HD 135344B (ESO, T. Stolker et al.)

Das monistische Paradigma der Planetenentstehung

Die Titius Bodesche Regel der Planetendistanzen: Zufall oder Notwendigkeit?

Leben, so wie wir es kennen, kann sich letztendlich nur auf einem Planeten entwickeln, der die richtige Masse hat, einen Ozean besitzt, die richtige mittlere Entfernung zum Zentralgestirn einnimmt und sich dabei auf einer fast kreisförmigen Bahn bewegt. Ob ein solcher "Bioplanet" Teil eines Doppelsystems sein muß (Erde - Mond System), ist bis heute unklar. Im Makrokosmos gibt es ja - im Gegensatz zum Mikrokosmos - keine Identitäten. Jeder Planet, jedes Planetensystem in einer beliebigen Galaxie im Kosmos ist ein "Individuum", mit einer eigenen individuellen Entwicklungsgeschichte und somit auch eigener Struktur und chemischer Zusammensetzung. Es gibt nur wenige dynamische Prozesse - z.B. spiralförmige Dichtewellen oder Bahnresonanzen - die bestimmte Bahnstrukturen entstehen lassen oder über lange Zeiträume stabil halten können. Ansonsten kann die Natur eine unerschöpfliche Vielfalt von Systemen hervorbringen. Eine Typologisierung (Klassifizierung) wäre anti - evolutionäres Denken und dem Gegenstand nicht angemessen. Aus dem gleichen Grund kann es auch nicht  "die zweite Erde" geben, nach der angeblich so dringend gesucht wird. Es wird "ähnliche" oder "analoge" Bioplaneten geben, aber ihre Entwicklungsgeschichte und damit auch ihre konkrete Ausbildung der Biosphäre wird anders sein...

 

Weibullnetz für die kumulative Verteilung der Bahnexzentrizitäten von Asteroiden (rot), Objekten im Kuipergürtel (senfgrün) und Exoplaneten (blau).

Die obere Weibull - Grafik zeigt die kumulative Verteilung der Bahnexzentrizitäten von etwa 7300 Asteroidenbahnen zwischen Mars und Jupiter (rote Kurve), 720 Kuipergürtel Objekten jenseits von Neptun (senfgrün) und von über 500 Bahnexzentrizitäten bekannter Exoplaneten (Stand 2012). Die Verteilung bei den Asteroiden entspricht weitgehend einer kumulativen Rayleigh - Verteilung, die durch Integration aus einer zweidimensionalen Schwarzschild - Verteilung hervorgeht. Dagegen entspricht die Verteilung bei den Exoplaneten keiner Rayleighverteilung, sondern mehr einer kumulativen Exponentialverteilung oder genauer einer Weibull - Verteilung mit einem Weibull - Modul (shape parameter) von 1.175 und einem scale parameter von 0.266. Dies steht  im Gegensatz zu den Asteroiden mit einem Weibull - Modul nahe 2. Der Mittelwert der Bahnexzentrizitäten bei den Exoplaneten liegt bei 0.25, ihre  Streuung bei 0.20. Bei den spektroskpischen Doppelsternen liegen die Werte ähnlich.

 

Da das naive Planetesimalen - Modell zur Planetenentstehung eigentlich eine Rayleigh - Verteilung mit Weibull - Modul 2 erwartet, in denen fast kreisförmige Bahnen äußerst unwahrscheinlich sind, muß es entweder einen Mechanismus geben, der Planetenbahnen immer kreisförmiger macht; oder die Planeten entstehen durch einen komplexeren Bildungsprozeß.  Alles dies deutet zumindest darauf hin, daß die Entstehungsprozesse und Entwicklungsprozesse in frühen Planetensystemen sehr stark stochastischer Natur gewesen sein müssen. Mit großer Wahrscheinlichkeit spielen spiralförmige Dichtewellen bei den Entstehungsprozessen eine große Rolle. Hier sind in der Zukuft noch einige Überraschungen zu erwarten. Durch Fragmentierung der heutigen Beobachtungsdaten (Bahndaten, chemische Signaturen, Meteoritendaten) sind die eigentlichen kausalen Sachverhalte oder Ursachen, die zu ihrer Entstehung geführt haben, gänzlich unsichtbar geworden.

 

Die Überlagerung mehrerer instabiler  logarithmischer Spiralmoden mit unterschiedlichen Anwachsraten und Steigungswinkeln in einer Keplerscheibe  knapp oberhalb des kritischen Toomreparameters Q = sqrt[7] führt zur Ausbildung von ringförmigen asymmetrischen Spiralfragmenten, deren "hot spots" in der Staubgasscheibe  als Planetenembryonen angesehen werden können. Die Abstände dieser Ringbögen folgt  in der Keplerscheibe genähert einer Titius - Bodeschen Regel. Die beiden wichtigen hydrodynamischen Kennzahlen sind hier die Machzahl  M (Quotient aus Umlaufgeschwindigkeit und Schallgeschwindigkeit)  und die Toomre-Stabilitätszahl  Q.

Die Anzahl der spiralförmigen Dichtewellenarme in einer protoplanetaren Scheibe hängt von dem Quotienten M/Q (Machzahl M dividiert durch den Toomre Parameter Q) ab, multipliziert mit dem Sinus des "pitch angle" (Steigungswinkel) Theta der maximal instabilen Spiralmode. Für diesen Winkel gilt in einer Keplerscheibe sin[Theta] = 1/sqrt[6] oder tan[Theta] = 1/sqrt[5]. Also Theta ~ 24.1 Grad. Bei genau vier Dichtewellen-Spiralarmen folgen in radialer Richtung die Wellenfronten einer geometrischen Progression mit dem Faktor q (siehe obige Figur), dessen numerischer Wert sehr nahe bei der Zahl 2 liegt. Ob die Anzahl der entstehenden Spiralwellenarme mit der Anzahl der möglichen Planetenembryonen (4 Gasriesen) korreliert ist, bleibt zunächst unklar, da diese Dichtestrukturen zunächst nur Wahrscheinlichkeits-Dichten für mögliche Entstehungsorte in der Gasscheibe darstellen und zudem auch globale radiale Randbedingungen für die  kurzlebigen spiralförmigen Stoßfronten in der Staub-Gasscheibe eine wichtige Rolle spielen dürften. Außerdem können Planeten von ihrem Entstehungsort in der Scheibe in bestimmte stabile Resonanzstrukturen wandern. Zumindest kommt diese Idee auf Grundlage einer  hydrodynamischen Theorie dem alten Jugendtraum von Johannes Kepler (1571-1630) in seinem Mysterium Cosmographicum (Das Weltgeheimnis) aus dem Jahre 1596 sehr nahe, wo er die Bahnabstände  und  die Anzahl der Planeten mit der Existenz von regulären Platonischen Körpern  in Beziehung setzen wollte. Drei Dinge waren es, für die Kepler unablässig nach den Ursachen suchte: Zahl, Größe und Geschwindigkeit der Planetensphären (numerus, quantitas et motus orbium). Später wurden aus den orbes , den Äthersphären, die Bahnen (orbitae) der Planeten. 

 

Die neuen Ergebnisse erlauben es, auch die Harmonices Mundi im neuen Licht zu sehen.

 

Ob ein ähnlicher Prozess auch für die Entstehung der inneren terrestrischen Planeten verantwortlich war, bedarf weiterer Untersuchungen.

 

Das untere Bild zeigt die protoplanetare Scheibe von AB Aurigae, aufgenommen mit dem VLT-Instrument SPHERE der ESO. Nicht nur sind die so wichtigen selbstangeregten spiralförmigen Dichtewellenstrukturen im Außenbereich zu sehen, sondern im Inneren scheint sich gerade ein Planet durch singuläre Gasakkretion zu bilden. Die spiralförmigen Dichtestrukturen im Inneren werden durch diesen Protoplaneten erzeugt. Seine Entfernung zum Zentralstern entspricht etwa der Entfernung Sonne-Neptun. (ESO-Photo Release eso2008, 2020)

Cognoscere lege et transire suum pectus mundoque potiri

 

(Das Gesetz erkennen, den eigenen Verstand überschreiten und  sich der Welt bemächtigen)

 

Marcus Manilius

(Astronomica, Buch 4, 1. Jahrhundert n. Chr.)

(Im obigen Ausspruch findet man den Geist der Eroberung, der so charakteristisch für westliche Philosophien ist. Die östliche Philosophie betont dagegen mehr den Respekt für die umgebende Welt und ihre kreative Kontemplation. Mathematische Theorien sollen den Reichtum und die Schönheit der Natur betonen und so uns zu Mitschöpfern einladen.)

 

Über die Entstehung von Planetensystemen
eBook (Momentan in starker Umbearbeitung - also unvollständig)
planetensysteme.pdf
PDF-Dokument [4.7 MB]

Chondren (Chondrule): Kleine Schmelzkügelchen in einem Dünnschliff eines Steinmeteroriten als Zeugen von starken Schockwellen in der frühen solaren Akkretionsscheibe. Differenzgeschwindigkeiten von einigen Kilometern pro Sekunde waren notwendig, um die Millimeter großen Chondren in Sekunden auf 1500 - 2000 Grad  zu erhitzen und dann nach Stunden wieder abkühlen zu lassen. Einige Einschlüsse zeigen sogar wiederholte Aufheizungs- und Abkühlungsvorgänge. Schon der Mineraloge Gustav Rose (1798-1873) beschrieb 1863 eine Chondre, die eine kleinere gleichsam "verschluckt" hatte. Ganz offensichtlich erlebten zahlreiche solcher Kügelchen nicht bloß eine, sondern zwei oder drei Episoden des Schmelzens und Wiedererstarrens. Darum sind  sie wichtige Zeugen für die Existenz von mehrarmigen spiralförmigen Stoßwellen in der frühen protoplanetaren Scheibe, die schließlich zur Planetenentstehung führte.

MWC 758 (Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Dong et al. 2019

 

Die etwa 500 Lichtjahre entfernte protoplanetare Scheibe MWC 758 zeigt deutlich die Ausbildung von zwei Spiralarm-Fragmenten als Vorläufer für die Bildung von zwei Riesenplaneten. Das Bild ist eine wunderbare Bestätigung der hydrodynamischen Theorie, dass nur durch eine  Spiralwelleninstabilität in einer Scheibe Planeten im Außenbereich der Scheine sehr schnell entstehen können. 

Die Wahrscheinlichkeitsdichte der Bahnexzentrizitäten extrasolarer Planetenbahnen (Stand 2012). Die Weibull - Frechet Dichtefunktion hat ein Maximum bei etwa 0.05, was der mittleren Exzentrizität der Planetenbahnen im Sonnensystem entspricht.

Die mittlere Bahnexzentrizität in unserem Planetensystem entspricht tatsächlich dem Maximum der obigen Dichtefunktion für die Exzentrizitäten extrasolarer Planetenbahnen. Bei einem genaueren Vergleich mit den extrasolaren Systemen sprechen aber auch einige Argumente dafür, daß unser Planetensystem mit seinen Bahn - und Massenverteilungen in unserer Milchstrasse (Galaxie) nicht unbedingt eine normale Wiesenblume, sondern schon eher eine  endemische  Orchidee darstellt.

 

Wahrscheinlich sind wir nicht ganz allein, aber wohl doch extrem isoliert...  

 

Donald Brownlee, Peter D. Ward: Unsere einsame Erde: Warum komplexes Leben im Universum unwahrscheinlich ist. Springer Verlag, 2001

 

(Fermi - Paradoxon; Rare Earth Hypothese)

"Wenn er diese Botschaft in ihrer vollen Bedeutung aufnimmt, dann muss der Mensch [...] seine totale Verlassenheit, seine radikale Fremdheit erkennen. Er weiß nun, dass er seinen Platz wie ein Zigeuner am Rande des Universums hat, das für seine Musik taub ist und gleichgültig gegen seine Hoffnungen, Leiden oder Verbrechen."

 

Jacques Monod, Le hasard et la nécessité, Éditions du Seuil, Paris 1970

Die Utopie eines Reformgeistes

Karl Wilhelm Diefenbach (1851-1913) : Frage an die Sterne

Frage an die Sterne

 

Auf höchster Berges-Zinne ein nacktes Menschen-Kind. Dunkle Nebel wallen aus der Tiefe; doch über ihm im unendlichen Raume leuchten Weltenkörper, unermesslich an Zahl und Größe, Ahnung und Vorstellung uns gebend von der Einheit, Gesetzmäßigkeit, Ewigkeit und Unendlichkeit des Weltalls. Und der kindliche Geist hebt zu Sternen empor seine Frage: Berget ihr Wesen meiner Art und sind diese der Gottheit ähnlicher und sind sie glücklicher als die Ebenbilder Gottes auf Erden?Ist nicht wenigstens auf Einer von Euch unzähligen Welten das Reich der Liebe, des Friedens, des harmonischen Für-einander- und Ineinander-Lebens der gesamten Menschheitsfamilie verkörpert?Wo Menschen und Tiere als Teile der Gottheit, im Wesen sich gleich, nur verschieden im Grad der Entwicklung, in Liebe vereint sich gegenseitig das Leben verschönern?

 

Karl Wilhelm Diefenbach (1851-1913)

 

...Gott! ein Gott! ach, irrend such' ich ihn! –

Draußen, in der blaugewölbten Halle

Seines Tempels, such' ich seine Spur;

Suche Hoffnung, Trost und Ruh', und falle

Weinend in die Arme der Natur.

An die Sterne heften meine Klagen

Manches tiefe, seufzende Warum?

Keine Antwort spricht aus meinen Fragen;

Alles schweigt, die Mitternacht ist stumm.
 

Nächtlich einsam wandl' ich durch die Heide,

Wo mein Geist den weiten Raum durchschifft.

Wer enthüllt mir diese Sternenschrift

An dem feierlichen Prachtgebäude?

Wer enthüllt die Flammeninschrift mir

An der Kuppel dieses großen Domes?

Waltet eines Gottes Finger hier?

Waltet er im Glanz des Weltenstromes,

Und im Bach, der durch die Felsen hüpft?

Lebt ein Gott im Menschen und im Wurme?

Hör' ich dort ihn in dem Donnersturme?

Hier im Säuseln, das durch Myrten schlüpft?

 

Sieh! am Himmel leuchten tausend Sonnen

Einen stillen Geist zu Gott hinan;

Aber blick' auf unsre Welt: – o dann,

Was dein Glaube dort an Licht gewonnen,

Löset hier in Graun und Nacht sich auf,

Und ein Sturm empörter Schmerzen

Schreit im tiefzerrißnen Herzen

Eingesungne Zweifel wieder auf...

 

aus dem Lehrgedicht: URANIA

 

Christoph August Tiedge (1752-1841)

 

Urania ist die Muse der Sternenkunde. Als Allegorie der Astronomie steht ihr Name auch für Wissen und Wissenschaft oder für die Harmonie der Sphären.

Aktuelles

kritisch betrachtet

Eine kleine historische Sensation hat sich Ende 2022 in Belgien ereignet: Das  verloren geglaubte einzige Videointerview mit George Lemaitre (1894-1966) aus dem Jahre 1964 wurde in einem Archiv wiedergefunden. Es war falsch eingeordnet worden. Nicht nur auf youtube kann man es finden, sondern es existiert inzwischen (Januar 2023) auch eine schriftliche Transkription [arXiv:2301.07198v2] in französischer und englischer Sprache. Ich beabsichtige, dieses legendäre Interview zeitnah ins Deutsche zu übersetzen.  Bis jetzt kannte man nur ein schriflich niedergelegtes Interview aus dem  Jahre 1938.

 

 

Ende 2018 entstand weltweit ein riesiger Medienrummel (Medien-Hype), leider auch unterstützt von der Oxford University, dass das Problem der dunklen Materie und der Dunklen Energie durch die Einführung von zusätzlichen negativen Massen (dark fluid) mit zusätzlicher kontinuierlicher Materie-Erzeugung im Universum sehr einfach gelöst werden könne. Ursache sei einfach ein Vorzeichenfehler, behauptete Jamie Farnes von der Oxford University. (A&A 620, id. A92, 2018) Sofort tauchten aber Gegenstimmen auf, welche die Unmöglichkeit von negativen Massen (träger Masse,schwerer Masse, gravitativer Masse) im Rahmen der Einsteinschen Theorie darlegten. Zudem zeigte sich im Laufe des Jahres 2019 ein schwerer Fehler im Simulations-Programm und die Tatsache, dass sich im Rahmen dieser gewagten These und ihrer korrigierten Simulation die Halos um Galaxien nicht in der beobachten postulierten Form (dunkle Materie) bilden können. Ein öffentlicher Widerruf dieser fehlerhaft  falschen Hypothese hat aber nie stattgefunden! Historisch kann man diese Affäre als den NEGATIVE MASS BUG bezeichnen.

 

Hinweise auf eine angebliche Phase der "Inflation" im frühen Universum zerfallen zu Staub: Im März 2014 veranstaltete ein Team um den Harvard Astronomen J. Kovac (BICEP2) für eine völlig übereilte propagandistische Pressekonferenz (schon einen Tag vorher als  Sensation angekündigt!): Man hat in der Hintergrundstrahlung des Universums Signaturen einer Polarisation entdeckt, die angeblich eindeutig auf Gravitations-wellen in einer Inflationsphase des frühen Universums schließen lassen. Der eigentliche Skandal ist, daß man die Daten fast ausschließlich durch MIE-Streuung von Mikrowellen an inter-stellaren Staubteilchen erklären kann und muss -  und genau daran hatte das "Team" bei der Auswertung nur sehr unzulänglich gedacht! Ein aggessiver Versuch, die Öffentlichkeit durch Sensation zu täuschen und eine nicht überprüfbare (nicht falsi-fisierbare) Theorie (Inflations - Hypothese) salonfähig zu machen.  Die Raffgier nach Forschungsgeldern und Nobelpreisen treibt auch in der Wissenschafts - Industrie  immer bizarrere Blüten...

Nachweis angeblich überall im Universum vorhandener DUNKLER MATERIE in Form von Elementarteilchen gescheitert! Das bis jetzt empfind-lichste Experiment LUX in Sanford/South Dakota USA konnte in einer ersten Phase Ende Oktober 2013 keine WIMPs - Teilchen feststellen, die angeblich einen großen Teil der angeblich existierenden Dunklen Materie ausmachen sollen. Alle früheren angeblichen Nachweise sind somit fehlerhaft gewesen. Ein sehr wichtiges, schönes und befriedigendes Resultat Die Hypothese der "Dunklen Materie" ist allerdings im Sinne von Ockhams Rasiermesser die wahrscheinlichste "Minimalhypothese", da sie extrem einfach ist und jede dynamische Anomalie durch Hinzufügen exotischer Materie erklären kann. Im Rahmen der Gravitationstheorie (nicht Elementarteilchen - Theorie) wären aber dann "black holes" unterschiedlicher Massen die wahrscheinlichsten Objekte für  Dunkelmaterie (Schon J. Michell (1724-1793) und P.S. Laplace (1749-1827) hatten dies vage vermutet) Sie wären so etwas wie "die ungeborenen Sterne" des Kosmos, da bei Ihnen die Gasakkretion nicht stattfand oder nicht stattfinden kann. Ob allerdings in der Zukunft der von Teilchenphysikern  geschürte "Big Science" Teilchen-Lobbyismus  mit der platten Devise - Wir verstehen nichts, können aber alles erklären - das vorherrschende Dogma bleiben wird, wissen nur die Sterne...