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

Die Entstehung von Planetensystemen

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 Toomrezahl Q.

Die Anzahl der Spiralarme in einer protoplanetaren Scheibe hängt von dem Quotienten M/Q aus der Machzahl M und dem 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]. Bei genau vier logarithmischen 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 Spiralarme mit der Anzahl der möglichen Planetenembryonen (4 Gasriesen) korreliert ist, bleibt zunächst unklar, da hier auch globale radiale Randbedingungen und die geometrische Länge der kurzlebigen spiralförmigen Stoßfronten in der Staub-Gasscheibe eine wichtige Rolle spielen dürften. Zumindest kommt diese Idee auf Grundlage einer  hydrodynamischen Theorie dem alten Jugendtraum von Kepler in seinem Mysterium Cosmographicum (Das Weltgeheimnis) aus dem Jahre 1596 sehr nahe, wo er die Bahnstrukturen und die Anzahl der Planeten mit den regulären Platonischen Körpern miteinander in Beziehung setzten wollte.

Über die Entstehung von Planetensystemen
eBook (Momentan in starker Umbearbeitung)
planetensysteme.pdf
PDF-Dokument [3.7 MB]
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)

 

Aktuelles

kritisch betrachtet

Was der Autor A. Unzicker bei Telepolis in seinem Artikel "Die Dunkle Energie ist tot - es lebe Einstein" vom 25. Oktober 2016 schreibt, kann man nur als peinlich bezeichnen. Die beschleunigte Expansion des Universums ist eine Tatsache, die fast zwingend auch aus ersten theoretischen Prinzipien der klassischen Mechanik folgt.

 

Hätte der Artikel gelautet: "Die Dunkle Materie ist tot - es lebe Einstein" so wäre es ein zukunftsweisender Artikel geworden. In der Zukunft könnte es sich nämlich zeigen, dass mit Hilfe von exakten  Lösungen der Einsteinschen Feldgleichungen für den stark heterogen Kosmos die anomalen Rotatonskurven von Galaxien als Funktion des kosmischen Alters (Dichtekontrastfunktion) erklärbar werden.   

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. Der Citation-Index dieser Veröffentlichung ist inzwischen wesentlich höher als ihr Widerruf. Die Raffgier nach Forschungs-geldern und Nobelpreisen treibt auch in der Wissenschafts - Industrie  immer bizarrere Blüten...

Nachweis angeblich überall im Universum vorhandener DUNKLER MATERIE 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 Sekte der Gläubigen an die "Dunkle Materie", die sich selber als alternativlos ansieht,  bleibt so weiter in der Krise.  Hauptsache ist, der Rubel rollt und irgendwelche unkritischen Journalisten predigen fest die Dogmen den Gläubigen. Ob  so weiterhin 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...