2 in der Atmosphäre bleibt. Denn die wichtigste Rolle der Plattentektonik im Kohlenstoff-Kreislauf ist das Entfernen grosser Mengen Kohlenstoff (in Form von Kalk in Tiefseesedimenten, die an Subduktionszonen ins Erdinnere zurück kehren) von der Oberfläche. Käme dieser Prozess zum Erliegen, bliebe das CO2 in Oberflächennähe und würde so langfristig - weil CO2 in Kalk und in der Atmosphäre ebenfalls ein Gleichgewicht bilden - zu einer Erhöhung des CO2-Gehaltes in der Atmosphäre führen. Denn die Ausgasung von CO2 aus dem Mantel würde ja weiter gehen, selbst wenn die Platten zum Stillstand kommen. Der Vulkanismus ist dann nicht mehr kontinuierlich entlang von Plattenrändern, sondern würde sich wohl eher episodisch (Flutbasalte) abspielen.

    Nun kann man das so sehen, dass die steigende Strahlungsintensität der Sonne, und die erlahmende Plattentektonik Gegenspieler sind, die um den CO2-Gehalt der Erdatmosphäre kämpfen - irgendwas wird am Ende nachgeben müssen, und das sind, vermutlich, die habitablen Bedingungen an der Oberfläche. Einen anderen stabilen Endzustand eines solchen Systems sieht man nämlich bei der Venus: keine Plattentektonik, kein Wasser, und alles CO2 in Gasform in der Atmosphäre. Und, ja, 470°C Oberflächentemperatur...
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  10. #10
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    Hast mit deinen Ausführungen sicherlich recht, allerdings stimmt es nicht automatisch, dass das CO2 von sich aus bei höheren Temperaturen effizienter bei der Silikatverwitterung ist. Dazu gehört noch der Wasserkreislauf. Bei höheren Temperaturen gibt es mehr Wasserdampf in der Atmosphäre, dieses bindet sich mit dem CO2 zu Kohlensäure, die dann mit dem Stein reagiert und sich mit den Silikaten verbindet. Es kommt noch darauf an wo sich der Regen abregnet. Dies war auch der Auslöser von Snowball Earth damals lagen die Kontinente alle in der Nähe des Äquators also dort wo es Warm ist und wo es häufig regnet. Somit konnte sehr viel CO2, später in Form von Kohlensäure mit den Silikaten reagieren. Es wurde so viel CO2 gebunden, das die Erde schließlich anfing zu vereisen. Dies veränderte auch die Albedo so wurde es noch kälter, resultat die Erde war eine Zeitlang fast komplett vereist. Würden die Kontinente wo anders liegen zum Bsp. in den Trockenzonen oder weiter im Norden würde wahrscheinlich nichts passieren, obwohl die Globale Durchschnittstemperatur die selbe gewesen wäre. Wenn am Äquator hauptsächlich Wasser ist so gibt es kein Silikat mit dem die Kohlensäure im Regen reagieren kann.
    Zur Plattentektonik, ja ich habe einiges außer acht gelassen, die Ozeanischen Platten nehmen beim subduzieren auch Fluide (Wasser, CO2) mit sich. Fluide bewirken eine Absenkung des Schmelzpunktes von Gestein, weshalb sich an den Subduktionszonen schneller Magma bildet als irgendwo anders in der Erdkruste. Das Gestein in der Ozeanischen Kruste wird somit zu einem Teil wieder eingeschmolzen und das CO2 wieder freigesetzt. An den Vulkanen der Subduktionszonen gelangt es wieder in die Atmosphäre. Da dies nur einen Teil betrifft hast du absolut Recht, dass die Subduktion das CO2 aus der Atmosphäre entfernt.
    Ohne Subduktion würde es keine Vulkane an den Subduktionszonen geben, also würde es diese CO2 Quelle nicht mehr geben. Dennoch hast du Recht, dass dann von Zeit zu Zeit Plums aufsteigen könnten und das CO2 in Basalteruptionen freisetzen würde. Jedoch kühlt auch der Erdmantel mit der Zeit ab, somit würde auch die Wahrscheinlichkeit solcher Ausbrüche sinken.
    Wie gesagt die 1 Mrd. sind nur ein Richtwert es ist ziemlich sicher, dass die Plattentektonik der Kohlenstoffkreislauf und auch das Magnetfeld in dieser Zeit noch da wären. Was danach passiert weiß man nicht wirklich wahrscheinlich ist es jedoch, dass diese Prozesse noch eine ganze Weile darüber hinaus existieren könnten. Es könnte durchaus sein, dass es 2 Mrd. Jahre dauern könnte ehe die Plattentektonik und andere Mechanismen auf Erde zum Stillstand kämen. Versteh mich nicht falsch ich habe mich auf die 1 Mrd. Jahre nicht festgelegt.
    In dieser Zeit würde uns jedoch die Sonne bereits zum Verhängnis geworden sein. Irgendwann ist die Silikatverwitterung nicht mehr im Stande die höhere Einstrahlung der Sonne durch einen niedrigeren Treibhauseffekt auszugleichen. Es würde trotz einem sehr niedrigen CO2 Gehaltes immer wärmer werden, der Wasserdampf würde zunehmend als Treibhausgas fungieren und das System würde kippen.

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