Leben und Sterben eines Planetensystems

[connam]

Diesen Thread mache ich auf, weil es im Moment auf der NASA Webseite einen tollen Beitrag zur Entstehungsgeschichte des Universums gibt und sich unser Thread "Space Race 2.0" eher mit der Zukunft der Raumfahrt/der Menschheit im All beschäftigt als damit, wie Sterne und Planeten entstehen und was mit ihnen während ihres Lebenszyklus passiert.

Begleiten wir Elizabeth Landau (eine der "Senior Storytellers" der NASA im Bereich Science Communication) auf einer interstellaren Reise durch die Zeit und die wissenschaftliche Detektivarbeit.

Hier ist der Link zu der Webseite, von der ich die Informationen habe: https://exoplanets.nasa.gov/life-and-de ... d=64886063

[connam]

KAPITEL 1
Ein Stern wird geboren
Zeit: 0 bis 100.000 Jahre

Ein Stern wird geboren
Alles beginnt mit einer unvorstellbar kalten Wolke. Diese Wolke enthält die Samen ganz neuer Welten - Sterne und Planeten, die geboren werden sollen.

Moleküle aus Wasserstoff und Heliumgas, die normalerweise mit hoher Geschwindigkeit umherfliegen, verlangsamen und verklumpen durch die Schwerkraft. Winzige Körner aus Silikaten, Eisen und kohlenstoffreichem Material - zusammen einfach als "Staub" bezeichnet - schicken einen Teil der Energie des Gases zurück in den Weltraum und machen die Wolke noch kälter. Die Staubkörner winden sich in den zentralen Materieknoten, wie Wasser, das über einen Abfluss läuft.

Während sich diese Tasche der Wolke zusammenzieht und verdickt, beginnt sich in der Mitte eine helle, heiße Kugel zu bilden, sobald mehr Gas und Staub eingezogen wird. Die Schwerkraft führt einen Kampf gegen den Druck von Gas und Magnetfeldern, und die Schwerkraft gewinnt.
Während der Säuglingsstern Gestalt annimmt, verflacht sich das sich nach innen windende Material zu einer pfannkuchenartigen Struktur, die als Akkretionsscheibe bekannt ist.

Warum passiert das? Die Gravitationsschleppen der Milliarden Sterne der Galaxie könnten das Gas beschleunigt haben. Oder vielleicht stoßen zwei Wolken aufeinander, so dass Gasblasen zusammenfinden. Und manchmal treibt die katastrophale Explosion eines massiven Sterns auch starke Materialwinde in eine sternbildende Wolke - ein Tod, der zu einer neuen Geburt führt.

'Regnende' Sterne
Der gleiche Prozess kann in Dutzenden, Hunderten oder sogar Tausenden von Orten in derselben Molekülwolke stattfinden und zu einer glitzernden Sternengärtnerei werden.

"Es ist wie Regen in einer Wolke auf der Erde", sagt Eric Mamajek, stellvertretender Programmwissenschaftler des Exoplanet Exploration Program der NASA. "Wenn Sie die Kombination von körperlichen Bedingungen haben, um einen Tropfen Regen zu bilden, stehen Sie wahrscheinlich neben Gaspaketen, die die ähnlich reifen Bedingungen haben, um viel und viel und viel Regen zu produzieren."

Auf diese Weise sind molekulare Wolken ähnlich wie Erdwolken, und die Regentropfen sind wie Sterne. Das Gas aus diesen Wolken kann zusammenbrechen und zersplittern und bildet große Mengen an Babysternen. Also neigen Sterne dazu, sich in großen Gruppen zu bilden.

Mysteriöserweise ist in unserer Galaxie und wahrscheinlich auch in den meisten anderen Ländern die wahrscheinlichste Art von Stern, der sich bildet, fast zu klein, um sich selbst zu erhalten. Rote Zwerge, die zwischen einem Dreizehntel und der Hälfte der Sonnenmasse liegen können, stellen drei Viertel der Sterne in der Milchstraße dar. Kleiner als dieser, und Wasserstoff kann nicht in seinem Kern fusionieren - der dominante Prozess, der die meisten Sterne antreibt. Rote Zwergensterne brennen so langsam, dass ihre Lebensdauern länger sein werden als die des heutigen Universums.

Sonnenähnliche Sterne sind seltener, machen aber immer noch 8 Prozent der Galaxie aus. Am seltensten sind die sehr massiven Sterne, die soviel wie etwa 150 Sonnen wiegen und nur wenige Millionen Jahre leben können. "Diese Sterne sind so groß, so leuchtend und so kurzlebig, dass Astronomen diese Sterne in ihrem pulsierenden, massenausstoßenden Todeskampf beobachten, während ihre stellaren Geschwister mit geringer Masse noch dabei sind, sich zu bilden", sagt Mamajek.

Ein junger Stern wird als "Protostern" bezeichnet, bis er sich mit Wasserstoff-Fusionsreaktionen antreiben kann, und hohe Temperaturen sind entscheidend für diesen Übergang. Während die Materie immer schneller einfällt und der Gasball im Zentrum immer kleiner und kompakter wird, erwärmt das Tauziehen zwischen Schwerkraft und anderen Drücken den Säuglingsstern. Selbst Hunderttausende von Graden reichen nicht aus. Der Kern des Sterns muss etwa 10 Millionen Grad erreichen, bevor er zu einer Wasserstoff-Verbrennungsmaschine wird. Um ein echter Stern zu sein, muss er spontan Wasserstoffatome zu Helium verschmelzen und dabei enorme Mengen an Energie freisetzen. Diese Energie stabilisiert den Kern des Sterns, so dass er sich nicht mehr zusammenzieht. Dieser ganze Prozess kann etwa 40 Millionen Jahre dauern.

Jetzt, da wir also unsere Sterne haben, wie kommen die Planeten hinzu, die sie umkreisen?
Stay tuned for Chapter 2.

[connam]

KAPITEL 2
Von der Cloud auf die Festplatte
Zeit: 100.000 bis 1 Million Jahre

Von der Cloud auf die Festplatte
Der neugeborene Stern ist sehr lebhaft und sendet heftige Strahlen aus magnetisch beschleunigtem Material aus, während er sich von dem Gas und dem Staub, der um ihn herum wirbelt, ernährt. Wie ein Blob aus Pizzateig, der sich beim Drehen durch einen Koch verflacht, verdichtet sich dieses Material zu einer flachen Scheibe. Dieser "Teig" hat eine Vorzugsrichtung, die vom Zusammenbruch der Wolke übernommen wird. Der gleiche Spin bleibt ein Leben lang im System, es sei denn, ein anderes Sternensystem kommt nahe genug heran, um mit ihm zu interagieren.

Nach etwa 100.000 Jahren beginnt sich die Wolke so weit zu verdünnen, dass zwei unterschiedliche Strukturen sichtbar werden: ein neugeborener Stern und eine flauschige, diffuse Scheibe aus Gas und Staub.

Planetare "Krümel"
Das gesamte System besteht immer noch hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium, mit etwa 100 mal mehr Gas als Staub in der Scheibe. Der Staub ist entscheidend für die Bildung von Planeten, die Elemente wie Kohlenstoff und Eisen enthalten.

"Planeten sind im Wesentlichen die Krümel, die nicht im Stern landen", sagt Joel Green, Wissenschaftler am Space Telescope Science Institute.

Wie werden diese Krümel, die den Hunger des Sterns überleben, zu Planeten? Stay tuned for Chapter 3.

[connam]

KAPITEL 3
Kollisionen über Kollisionen
Zeit: 1 Million bis 10 Millionen Jahre

Kollisionen über Kollisionen
Eine sehr junge Scheibe um einen Stern herum enthält meist Gas mit Staub - nicht größer als Sandkörner - die darin herumwirbeln. Der Babystern wirft immer noch extrem heiße Winde aus, dominiert von positiv geladenen Teilchen (den Protonen und neutralen Heliumatomen). Ein großer Teil des Materials von der Scheibe fällt immer noch auf den Stern. Aber kleine Gruppen von glücklichen Staubpartikeln prallen ineinander und verklumpen zu größeren Objekten. Planeten bilden sich aus weniger als 1 Prozent der Masse der Scheibe.

"Wir schauen jetzt auf unser Sonnensystem, und wir sehen nur das Zeug, das diesen anfänglichen Prozess überlebt hat", sagt Mamajek. "Es könnte schon in den ersten paar Millionen Jahren unserer Geschichte frühere Generationen von Planeten gegeben haben, die tatsächlich in die Sonne eingewandert sind und von ihr absorbiert wurden."

Das Vorhandensein von Gas hilft, dass Feststoffpartikel zusammenkleben. Die Staubklumpen werden zu Kieselsteinen, Kieselsteine zu größeren Steinen, die sich zur Expansion aneinanderreiben. Einige brechen dabei auseinander, aber andere halten durch. Das sind die Bausteine von Planeten, die manchmal als "Planetesimale" bezeichnet werden.

Temperaturangelegenheiten
Wo die Scheibe kälter ist, weit genug vom Stern entfernt, dass Wasser gefrieren kann, heften sich kleine Eissplitter an Staubpartikel an. Diese schmutzigen Schneebälle können sich zu riesigen Planetenkernen ansammeln. Die kälteren Regionen ermöglichen es auch, dass sich Gasmoleküle so verlangsamen, dass sie auf einen Planeten gezogen werden können. Auf diese Weise sollen sich Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun - die Gasriesen unseres Sonnensystems - gebildet haben: ein Felseis-Kern, der sich Gas aus der Scheibe zieht und dabei die wundersam wirbelnden Gasschichten der Planeten bildet, die wir heute sehen. Jupiter und Saturn sollen sich zuerst und schnell gebildet haben - innerhalb der ersten 10 Millionen Jahre des Sonnensystems.

In den wärmeren Bereichen der Scheibe, näher am Stern, nehmen felsige Planeten nach den eisigen Riesen Gestalt an - und es bleibt nicht viel Gas für sie übrig, um sich festzuhalten. Planeten, die wie Merkur, Venus, Erde und Mars felsig sind, können daher nach der Geburt des Sterns mehrere zehn Millionen Jahre brauchen, um sich zu entwickeln. Die Details, wo sich die Planeten in Scheiben am liebsten bilden, sind immer noch ein Rätsel - und ein laufendes Forschungsgebiet.

"Man braucht einen Sweet Spot, an dem die Dinge zwar leicht kollabieren, der aber nicht so weit draußen ist, dass das Material zu weit verteilt ist", sagt Green.

Sobald sich Planeten gebildet haben, bleiben sie nicht an Ort und Stelle. Stay tuned for Chapter 4.

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KAPITEL 4
in Bewegung
Zeit: 10 Millionen bis 1 Milliarde Jahre

In Bewegung
Lediglich auf Basis einer Momentaufnahme von Babyplaneten innerhalb einer protoplanetaren Scheibe ist es unmöglich zu bestimmen, wie das System später einmal aussehen wird.

"Ist die Scheibe ihr Bestimmungsort? Wahrscheinlich nicht", sagt Heather Knutson, Professorin an der Caltech in Pasadena. "Wachsende Planeten bleiben nicht an Ort und Stelle. Sie bewegen sich. Sie interagieren miteinander und mit der Gasscheibe auf eine Art und Weise, die ziemlich zufällig und chaotisch sein kann."

Turbulente Zeiten
Nachdem das Gas der Scheibe von felsigen Planeten aufgefangen oder in die Weite des Weltraums zerstreut wurde, stehen die Planeten nicht still. In einem so jungen System können Planeten oder planetarische Bausteine, die sogenannten "Protoplaneten", auf Kollisionskursen miteinander gehen, und das Fehlen von Gas macht die Bewegung einfacher denn je.

"Sobald sie die Scheibe losgeworden sind, haben die Planeten das Potenzial, miteinander zu interagieren, und das kann dazu führen, dass sich die Dinge ändern", sagte Jang-Condell, Astronom an der Universität von Wyoming.

Große Planeten können kleinere Körper in den Stern oder ganz aus dem System schieben. Dies ist eine mögliche Erklärung für große, einsame Körper namens "Schurkenplaneten", die ohne Sterne gefunden wurden. Es wird angenommen, dass der jüngste mysteriöse Besucher unseres eigenen Sonnensystems, ein kleiner Komet namens Oumuamua, aus einem anderen Sternensystem vertrieben wurde.

Aber nichts bleibt für immer jung - jedes Planetensystem erreicht schließlich das mittlere Alter, genau wie wir auch. Stay tuned for Chapter 5.

[connam]

KAPITEL 5
Ankommen
Zeit: 1 Milliarde bis 10 Milliarden Jahre


Ankommen
Im Alter von etwa 100 Millionen bis 1 Milliarde Jahren neigen Planeten dazu, sich in ihren Umlaufbahnen niederzulassen, und Sterne flackern nicht mehr so stark auf. Unser eigenes Sonnensystem, etwa 4,5 Milliarden Jahre alt, ist das Modell für diese Idee des planetarischen "mittleren Alters". Mandell betrachtet unser Planetensystem als etwa 45 bis 50 Jahre alt, wenn man es auf ein Menschenleben reduziert.

Q: Wird die Erde das Leben immer unterstützen können?
A: Wahrscheinlich nicht! Die Sonne kann das Leben auf der Erde auslöschen, noch bevor sie anschwillt und ihre rote Riesenphase erreicht.

In den nächsten paar Milliarden Jahren wird die zunehmende Menge an Energie, die die Erde durch die alternde Sonne erhält, ihre Atmosphäre erwärmen. Je heißer die Atmosphäre ist, desto mehr Wasserdampf wird von der Erdoberfläche verdampft. Die ultravioletten Strahlen der Sonne zerlegen diesen Wasserdampf in Sauerstoff und Wasserstoff, ein Gas, das leicht genug ist, um zu entweichen.

Wenn Wasser durch diesen Vorgang in den Weltraum entweicht, werden die Ozeane austrocknen und die Kruste wird austrocknen, wodurch eine verlassene, unbewohnbare Welt entsteht. Während Vulkane weiterhin Kohlendioxid in die Atmosphäre werfen, wird es keine Ozeane geben, die es verschlucken können, oder Lebensformen, um es zu speichern. Diese Anhäufung von Kohlendioxid verursacht einen sogenannten "außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt", der die Erde in eine heiße, trockene Welt wie die Venus verwandelt. In der Tat beherbergte die Venus einst ein flaches Meer mit flüssigen Wasser und es gab Temperaturen, die dem Leben förderlich waren, bevor schließlich - im Alter von zwei Milliarden Jahren - ein langanhaltender Treibhauseffekt die Umgebung unbewohnbar machte.

Wie auch immer: im Moment ist es in unserem Sonnensystem ruhig - vorerst. Denn wenn ein Stern älter wird, kann er am Ende einige seiner Planeten auslöschen.
Wird die Erde überleben? Stay tuned for chapter 6.

[connam]

KAPITEL 6
In die Jahre kommen
Zeit: 10 bis 11 Milliarden Jahre

Altern bis zur Riesenphase
Wenn sich unsere Sonne in etwa 6 Milliarden Jahren ihrer roten Riesenphase nähert, wird ihr der Kernkraftstoff ausgehen. Wenn sich die Wasserstofffusion verlangsamt, beginnt sich der Kern wieder zusammenzuziehen. Wenn der Kern kleiner wird, heizt er sich auf, bis eine weitere Runde Kernreaktionen ausgelöst werden kann, die Helium zu schwereren Elementen wie Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff verschmelzen. Der heißere Kern sorgt auch dafür, dass Wasserstoff in der „Hülle“ des Materials, die den Kern umgibt, verschmilzt. Währenddessen führt die im Inneren des Sterns erzeugte zusätzliche Wärme dazu, dass sich die äußere Gasschicht aufbläht.

Das Ende der Phase des roten Riesen ist normalerweise die heftigste Zeit im Leben eines Sterns. Der aufgeblähte, sterbende Stern wirft in intensiven episodischen Ausbrüchen Material aus seinen äußeren Schichten heraus. In unserem eigenen Sonnensystem wird sich die Sonne so stark aufblähen, dass sie einige der inneren felsigen Planeten aufschmilzt, verdampft und auffrisst. "Ich bin zuversichtlich, dass die Sonne Merkur und Venus und nicht den Mars schlucken wird. Aber das Schicksal der Erde, die dazwischen liegt, ist weniger klar", sagte der Astronom Dimitri Veras von der University of Warwick.

Wissenschaftler, die untersuchen, ob die Erde sowohl geröstet als auch verschluckt wird, erstellen Computermodelle der Wechselwirkungen zwischen Erde und Sonne, wenn das Sonnensystem altert. Aktuelle Modelle deuten darauf hin, dass die Erde es wohl nicht unbeschadet überstehen wird. Aber selbst wenn dies der Fall sein sollte, werden alle überlebenden Planeten die sprunghaft ansteigenden Energiemengen der Sonne abbekommen, die ihre Atmosphären und Oberflächen mit intensiver Strahlung durchdringen wird.

"Wir sind dann alle schon lange weg", versichert Mandell. "Die Erde wird nicht bewohnbar sein, und die einzige Überlebenschance wäre, dass eine fortgeschrittene Zivilisation in ein neues planetarisches Zuhause zieht."

Auch die Umlaufbahnen der Planeten könnten instabil werden. Wenn der Rote Riese an Masse verliert, wird der Einfluss der Schwerkraft des Sterns auf seine Planeten viel schwächer, sodass sich seine Umlaufbahnen ausdehnen. In unserem eigenen Sonnensystem wird die Sonne etwa die Hälfte ihrer Masse verlieren, so dass die Umlaufbahnen der äußeren Planeten nach außen driften werden und sich doppelt so weit entfernen, wie sie es heute sind. Bei 30-facher Entfernung von Erde und Sonne wird sich Neptun schließlich auf die 60-fache Entfernung von Erde und Sonne ausdehnen. Am Ende ihres kraftstoffverbrennenden Lebens wird die Sonne viel heller und größer. Ihr Durchmesser wird so groß, dass er den gesamten Himmel - von der Oberfläche eines überlebenden Planeten aus gesehen - füllen könnte.

Werden die Sonne und die Sterne in einer feurigen Explosion sterben oder mit einem leisen Wimmern untergehen?
Stay tuned for Chapter 7.

[Janey]

Spannend!!!

[Ronon]

Klingt interessant sehe mir hin und wieder auch Doku´s an die das Thema auch haben.