Der Exoplaneten - Thread

[Thomas W. Riker]

Die Astronomen sind z.Z. skeptisch, weil dieser etwa erdgroße Planet in dieser Nähe an einem sonnengroßen Stern an der Nachweisgrenze ist.
Er zieht, wenn er aus unserer Sicht vor oder hinter dem Stern ist gerade mal 1,8 km/h. Wenn die Unlaufperiode von ~3 Tagen durch andere Systeme bestätigt wird, dann wäre das ein großer Detektionserfolg.
Ein wesentlicher Schritt in der Wissenschaft ist eben die Überprüfbarkeit, bzw Reproduzierbarkeit von Ergebnissen.

[Anaxagoras]

Leider werden auch oft Meldungen rausgehauen ohne das es wirklich Beweise gibt. Ist nunmal das Problem das verschiedene Forschergruppen konkurieren, der was findet bekommt natürlich auch mehr Geld.

Bzgl, Biosphäre, ich glaube wenn man in der Lage ist irgendwann Sonden zu anderen Sternen zu schicken, werden die Technik wahrscheinlich so hoch entwickelt sein das man die Daten auch bekommt ohne auf dem Planeten zu landen.

[xanrof]

Leider werden auch oft Meldungen rausgehauen ohne das es wirklich Beweise gibt. Ist nunmal das Problem das verschiedene Forschergruppen konkurieren, der was findet bekommt natürlich auch mehr Geld.

Dann ist die Meldung aber nix wert.
Normalerweise gilt: keine Peer-Review Artikel => kein Geld

Bzgl, Biosphäre, ich glaube wenn man in der Lage ist irgendwann Sonden zu anderen Sternen zu schicken, werden die Technik wahrscheinlich so hoch entwickelt sein das man die Daten auch bekommt ohne auf dem Planeten zu landen.

Kann sein. Aber wenn (wie auf einigen Monden vermutet) unter einem km-dickem Eispanzer ein Ozean sein soll, wird man sich da durchbohren oder -schmelzen muessen, um was zu finden.

[Liopleurodon]

Kann sein. Aber wenn (wie auf einigen Monden vermutet) unter einem km-dickem Eispanzer ein Ozean sein soll, wird man sich da durchbohren oder -schmelzen muessen, um was zu finden.

Korrekt.

Aber auch bei einem Erdenzwilling hätte Fernaufklärung ihre Grenzen. Man könnte sicher Meere und Vegetationsdecken kartografieren. Spektralanalysen der Oberfläche könnten Hinweise auf die Beschaffenheit der dominanten Photopigmente liefern, auch die Zusammensetzung der Atmosphäre könnte auf diese Weise gemessen werden. Aber schon um die Formenvielfalt und erst recht die biochemische Natur des fremden Lebens zu ergründen, müsste man landen.

Und an alle, die hier mit superstarken Teleskopen auf der Raumsonde argumentieren: von einem Ozean oder einen Regenwald sähe man von oben auch nur die Oberfläche. Das ganze Gewusel darunter bliebe verborgen.

[Thomas W. Riker]

Das sicherste Kriterium für eine mögliche Biosphäre auf Exoplaneten wäre wohl der Nachweis einer Ozon-Schicht.

[Liopleurodon]

Das sicherste Kriterium für eine mögliche Biosphäre auf Exoplaneten wäre wohl der Nachweis einer Ozon-Schicht.

Aber auch ein sehr einschränkendes. Biosphären ohne oxygene Photosynthese würde man damit übersehen. Besser wäre der Nachweis eines chemischen Ungleichgewichtes, das nur durch Lebensvorgänge aufrecht erhalten werden kann. Sauerstoff und Ozon sind dafür gute Kandidaten, aber Methan oder auch Wasserstoff genauso.

[xanrof]

Aber auch ein sehr einschränkendes. Biosphären ohne oxygene Photosynthese würde man damit übersehen. Besser wäre der Nachweis eines chemischen Ungleichgewichtes, das nur durch Lebensvorgänge aufrecht erhalten werden kann. Sauerstoff und Ozon sind dafür gute Kandidaten, aber Methan oder auch Wasserstoff genauso.

Hm, einschraenkend ja, aber dafuer eindeutig (zu interpretieren).
Nicht eingestellte Gleichgewichte koennten auch andere Ursachen haben (vielleicht Zirkulation in der Lithosphaere, aus welchen -anorganischen- Gruenden auch immer)

[Liopleurodon]

Hm, einschraenkend ja, aber dafuer eindeutig (zu interpretieren).

Ein Planet, der sein ozeanisches Wasser durch Photolyse verliert, hätte wohl auch eine Ozonschicht. Bei zu hoher Sonneneinstrahlung würde der Wasserdampf in der Stratosphäre gespalten. Der Wasserstoff entschwindet in den Weltraum, zurück bleibt Sauerstoff und - unter UV-Einwirkung - Ozon.

Nicht eingestellte Gleichgewichte koennten auch andere Ursachen haben (vielleicht Zirkulation in der Lithosphaere, aus welchen -anorganischen- Gruenden auch immer)

Für sich alleine genommen ist keiner der vorgeschlagenen Biomarker wirklich eindeutig. Auch für die Spuren von Methan auf dem Mars wurde schon eine chemische Erklärung vorgeschlagen.

[Rarehero]

Der Wasserstoff entschwindet in den Weltraum, zurück bleibt Sauerstoff und - unter UV-Einwirkung - Ozon.

Das aber nach kurzer Zeit zerfällt. Und wenn die Ozeane erst einmal verschwunden sind, verschwindet auch das Ozon. Wir würden diese Welt zufällig genau in dem kurzen Zeitraum beobachten, in dem Ozeane auf dieser Welt existieren. Wenn ich mir irre, bitte ich um Aufklärung und den Input neuen Wissen.

[Liopleurodon]

Das aber nach kurzer Zeit zerfällt. Und wenn die Ozeane erst einmal verschwunden sind, verschwindet auch das Ozon. Wir würden diese Welt zufällig genau in dem kurzen Zeitraum beobachten, in dem Ozeane auf dieser Welt existieren. Wenn ich mir irre, bitte ich um Aufklärung und den Input neuen Wissen.

Die Verdampfung eines ganzen Weltmeeres und die Zersetzung seines Wassers würde auch ca. eine halbe Milliarde Jahre dauern. Ich habe gerade nicht alle Zahlen zur Hand, aber der irdische Wasservorrat ergäbe als Wasserdampf einen Atmosphärendruck von 270 bar. Soviel Wasser zu spalten und zu verlieren braucht seine Zeit, zumal der Effekt nur in der Stratosphäre greift.

Ein Ozeanplanet mit dem zehnfachen Wasservorrat bräuchte sogar noch länger.

Die treibende Kraft bei diesem Prozess ist die Leuchtkraftzunahme des alternden Sterns und damit auch die von ihm ausgehende Wärmestrahlung. In unserer heutigen Welt befindet sich nur ein kleiner Bruchteil eines Prozents des atmosphärischen Wasserdampfes in der Stratosphäre. In einer Endzeitwelt sollen es jedoch bis zu 20% sein, die dann angreifbar wären.

[Dannyboy]

Die Verdampfung eines ganzen Weltmeeres und die Zersetzung seines Wassers würde auch ca. eine halbe Milliarde Jahre dauern.

Das wäre dann also ein ausgesrpochen junges System.

Ich habe gerade nicht alle Zahlen zur Hand, aber der irdische Wasservorrat ergäbe als Wasserdampf einen Atmosphärendruck von 270 bar. Soviel Wasser zu spalten und zu verlieren braucht seine Zeit, zumal der Effekt nur in der Stratosphäre greift.

Dann wäre wohl auch nicht mit viel Sauerstoff in der Atmosphäre zu rechnen.

[Liopleurodon]

Das wäre dann also ein ausgesrpochen junges System.

Der Wasserverlust kann sowohl am Anfang wie auch am Ende der Karriere eines Planeten stehen. Die Venus hat diese Phase schon hinter sich, die Erde noch vor sich.

Dann wäre wohl auch nicht mit viel Sauerstoff in der Atmosphäre zu rechnen.

Für die Erde wird von einer Ozonschicht schon weit im Proterozoikum ausgegangen. Da war der Sauerstoffgehalt auch noch deutlich unter 1%.

[Bynaus]

Der Planet um Alpha Centauri B ist sicher eine faszinierende Entdeckung. Hoffen wir, dass es auch wirklich eine solche ist, und sich die Entdeckung von den anderen zwei Gruppen, die derzeit intensiv nach Planeten um diesen Stern suchen, bestätigen lässt.

Ein paar Anmerkungen zu verschiedenen Aussagen hier im Thread:

Erstens, auch dieser Planet ist eine sonnennahe Gluthölle. Wie kam er so nahe an seinen Stern? Wahrscheinlich durch Migration, was blöd ist für die Planeten, durch deren Bahn er migriert ist.

Wenn es ein Hot Jupiter wäre, ja. Aber es ist ein erdgrosser Felsplanet. Migration kann es da auch "im Gleichschritt" geben, das heisst, mehrere kleine Planeten können miteinander auf den Stern zu-migrieren. Oder aber, wenn die Scheibe massiv genug ist, könnten sie vielleicht auch direkt vor Ort entstanden sein. Wir wissen dank dem Kepler-Teleskop, dass solche kompakten Systeme von mehreren, ungefähr erdgrossen Felsplaneten nicht wirklich selten sind. Im Kepler-Feld gibts mehrere davon, z.B. die Planeten um Kepler-11. Kleine Planeten kommen oft im Multipack, auch das ist eine Lektion von Kepler. Deshalb gibt es eine realistische Chance, dass Alpha Cen B noch weitere Planeten weiter aussen hat.

Zweitens haben sowohl Alpha Centauri A als auch B deutlich höhere Metallwerte in ihren Photosphären als die Sonne. Es gab da mal eine Studie, die gezeigt hat, dass Sterne mit Planeten in aller Regel weniger Metalle aufweisen als Sterne ohne Planeten. Dies wurde damit erklärt, dass die von den Planeten auf den Stern ausgeübten Gezeitenkräfte eine effektivere Durchmischung des Sterns bewirken, was die Metallkonzentration in der Photosphäre verringert.

Auch hier muss man vorsichtig sein, dass man nicht verschiedene Dinge durcheinander wirft.
- Ja, die Sterne von Alpha Cen sind etwas metallreicher als die Sonne.
- Höhere Metallizität (über alle Metalle) bedeutet generell eine höhere Chance auf Gasriesen (nicht aber auf Neptune und Supererden)
- Das Metall, auf das du dich hier beziehst, ist Lithium. Dieses wird in den Fusionsprozessen im Sterninneren zerstört. Wenn der Stern nicht "voll-konvektiv" ist, dh, nicht alles Material durch den Kern zwängt, sondern eine Schicht besitzt, die immer oben bleibt, kann das Lithium dort überleben (weil in dieser Zone keine Fusionsprozesse stattfinden). Gibt es einen nahen, massiven Planeten, kann das die Konvektivität des Sterns erhöhen, so dass ein höherer Anteil des Lithiums in den Kern gemischt wird. Dafür brauchts aber massive Planeten, ein solcher Winzling wie Alpha Cen B b ist wohl zu klein dafür.

Dennoch hätte es ja sein können, dass auf einige zehn Lichtjahre keine Exoplaneten existieren.

Der nächste findet sich bei Epsilon Eridani, in 11 LJ. Aus Abschätzungen, die aus den Kepler-Beobachtungen und den Radialgeschwindigkeits-Studien gemacht wurden, kommt man darauf, dass mindestens 50% aller Sterne mindestens einen Planeten (irgend einer Masse, irgend einer Entfernung zum Stern) haben. Da wäre es schon sehr überraschend gewesen, wenn es bis in grosse Entfernung keine Exoplaneten gegeben hätte. Aber nun hat man, wie du sagst, den konkreten Beleg dafür, dass diese Vermutung richtig war.

Die Belege für Planeten in Doppel- und Mehrfachsystemen waren und sind bisher eher anekdotischer Natur. Man kann immer noch keine statistisch standfesten Modelle für die Bildung von Planeten in solchen Systemen aufstellen.
(...) Möglicherweise ist dies der einzige Bereich, wo die Planetesimale eine Chance hatten, sich zu verklumpen.

Es gibt eine hohe Anzahl von Planeten in Doppel- und Mehrfachsystemen. Es gibt sogar einige Beispiele, wo die Planeten ein Doppelstern-Paar umkreisen. Seit vielen Jahren gibt es Modelle zu den Stabilitätszonen um Mehrfachsysteme, die auch durch Beobachtungen (etwa Planeten in Mehrfachsystemen, oder entsprechende Staubscheiben) gestützt werden. Eine empirische Regel, die sich daraus ableiten lässt, ist, dass Bahnen in einer Entfernung von bis zu etwa einem Fünftel bis Viertel der Distanz der nächsten Annäherung der Sterne typischerweise stabil sind. Im Alpha Cen System wären das also etwa 2 - 2.5 AU um jeden der beiden Sterne. Weiter sind sie auch im vier bis fünffachen Abstand der grössten Entfernung der beiden Sterne wieder stabil, bei Alpha Cen also jenseits von 140 - 175 AU.

Bei Alpha Centauri war man sich aber durchaus uneinig, ob nicht nur Planetesimale auf stabilen Bahnen existieren können, sondern ob sich auch tatsächlich Planeten daraus bilden können. Offenbar geht es.

So fehlen in diesem System bisher Hinweise auf eine eigene Oort-Wolke.

Naja, diese wird man nie finden (ausser man fliegt hin und schaut nach). Wir sehen ja nicht einmal unsere eigene Oort-Wolke - wir sehen nur die indirekte Folge ihrer Anwesenheit (langperiodische Kometen mit einer charakteristischen Aphel-Distanz) und schliessen so auf ihre Existenz.

Wenn man den Modellen Glauben schenkt, dass vor allem die inneren Planeten eines Sonnensystems ihr Wasser überwiegend aus Kometen beziehen

Zumindest die Ozeane der Erde haben das falsche H/D-Verhältnis, als dass sie aus Kometen stammen könnten. Das Wasser stammt wohl aus wasserreichen Asteroiden (dort stimmt auch das H/D-Verhältnis überein). Es ist aber trotzdem richtig, dass die Alpha Cen Planeten demnach knochentrocken sein dürften, denn die "Schneelinie" (also der Bereich, in dem Wasser in der Scheibe zu Eis kondensieren kann) liegt bei beiden Alpha Cen Sternen jenseits der Stabilitätszone.

Auch ist unklar, ob die beiden Sterne an sich schon aureichen würden, um das Sonnensystem zumindest von den größeren Asteroiden zu säubern.

Soviel ich weiss, hat Alpha Cen keinen Infrarotüberschuss - es gibt dort also keinen Staub, und damit wohl auch keine grossen Asteroidenpopulationen. Für Asteroiden gilt das gleiche wie für Planeten - sie könnten nur innerhalb der Stabilitätszonen langfristig überleben. Und diese sind zu nahe an den jeweiligen Sternen, als dass dort Asteroiden langfristig überleben könnten (es gibt nur deshalb erdnahe Asteroiden, weil Jupiter uns ständig mit neuen versorgt - diejenigen, die jetzt hier sind, fallen innerhalb von wenigen zehn Jahrmillionen in die Sonne, werden aus dem System geschleudert oder kollidieren mit Planeten).

Ausserdem ist die solare Ablation, also der Wegtransport von Partikeln durch den Sonnenwind bei einem Proto-Doppelsternsystem (der dritte Begleiter ist weiter aussen) sehr viel groesser als bei einem Einzel-Protostern.

Die Wirkung fällt mit dem Quadrat zum Abstand, im inneren Bereich von ein paar AU trägt der jeweils andere Stern nur ein paar Prozent zum totalen Sonnenwind bei. Das spielt höchstens weit draussen eine Rolle (also jenseits der ~140 AU), aber dort suchen wir ja nicht unbedingt nach Planeten.
Zudem ist die Wirkung des Sonnenwindes für die festen Partikel irrelevant. Ja, das ionisierte Gas wird mitgetragen, aber das hat höchstens eine Wirkung auf die Bildung von Gasriesen. Feste Partikel werden durch Sonnenlicht beschleunigt, aber für praktisch alle ausser den allerkleinsten (submikron-Bereich) führt dies zu einer Wanderung in Richtung Stern, und nicht zu einem "herauspusten" aus dem System.

wobei ich nicht weiss, warum man glaubte, dass ausgerechnet ein Mehrfach-Sternsystem Planeten haben koennten

Weil's halt der nächste Stern ist. Findet man da Planeten, stehen die Chancen gut, dass man sie später einmal mit viel höherer Auflösung beobachten und analysieren kann.

Streng genommen ist es ein Doppelsystem, denn Proxima gehört aller Wahrscheinlichkeit nach nicht dazu, sondern befindet sich nur zufällig gerade in der Nähe. Es könnte sich dabei sehr gut um einen vorbei ziehenden Stern handeln.

So klar ist das nicht. Innerhalb der Unsicherheiten ist sowohl ein gebundener als auch ein ungebundener Orbit möglich, aber ein gebundener Orbit scheint wahrscheinlich. Siehe hier: Are Proxima and alpha Centauri Gravitationally Bound?

Sauerstoff und Ozon sind dafür gute Kandidaten, aber Methan oder auch Wasserstoff genauso.

Also gibt es Leben auf Titan? Wichtig ist nicht der Stoff, sondern das chemische Ungleichgewicht: in diesem Fall sind Kombinationen aussagekräftiger als die Entdeckung des Stoffes an sich: Ozon + Methan würden darauf hindeuten, dass es da sowohl einen Prozess gibt, der Sauerstoff produziert, als auch einen, der Methan produziert. Methan wird in einer Sauerstoffatmosphäre schnell oxidiert. Ein Planet mit einer Sauerstoff UND Methanquelle wäre ein guter Kandidat für die Suche nach einer Biosphäre (aber natürlich auch nicht mehr).

Ozon allein ist kein guter Indikator. Auch in der Venus-Atmosphäre und über den Jupitermonden gibt es Ozon. Die Menge und das Verhältnis zu den anderen Elementen in der Atmosphäre sind entscheidend.

Dann wäre wohl auch nicht mit viel Sauerstoff in der Atmosphäre zu rechnen.

Wenn es sich um einen Ozeanplaneten handelt, wird der Sauerstoff nicht mit der Oberfläche reagieren können. Er wird sich zwar teilweise im Meer lösen, aber so lange die Gravitation hoch genug ist, bleibt er in der Atmosphäre.

Für die Erde wird von einer Ozonschicht schon weit im Proterozoikum ausgegangen.

Soviel ich weiss war die Konzentration erst am Anfang des Phanerozoikums hoch genug, um für eine wirksame Ozonschicht zu sorgen. Offenbar gibt es dazu aber verschiedene Meinungen (siehe erster Link unten), aber die hängen vor allem davon ab, dass man nicht weiss, wie sich die Sauerstoffkonzentration der Erdatmosphäre wirklich entwickelt hat. Man scheint sich immerhin einig zu sein, dass es etwa 10% der heutigen O2-Konzentration (also 2%) braucht, um eine wirksame Ozonschicht zu entwickeln.

The early history of oxygen and ozone in the atmosphere
The Neoproterozoic oxygenation event: Environmental perturbations and biogeochem
The evolution of atmospheric ozone

[Thomas W. Riker]

Hallo Bynaus,
vielen Dank für den qualitativ hochwertigen Beitrag.

Eine Frage: Auf der kepler HP steigt die Zahl der confirmed Exoplanets nur noch langsam an, jetzt ca 80.
Liegt das daran, dass die anderen ca 2200 Kandidaten wahrscheinlich eine längere Umlaufdauer haben und erst ein oder zweimal beobachtet wurden?

[Bynaus]

@TWR: Diejenigen, die man als Kandidaten bezeichnet, haben alle mindestens drei Transits gesehen (deshalb steigt die Anzahl der Kandidaten mit der Zeit).
Die Bestätigung braucht einfach enorm viel Zeit. Radialgeschwindigkeitsmessungen sind auf diese Entfernung schwierig. Man beschränkt sich deshalb auf das Herauspicken der Rosinen, die interessantesten Systeme einerseits (z.B. Mehrfachsysteme, Systeme um Doppelsterne, Systeme mit erdgrossen Planeten, Systeme mit Planeten in der HZ, etc.), und statistischen Betrachtungen des gesamten Datensatzes andererseits. Ich vermute, es werden niemals alle Kandidaten in dem Sinn "bestätigt" werden. Es warten ja eigentlich auch alle auf die 1 AU Planeten: da liegen die wirklichen Schätze begraben. Ich nehme an, wenn die Daten dafür mal draussen sind, wird sich niemand mehr gross für die Bestätigung all dieser heissen Jupiter und Neptune interessieren... (ausser eben, im statistischen Sinn)