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Vor 1995 dachte man, dass alle Planetensysteme so aussehen wie unseres – doch heute wissen wir es besser. Wie wahrscheinlich sind bewohnbare Exoplaneten-Monde, wie etwa Pandora aus „Avatar“?
Die Erklärung schien einleuchtend: Planeten entstehen auf kreisrunden Bahnen in einer Scheibe. Weit vom Stern weg gibt es viele kalte Gase, die zur Bildung von Gasriesen führen. Näher am Stern dran können sich nur Stoffe mit hohen Siedepunkten halten, hier bilden sich Felsplaneten. Ergo, so hiess es vor 1995, müssten die Planetensysteme um andere Sterne ganz ähnlich wie unseres aussehen.
Man hatte sich getäuscht. Der erste entdeckte „Exoplanet“ (ein extrasolarer Planet, das heisst, ein Planet, der um einen anderen Stern als die Sonne kreist) um einen sonnenähnlichen Stern, 51 Pegasi b, hatte eine halbe Jupitermasse – und kreiste in einem zwanzigstel des Abstandes der Erde zur Sonne um seinen Stern. Der „Heisse Jupiter“ war bald nicht mehr allein – Planet um Planet kam hinzu, und heute denkt man, dass ein paar wenige Prozent aller Sterne solche „Heissen Jupiter“ besitzen. Der Beweis, dass es sich bei den „Hot Jupiters“ tatsächlich um Gasriesen vom Kaliber des Jupiters und nicht etwa um überdimensionierte Felsplaneten handelt, kam ein paar Jahre später mit der Entdeckung von HD 209458 b – dem ersten bekannten Exoplaneten, der – von der Erde aus gesehen – vor seinem Stern durchzog und diesen so (in einer Art „Mini-Sternfinsternis“) um etwa ein Promille abdunkelte. Der Planet hatte einen grösseren Durchmesser als Jupiter und konnte daher kein Felsplanet sein.
Daneben wurden Gasriesen auch etwas weiter draussen entdeckt, auch in der „bewohnbaren Zone“, wo die Temperaturen gerade richtig sind, um Wasser in flüssigem Zustand zu halten. Diese Planeten hatten darüber hinaus oftmals auch exzentrische Bahnen, die sie nahe an den Stern heran, und danach wieder weit davon weg tragen. In diesen Systemen gibt es keine Chance auf erdähnliche Felsplaneten in der bewohnbaren Zone.
In James Cameron’s „Avatar“ versucht die Menschheit, den bewaldeten Mond „Pandora“, der um einen Gasriesen im Alpha Centauri System kreist, zu besiedeln, und gerät dabei in Konflikt mit den Na’vi, die dort in einer Harmonie mit der Natur leben, wie es sich nur das Grossstädterherz erträumen kann…
Damit war das alte Bild des vermeintlich „typischen“ Planetensystems endgültig wiederlegt. Einiges später wurden dann doch noch Planetensysteme entdeckt, die unserem eigenen im generellen Aufbau ähnlich sind – doch sie sind bei weitem nicht in der Überzahl. Man schätzt aufgrund heutiger Beobachtungsstatistiken, dass nur etwa ein Sechstel aller Sterne ein Planetensystem ähnlich wie unseres (kreisrunde Bahnen, grosse Gasriesen aussen, eventuell Felsplaneten innen) haben. Zwei weitere „Architekturen“ von Planetensystemen zeichnen sich ab: In einem häufig beobachteten Typ ist das Planetensystem randvoll mit Gasriesen, auf Umlaufbahnen, die nur in der Nähe des Sterns annähernd kreisförmig sind. In einem weiteren Typ tritt ein „Hot Jupiter“ zusammen mit einem übergrossen Felsplaneten (einer „Supererde„) noch näher am Stern auf, während der weite Raum dahinter weitgehend leer (oder vielleicht auch von kleineren Planeten besetzt?) ist. Es zeichnen sich eventuell noch weitere „Architektur“-Typen ab, aber zur Zeit lassen sich darüber noch keine verlässlichen Angaben machen.
Die Erklärung für diese verschiedenen Typen steht jedenfalls noch aus. Es gibt verschiedene Ansätze, etwa die „Migration“ (Wanderung) von Gasriesen durch dichte Staubscheiben, die anschliessende gegenseitige Beeinflussung der Bahn, Kollisionen und Rauswürfe. Oder aber, die Wirkung weit entfernter Begleiter des Sterns, die die Bahn der Planeten verzerren und sie näher an den stern rücken lassen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, Gasriesen wie Sterne aus kollabierenden Gaswolken zu bilden, womit dann zwar die hohe Exzentrizität der Bahnen erklärt würde, sich jedoch eine ganze Reihe anderer Probleme auftut.
Die Feststellung, dass die meisten extrasolaren Planetensysteme ganz anders als unser eigenes aussehen, war eine herbe Enttäuschung für all jene, die da draussen auf eine zweite Erde, auf andere Zivilisationen gehofft hatten. Und bald tauchte bei jedem Gasriesen, der in der bewohnbaren Zone um seinen Stern kreiste, die Frage auf: „Vielleicht hat er ja bewohnbare Monde?“
Isaac Asimovs Buch „Nemesis“ aus dem Jahr 1989 behandelt einen bewohnbaren Exomond, „Erythro“ genannt, der – bemerkenswerterweise – um einen Gasriesen kreist, der seinerseits in nur wenigen Tagen um seinen Stern flitzt. Was damals ein absurdes Konstrukt war, wurde nur wenige Jahre später (allerdings erst nach Asimovs Tod) mit der Entdeckung von 51 Pegasi b bestätigt.
Es ist völlig plausibel, dass auch extrasolare Planeten Monde haben. Fast alle Planeten im Sonnensystem haben Monde, und obwohl die Bestätigung durch die erste direkte (oder indirekte) Beobachtung eines Exoplanetenmondes zur Zeit noch aussteht, dürfte das nur eine Frage der Zeit sein.
Bewohnbare Monde sind seither salonfähig geworden. „Endor“, der von putzigen Pelzkerlchen bewohnte, bewaldete Gasriesen-Mond aus Star Wars, ist ein klassiches Beispiel, das seiner Zeit gewissermassen voraus war. „Pandora“, der traumhaft-hyperästhetische Mond aus dem Film „Avatar“, ist ein moderneres Beispiel (allerdings kreist Pandora um einen Gasriesen im Alpha Centauri System – wir wissen heute sicher, dass Alpha Centauri keinen solchen Gasriesen hat, denn auf der Bahn, auf der er stabil wäre, hätte man ihn mittlerweile entdecken müssen). Ein anderes ist der Dokumentarfilm „Alien Planet“, oder eine Folge der Serie Star Trek: Enterprise, die zeigt, dass die Heimatwelt der Andorianer ein bewohnbarer Mond ist. Könnte es sein, dass tatsächlich viele, oder gar die meisten bewohnbaren Welten im Universum Monde von Gasriesen sind?
Interessanterweise ist ein bewohnbarer Gasriesen-Mond schwieriger zu haben als man denken könnte. Zunächst einmal muss seine Bahn stabil sein. Er darf von seinem Planeten nicht weiter als etwa einen halben „Hill-Radius“ entfernt sein, damit seine Bahn über lange Zeit stabil bleibt (und er nicht etwa früher oder später von seinem Planeten wegwandert oder mit diesem zusammenstösst). Die Erde hat einen „Hill-Radius“ (der etwa die Entfernung beschreibt, bei der die Gravitation des Planeten über die Gravitation seines Sterns überwiegt) von etwa 1.5 Millionen Kilometern, der Mond (in 384000 km Entfernung) bleibt uns also noch etwas erhalten. Die Gasriesen unseres Sonnensystems haben ihr „Mondpotential“ fast völlig ausgeschöpft, sie haben Monde bis hinaus zu einem halben Hill-Radius. Das Problem ist bloss: je näher ein Planet sich am Stern befindet, desto stärker wird die Gravitation des Sterns, und damit desto kleiner der Hill-Radius. Der Hill-Radius eines Hot Jupiters, der in wenigen Stunden oder Tagen um seinen Stern rast, ist kaum grösser als der Planet selbst, das heisst, diese Planeten können definitiv keine stabilen Monde haben. Aber was ist mit Planeten weiter draussen, etwa in der bewohnbaren Zone?
Der Hill-Radius berechnet sich folgendermassen: r(hill) = a(1-e)(m/3M)^(1/3), wobei a die mittlere Entfernung des Planeten von seinem Stern, e die Exzentrizität seiner Bahn, m die Planetenmasse und M die Sternmasse darstellt (alles in SI-Einheiten). Ein Planet mit einer Jupitermasse, der in der Entfernung der Erde auf einer kreisrunden Bahn um einen Stern wie die Sonne kreist, hätte also einen Hill-Radius von rund 10 Millionen km. Das heisst, stabile Bahnen für Monde gäbe es bis hinaus zu maximal 5 Mio km Entfernung. Jupiter hat in dieser Entfernung keine Monde, der grösste galileische Mond Kallisto kreist in 1.8 Mio km Entfernung, der nächstäussere in 7 Mio km Entfernung zum Gasplaneten. In 5 Mio km Entfernung hätte ein Mond eine Umlaufzeit von etwa 70 Tagen. Das Problem: ein Mond zeigt seinem Planeten immer die gleiche Seite, eine Folge der Gezeitenkräfte, die zwischen den beiden Himmelskörpern wirken. Das heisst, eine Nacht auf diesem Mond würde 35 Erdtage dauern. Kann sich unter diesen Bedingungen eine stabile Biosphäre ausbilden? Vielleicht. Rücken wir den bewohnbaren Mond näher an den Gasriesen heran (oder erhöhen wir die Masse das Gasriesen), nimmt die Tagesdauer ab – aber wir rücken den bewohnbaren Mond damit auch gefährlich nahe an die Strahlungsgürtel des Gasriesen.
Gasriesen (wie auch einige Felsplaneten wie die Erde) haben starke Magnetfelder – diese fangen geladene Teilchen des Sonnenwindes ein und lassen sie im Magnetfeld hin- und herkreisen, in bestimmten Zonen, die man Strahlungsgürtel nennt. Hochenergetische Teilchenstrahlung ist jedoch für Lebewesen nicht besonders gesund. Die sogenannten „Van-Allen“-Strahlungsgürtel der Erde etwa wären für jeden Astronauten, der sich längere Zeit darin aufhält (mehrere Wochen oder Monate) tödlich. Das gilt in verstärkter Weise für die Monde des Jupiters, dessen Strahlungsgürtel noch viel intensiver sind. Es ist deshalb unwahrscheinlich, dass jemals ein Mensch auf der Oberfläche der Jupitermonde Io und Europa stehen wird, und auch ein Aufenthalt auf Ganymed dürfte für längere Zeit ausgeschlossen sein. Einzig Kallisto kreist (von den grossen galileischen Monden) ausserhalb der Strahlungsgürtel um Jupiter. Neben der Gefahr für Lebewesen haben Stralungsgürtel auch Auswirkungen auf dünne Atmosphären: sie werden durch das ständige Bombardement erodiert und verflüchtigen sich ins All.
Das heisst, wenn der Tag-Nacht-Zyklus nicht zu lange werden soll, wir also den Mond nahe an seinen Gasriesen rücken, muss die Atmosphäre entsprechend dicht sein, um die Bewohner vor der gefährlichen Strahlung der Strahlungsgürtel zu schützen. Eine dichte Atmosphäre könnte darüber hinaus helfen, die Temperatur-Unterschiede zwischen Tag und Nacht (die bei langen Tag-Nacht-Zyklen umso extremer ausfallen) zu glätten. Doch für eine dichte Atmosphäre braucht es eine grosse Masse, und hier sind wir beim dritten Problem.
Das Verhältnis der Masse der Monde zu ihrem Gasriesen scheint – zumindest im Sonnensystem – einem ganz bestimmten Verhältnis zu genügen: Der Gasriese ist stets rund 5000 Mal massiver als all seine Monde zusammen. Das stimmt für Jupiter, Saturn und Uranus erstaunlich genau. Es stimmt nicht für Neptun, doch bei diesem geht man davon aus, dass er seinen grossen Mond Triton eingefangen hat, als Neptun in die Zone hinaus wanderte, in der er heute kreist. Da Triton mit seiner rückläufigen Bahn die meisten ursprünglichen Neptun-Monde aus der Bahn geworfen haben dürfte, würde man auch nicht erwarten, dass das Verhältnis hier stimmt. Man vermutet (gestützt auf Computersimulationen), dass das beobachtete Verhältnis 5000:1 eine typische Folge des Entstehungsmechanismus dieser Monde ist. Mit anderen Worten – die Zahl ist prinzipiell auch auf Planeten ausserhalb des Sonnensystems anwendbar. Die Verteilung dieser Masse auf die einzelnen Monde kann allerdings sehr unterschiedlich sein: bei den vier galileischen Monden Jupiters ist sie praktisch gleichmässig auf alle vier Monde verteilt. Genauso bei Uranus – bei Saturn hingegen konzentriert sich fast alle Mondmasse in einem einzigen Mond (Titan).
Wenn wir davon ausgehen, dass vielleicht eine halbe Erdmasse nötig ist, um eine ausreichende Atmosphäre zu binden (angesichts dessen, dass Gezeitenkräfte den Mond zusätzlich erhitzen, kann diese Welt vielleicht auch mit etwas weniger Masse vor dem frühzeitigen Auskühlen bewahrt werden), dann muss der Gasriese also etwa 2500 Erdmassen (oder rund 8 Jupitermassen, deutlich mehr als der typische Exoplanet) haben. Falls eine Erdmasse das Minimum darstellt, müsste der Gasriese schon 16 Jupitermassen schwer sein, womit er ein „Brauner Zwerg“ wäre, eine Art verhinderter Stern.
Alternativ wäre denkbar, dass der Gasriese den bewohnbaren Mond irgendwann einfängt – wie Neptun dies mit Triton getan hat. Allerdings bedingt ein Einfang immer auch den Auswurf eines zweiten Körpers (der Impulserhaltung wegen), das heisst, der „Mond“ müsste vor seinem Einfang selbst einen kleinen Mond besessen haben (davon geht man auch bei Triton aus), vielleicht einen, der wiederum durch eine Kollision entstanden ist…
Last but not least sollte der Gasriese sich auf einer nicht allzu exzentrischen Bahn um seinen Stern befinden. Eine Exzentrizität von 0.2 würde ungefähr zur gleichen saisonalen Intensitätsschwankung der Sternstrahlung führen, wie die Neigung der Erdachse (mit dem Unterschied, dass dann eben auf dem ganzen Planeten bzw Mond gleichzeitig Sommer / Winter herrscht). Die meisten massiven Gasriesen in der bewohnbaren Zone haben aber relativ grosse Exzentrizitäten.
Zusammenfassend kann man also sagen, dass der Planet entweder sehr massiv sein muss, oder dass eine glückliche Verkettung von Zufällen zum Einfang eines grossen Mondes geführt haben könnte. Die Exzentrizität der Bahn des Planeten, um den der Mond kreist, darf nicht zu gross sein. Dann darf der Mond nicht zu weit weg, aber auch nicht zu nah an seinem Planeten kreisen, und seine Bewohner müssen sich auf lange Tag-Nacht-Zyklen einstellen. Bewohnbare Exomonde sind also durchaus möglich – aber wohl nicht besonders häufig.
Heute bekannte extrasolare Planeten, die bewohnbare Exomonde haben könnten: (Masse > 8 Jupitermassen, Bahnexzentrizität <0.2, Entfernung zu ihrem Stern in der bewohnbaren Zone) HD 38801 b, Gamma 1 Leo b. Bei etwas höheren Exzentrizitäten könnten auch noch HD 33564 b (e=0.34) und 30 Ari B b (e=0.29) bewohnbare Monde besitzen.
Juni 2022: Der Artikel ist mittlerweile ja schon etwas älter, und meines Wissens nach wurden in den letzten Jahren sowohl beim Jupiter (79) als auch beim Saturn (82, Anfang des Jahrtausends noch 17, wenn ich mich nicht täusche) immer mehr Monde entdeckt.
Insofern kann die Rechnung mit den Masseverhältnissen ja eigentlich nicht mehr stimmen, oder?
Wenn das korrekt ist, was sind dann die Implikationen (und die Folgen) für die hier vorgestellten Theorien und Rechnungen?
Die bei Jupiter und Saturn entdeckten Monde sind winzig – oft nur ein paar Kilometer im Durchmesser. Deren Einfluss auf das Verhältnis zur Hauptmasse des Planeten wirkt sich höchstens auf eine Stelle weit hinter dem Komma aus. Das Verhältnis von ca. 1:5000 ist deshalb immer noch gültig. Interessant ist allerdings, dass es mittlerweile einen guten Kandidaten für einen „Exomond“ gibt, der allerdings im Verhältnis zu seinem Planeten viel grösser ist: ein Neptungrosser Planet (ca. 20 Erdmassen?) der einen Superjupiter (ca. 10 Jupitermassen oder 3180 Erdmassen) umkreist. Es wird aber davon ausgegangen, dass dieser Mond vom Planeten eingefangen wurde.
In 5 Mio km Entfernung hätte ein Mond eine Umlaufzeit von etwa 70 Tagen. Das Problem: ein Mond zeigt seinem Planeten immer die gleiche Seite, eine Folge der Gezeitenkräfte, die zwischen den beiden Himmelskörpern wirken. Das heisst, eine Nacht auf diesem Mond würde 35 Erdtage dauern.
Ja die Nächte wären zwar lang aber es wird ja nicht abrupt dunkel, dh. es gäbe auch zwei mal eine längere Zeit so eine Art „Dämmerung“ oder irre ich mich?, dann wäre die Zeit in der es auf dem Mond wirklich kühler und zappenduster wäre doch nicht sooo lang -oder? .
By the way: Würde mich auch interessieren wie J.Cameron sich das bei Polyphemus und Pandora im Film eigentlich vorgestellt hat , es scheint dort ja ein halbwegs irdischer Tag-Nacht-Zyklus zu herrschen.
Ist zwar nicht unbedingt zum eigentlichen Thema passend, aber zu ABPoS Kommentar möchte ich ergänzend hinzufügen: Es gibt zum Beispiel auch elektronische Geräte, welche mit geringen Wechselstrom-Impulsen das Immunsystem anregen, bzw gut gegen z.B. Pilzerkrankungen helfen und das Imunsystem aufbauen & stärken sollen. Die praktische Wirkung eines so genannten \“Zappers\“ kann ich nicht wirklich bestätigen, aber dass solche Impulse auch auf den Menschen Auswirkungen haben, ist aus meiner Sicht nicht von der Hand zu weisen. Es wäre interessant, wenn die Wissenschaft auch solche zugegebenermassen esoterisch angehaute Phänomene untersuchen würde. Da steckt sicher sehr viel Firlefanz und Quacksalberei drin, aber durchaus auch Sinnvolles & ernsthaft Nutzbares.
Das Wachstum wir in beiden Fällen -zumindest ist es schneller als vorher- beschleunigt. Bei Korallen wird regelrecht \“Aufforstung\“ betrieben. In ein paar Jahren wachsen sie so schnell wie sonnst in Jahrzehnten bis Jahrhunderten. Abhängig von der Nährstoffzufuhr. Es wird ein stromleitendes Gerüst auf dem Meeresboden versenkt. ob ein Schiff oder Stacheldraht ist völlig egal. Daran wird eine Batterie die Strom, mit einer sehr geringen Spannung abgibt, angelegt. Ist die Spannung zu hoch und der Stromfluß zu stark hat es einen gegenläufigen Effekt!
Im grunde scheint der geringe Stromfluß den Stoffwechsel der primitiven Lebensformen zu beschleunigen. Es gibt schon einige versuche das für die Industrie nutzbar zu machen. Ist die Spanung zu hoch platzen sie einfach auf weil die Zellwände nicht mehr halten.
\“\“ Abstract
Entsprechend demArndt-Schulzeschen Gesetz kann man mit Wechselströmen niederer Frequenz und Stromstärke eine Stoffwechselsteigerung der Mikroorganismen erzielen. Es wurde eine Vermehrung der Bakterien, eine erhöhte Antibioticaproduktion der Schimmelpilze, eine beschleunigte und größere Ausbeute an Methan bei der Schlammfaulung und eine vermehrte Alkohol- und Kohlensäurebildung bei der Hefegärung nachgewiesen. Temperatureinflüsse konnten ausgeschlossen werden. Bei den Versuchen handelte es sich um eine reine Stromwirkung und damit um einen Reiz, der auf die Mikroorganismen einwirkt.\“\“
Auszug aus \“Medical Microbiology and Immunology\“
Klingt wie eine kreative und frische Idee, aber ich bin mir nicht sicher (dh, bin noch(?) nicht überzeugt), dass ein Magnetfeld derart weitreichende Folgen in Wasser haben kann. Was passiert denn mit Bakterien, wenn sie unter Strom stehen?
wenn diese unter Strom gestellt werden.
Ich stelle mal die Behauptung in den Raum das das Magnetfeld eines Planeten oder Mondes nicht nur die wichtige Rolle des Beschützers des Lebens annimmt und damit die Entwicklung des höheren Lebens begünstigt sonder was noch viel wichtiger ist (zumindest meiner Ansicht nach)die Rolle des \“Schöpfers\“ einnimmt.
Die Basis ist der Magnetoelektrische Effekt.
Hat man ein Magnetfeld das einen kohlenwasserstoff/-,ionen/-,stickstoffhaltigen Ozean durchquert wird auf Grund der positiven und der negativen Ladungen der Ionen ein vergleichsweise pro Fläche geringer elektrischer Strom erzeugt. Dabei wirkt der Strom wie ein Katalysator er \“verringert den Widerstand\“ den ein Teilchen überwinden muss um mit einem anderen Teilchen zu reagieren. Die Folge sind Immer komplexer werdende Aminosäuren. Da Säuren wunderbarerweise in wässrigen Medien in positiv und negativgeladene Bestandteile zerfallen/auflösen reichern sie sich an den Polen an ( sie wandern entsprechend ihrer Ladung an den Magnetfeldlinien in richtung der Pole). An diesen Punkten sind sie hochkonzentriert und können auf Grund der Elektrischen Felder auch noch leichter mit einander reagieren, was zu immer komplexeren Systemen führt bis zu den Proteinen von wo es zum Leben auch nicht mehr weit ist.
Wer jetzt meint das sei alles an den Haaren herbeigezogen .. sollte sich das Wachstum von Backterien und Korallen (die so ziemlich primitivsten und somit auch am einfachsten funktionierenden Lebensformen) anschauen.
In Ergänzung zu dem, was Alex schon geschrieben hat: Im Kuipergürtel ist die Bildung von grossen Monden sogar noch häufiger passiert als nur bei Pluto. Praktisch alle Zwergplaneten(kandidaten) im Kuipergürtel haben grosse Monde.
@Antidogmatier:
Nein, die reine Kollision von Planeten und Planetesimalen ist in einem frühen Sonnensystem sogar beinahe alltäglich. In unserem System ist die Sache mit solch einem Mond gleich zwei mal passiert; bei der Erde und bei Pluto. Dahingegen konnte das Einfangen nur bei einem Gasriesen stattfinden, nämlich bei jenem der auch am Rand der Zone ist wo genug mondgroße Brocken herumschwirren: bei Neptun.
Es gibt anfangs weitaus genug Planetesimale für Kollisionen und zwei genügen dafür. Bei dem Einfang-Szenario brauchst Du schon drei Körper, die in der exakt richtigen Konstellation anfliegen müssen – was die Sache ungleich unwahrscheinlicher macht, zumal Objekte mit solchen (nämlich eher geringen) Relativgeschwindigkeiten im inneren Sonnensystem nochmal eine Größenordnung unwahrscheinlicher sind.
Sicher ist das Einfangen eines mondlosen Planeten unter Rauswurf eines Mondes des Gasriesen schwieriger als das Einfangen eines Planeten mit Mond, aber immer noch wahrscheinlicher als, dass ein Planet durch Kollision einen Mond erhält (oder zumindest gleich wahrscheinlich). Und somit erst recht wahrscheinlicher als, dass ein Planet durch Kollision einen Mond erhält und dann auch noch von einem Gasriesen eingefangen wird (also das von dir in deinem Artikel beschriebene Einfang-Szenario).
Nun, der Jupitermond Ganymed hat ein eigenes, wenn auch schwaches Magnetfeld. Die Rotation mag eine Rolle spielen, aber nicht nur: für einen erdähnlichen Geodynamo kommt es darauf an, ob der Mond einen festen und flüssigen Kern hat (der flüssige Kern der Venus ist vermutlich zu klein, um ein Geodynamo-artiges Magnetfeld zu erzeugen). Ein Magnetfeld, das durch Induktion zustande kommt (wie jenes von Europa), braucht natürlich einen grossen, elektrisch leitenden Körper.
würde dieser mögliche mond überhaupt ein eigenes magnetfeld besitzen? er har ja im grunde fast gar keine eigenrotation. die venus ist ein gutes beispiel für sowas.
müsste dieser mond nicht einen 100km tiefen ozean besitzen, so wie europa? hierbei wird ja der salzige ozean als basis für das magnetfeld vermutet.
Ja, du hast im Prinzip recht, dass auch ein hinausgeworfener, aber vorhandener Mond ausreicht. Bloss, dass da alle Parameter exakt stimmen, dass der vorhandene Mond im richtigen Moment am richtigen Ort ist, zudem die richtige Masse hat, etc – das ist relativ unwahrscheinlich. Das heisst nicht, dass es nie vorkommt, aber es ist wohl recht viel einfacher, einen Planeten mit Mond einzufangen.
Nein, ich kann das – ohne physikalisches Modell – nicht so genau abschätzen mit der Atmosphärenerosion. Diese wirkt über verschiedene Mechanismen: einerseits wird die Exosphäre geheizt, was die Flucht von Atomen und Molekülen begünstigt. Zweitens spaltet die hochenergetische Strahlung Moleküle auf, womit sie in Atome zerfallen, die dank ihrer geringeren Masse schneller entweichen können.
Eigentlich müsste ein Planet keinen eigenen Mond haben, um von einem Gasriesen eingefangen zu werden, da er ja auch einfach mit einem der Monde des Gasriesen in Wechselwirkung treten und so diesen rauswerfen könnte. Was mich hier interessieren würde wäre, wie schwere Monde so eingefangen werden könnten.
Weist du zufällig, wie dicht die Atmosphäre eines bewohnbaren Mondes sein müsste, damit er im Van-Allen-Gürtel nicht seine Atmosphäre verliert (bei Erdgravitation)? Und wie wirkt sich das Magnetfeld eines Mondes auf die Atmosphärenerosion aus (da Mond und Gasriese gleichsinnig rotieren, wäre das Magnetfeld ja mal parallel zum Magnetfeld des Gasriesen und mal antiparallel)?
Ja, das wäre denkbar. Allerdings darf man nicht vergessen: Damit die Gezeitenwärmung funktioniert, braucht es andere, ebenfalls massive Monde (diese Stören die Bahn, die darauf vom Gasriesen – unter Freisetzung von Gezeitenwärme – wieder kreisrund gezwungen wird). Wir haben oben allerdings schon angenommen, dass der bewohnbare Mond nach der Architektur des Saturn-Systems den Grossteil der Mondmasse einnimmt – da bleibt nicht viel Masse übrig für einen Nachbarmond. Titan, um beim Vergleich zu bleiben, wird praktisch nicht durch Gezeitenreibung geheizt (letztlich auch weil der dafür etwas weit weg von Saturn ist).
Die Idee mit der durch Vulkanismus nachgefüllten Atmosphäre ist grundsätzlich gut, aber beachte, dass zumindest bei der Erde Vulkane vorwiegend deshalb Kohlenstoff ausspeien, weil sie verschluckte ozeanische Kruste (mit Kohlenstoff- bzw. Kalkreichen Sedimenten darauf) \“verdauen\“. Dass Vulkane langfristig ausreichen, um eine Atmosphäre nachzufüllen, ist allerdings fraglich: Angesichts dessen, dass die Atmosphäre der Erde trotz 4.5 Milliarden Jahren Vulkanismus nicht stetig dichter wird, oder dessen, dass Io trotz gleich vielen Jahren Gezeitenreibungsvulkanismus immer noch praktisch keine Atmosphäre besitzt…
Übrigens: Das 1:5000-Verhältnis findet sich auch bei der Sonne und ihren Planeten, wenn man nur die Elemente schwerer als Wasserstoff und Helium zählt. Die Sonne hat etwa 1047 Jupitermassen, dh, ~1/5 Jupiter oder (bei 318 Erdmassen pro Jupiter), wären also etwa 66 Erdmassen schwere Elemente zu erwarten. Das geht ziemlich gut auf (Jupiter und Saturn: je etwa 5-20 Erdmassen, Uranus und Neptun je 10 Erdmassen, restliche Planeten ~2 Erdmassen). Das deutet darauf hin, dass Planeten und Monde grundsätzlich nach einem sehr ähnlichen Modus entstehen, bloss dass Planeten um Sterne (im Gegensatz zu Monde um Planeten) beim Wachsen so gross werden können, dass sie auch die leichtesten Gase Helium und Wasserstoff halten können.
Eine Frage hinsichtlich des Vulkanismus auf so einen Exomond, es geht mir hier um die Masse die ein Exomond haben müsste um bewohnbar zu sein. Damit eine Welt bewohnbar sein kann muss ja Vulkanismus vorhanden sein, dieser erfordert aber bei Planeten eine große Masse damit der Planet oder eben der Mond nicht zu schnell abkühlt, es ist auch eine große Masse notwendig um eine dicke Atmosphäre zu halten. Da Monde um Gasriesen aber nicht so groß und so schwer sein können wie Planeten bekommt man hier Probleme.
Mein Gedanke währe nun aber der ob die Gezeiten Kräfte des Gasriesen und eines weiten Mondes nicht auch einen viel Kleineren Mond dauerhaft erwärmen könnten so wie es etwas bei IO der Fahl währe. So währe ein Exomond auch nur bei einem Bruchteil einer Endmaße über eine sehr lange Zeit Vulkanisch aktiv, dies würde auch den Atmosphären Verlust ausgleichen und einen permanenten Nachschub an Kohlenstoff und andere Elementen Sicherstelen.
Nehmen wir den Fall eines Planeten von der Grösse und Masse der Erde, der einen Gasriesen von einer Jupitermasse an der Position der Erde im Sonnensystem umkreist, in einem halben Hill-Radius (=5 Mio km) Entfernung.
Wendet man die hier:
en.wikipedia.org/wiki/Tidal_locking
genannte Formel (die unterste, vereinfachte) an, kommt man auf eine Tidal Locking Zeit (also die Zeit, die der Gasriese braucht, um die Rotation des erdgrossen Mondes abzubremsen) von nur gerade rund 8 Millionen Jahren. Da diese Zeit extrem von der Entfernung abhängt, habe ich auch noch einen Planeten von einer Erdmasse, an einem halben Hill-Radius eines Braunen Zwerges mit 16 Jupitermassen in 2 AU Entfernung versucht (dort wird der Hill-Radius grösser, und bei einer dichten Atmosphäre wäre vielleicht immer noch eine bewohnbare Oberfläche denkbar), dh, der Mond kreist in ca. 26 Mio km Entfernung zu seinem \“Planeten\“. Dabei kommen mit der genannten Formel immer noch nur 650 Mio Jahre bis zur Bindung der Rotation zusammen.
So gesehen – nein, ein bewohnbarer Exomond wird wohl zwingend gebunden rotieren. Aber sollte jemand eine plausible Kombination finden, die ihn auch nach 4.5 Mrd Jahren noch ungebunden rotieren lässt, würde mich das interessieren!
Ist es eigentlich zwingend, dass auch ein nahe der Grenze von einem halben Hill-Radius kreisender erdgroßer Mond gebunden rotiert? Soweit ich weiß, rotieren z. B. die zahlreichen irregulären äußeren Kleinmonde von Jupiter durchaus erheblich schneller um ihre Achse als einmal pro Jupiterumlauf – könnte dies nicht auch bei größeren Monden möglich sein, wenn sie nur weit genug vom Gasriesen entfernt sind?
Ob ein Planet eine Atmosphäre halten kann, hängt nicht nur von seiner Masse, sondern auch von der Temperatur dieser Atmosphäre an ihrer Obergrenze ab. Die Exosphäre der Erde ist relativ heiss, aber die Masse ist gross, was (zusammen mit den Ozeanen, die fast alles CO2 dieser Atmosphäre gebunden haben) zu einer einigermassen dichten Atmosphäre führt. Titan hat wenig Masse, aber dafür eine sehr kalte Atmosphäre, die von Saturns Magnetfeld vor allzustarker Erosion durch den Sonnenwind geschützt ist. Man sieht den Einfluss der Sonne (sowohl Temperatur als auch Sonnenwind), wenn man Titan mit dem noch etwas massiveren Jupitermond Ganymed vergleicht, der sich knapp doppelt so nahe an der Sonne befindet: dieser hat keine nennenswerte Atmosphäre.
Natürlich wäre Leben unter der Eisschicht von Eismonden durchaus denkbar (und vielleicht auch auf Gasriesen, wer weiss…), das wäre ein faszinierendes Thema für sich. Doch wie im Titel und im Lead schon vermerkt, es geht mir um bewohnbare Exomonde, das heisst, solche mit erdähnlichen Bedingungen.
\“Nur weil das in unserem Sonnensystem so ist?\“
Das ist das beste, was wir momentan an empirischen Daten zu dieser Frage haben, und auf dieser Basis müssen wir argumentieren. Zudem wird es sehr gut von Modellen, die die Akkretion von Monden um Gasriesen simulieren, gestützt. Aber wie in der Einleitung am Beispiel der Architektur des Sonnensystems gezeigt, kann es natürlich gut sein, dass sich später einmal herausstellt, dass es komplizierter ist als gedacht, und dass auch die Entstehung deutlich massiver Monde unter bestimmten Umständen möglich ist – oder auch nicht! Wir wissen es nicht, aber die Gasriesen unseres Sonnensystems anzusehen, ist sicher besser als einfach zu raten. Zudem ich es ziemlich überzeugend finde, dass bei allen drei das Verhältnis so gut stimmt.
\“Der Erdmond ist jedenfalls deutlich schwerer.\“
Der Erdmond ist ja auch nicht durch Akkretion entstanden, sondern durch die Kollision der Erde mit einem Planetenembryo. Dieser Mond-Entstehungsmodus ist bei Gasriesen wohl kaum anwendbar. Deshalb: Doch, es spielt hier eine wichtige Rolle, dass die Erde kein Gasriese ist.
Um eine dichte Atmosphäre zu halten braucht es nicht unbedingt eine erdgroße Masse. Der Mond Titan hat eine Atmospäre die sogar dichter als die der Erde ist.
Außerdem kann man sich Leben auf Monden auch durchaus unter einer dicken Eisschicht vorstellen… das Strahlungsproblem wäre dann nicht relevant (siehe Jupitermond Europa). Weiterhin wäre Leben durchaus auch auf den Gasriesen selber möglich. Natürlich nicht auf der nicht vorhandenen Oberfläche, aber in der Atmosphäre.
Und wieso soll bei Gasriesen eine Obergrenze von 1/5000stel der Masse gelten? Nur weil das in unserem Sonnensystem so ist? Der Erdmond ist jedenfalls deutlich schwerer. Die Erde ist natürlich auch kein Gasriese, aber was spielt das für eine Rolle?