Das Wetter und der Klimawandel

Archiv für die Kategorie ‘Astronomie’

Hubble´s Expanding Universe

During 1922 and 1923 astronomer Edwin Hubble succeeded for the first time to identify single stars in the famous spiral nebula Andromeda, even visible with the naked eye. For this detection Hubble used world’s largest telescope at that time, the 2,5m Hooker Telescope at Mt. Wilson Observatory.

Andromeda Galaxy (M31) Source: Palomar Observatory

Several of these new-found stars were Cepheids, large and bright stars, pulsating and thus varying luminosity. Typical Cepheids pulsate with periods from a few days through to months. There is a quite relationship between cycle duration and absolute luminosity of these variable stars. As longer the period as higher the luminosity.

That is why cepheids are workable standard candles for cosmic distance measurements. It is merely necesssary to calibrate the distance of the cepheids with other techniques like geometric parallax (difference in the apparent position of an object viewed along two different lines of sight against a much more distant background) and spectroscopic parallax (comparing the luminosity of main sequence stars in Hertzsprung-Russel-Diagrams).

Edwin Hubble (1889-1953) and 2,5m (100 inch) Hooker-Teleskope at Mt.Wilson Observatory Source: Wikipedia, www.astro.caltech.edu/

Using the period-luminosity-relationship of Cepheids in Andromeda, Hubble calculated a distance of nearly one million light years (ly), too much this nebula could be a part of the Milky Way. And Hubble even undervalued Andomeda´s distance due to calibration errors. Today`s reading ist about more than two million light years (ly).

Previously most astronomers took the view that Milky Way and universe were the same. But in fact, our Milky Way was only one galaxy among many galaxies in the universe. Hubble had found the ultimate proof and from then on the world became much larger than before.

Hubble also devised a system for classifying galaxies according to their optical appearance  in a diagram, resembling a tuning fork ,  also known as the Hubble sequence.

Hubble´s Tuning-Fork-Diagram for classification of galaxies. Source: Wikipedia

In the following years Hubble searched out a direct proportionality of the galaxies’ distances with redshifts in their spectra. This redshift is a consequence of the Doppler effect and hence a clear evidence for a flight of galaxies away from the Milky Way.  The received frequency of a moving light source increases during approach (blueshift), remains constant at the moment of passing by, and decreases during recession (redshift). stretched. At first electromagnetical waves are compressed due to approach,  afterwards they are stretched due to recession. Accordingly direct proportionality of galaxies’ distances with redshifts also means a direct proportionality of galaxies’ distances with the galaxies’ escape velocity.

Hubble´s Law Source: Edwin Hubble (www.pnas.org/)

The redshift of almost galaxies does not mean that Milky Way is centre of the universe. Universe acts like a proving yeast dough of a plum cake before baking. From the viewpoint of every raisin all the other raisins are going away as faster as longer the distance between raisins are. That´s because the dough itself is expanding.

In almost the same manner the space between galaxies expands, leading to an expansion of the whole universe. This discovery of Hubble was a complete surprise at that time.  In place of a stable and eternal Universe there was an  evolving universe with it´s own history, leading to big bang theory.

Next up Hubble wanted to know, if universe is open or closed.

In other words: Does the entire universe have enough matter and energy to stop it´s own expansion by gravitational force, warping space to a closed (four-dimensional) space-time bubble? Or will expansion last to all eternity, leading to an open universe?

Hubble tried to solve the problem by counting the galaxies as a function of their distance. He assumed in average a relationship between luminosity and distance of galaxies. If the nummber of galaxies increased overproportional with their distance, the space should have a positive curvature, leading to a closed universe and vice versa.

A two-dimensional analogy for better understanding: A spherical surface has a positive curvature, a riding saddle (hyperboloide) has a negative curvature and a flagstone is flat.

Jens Christian Heuer

Sources: Lonely Hearts of the Cosmos: The Story of the Scientific Quest for the Secret of the Universe, Dennis Overbye, Wikipedia

Advertisements

Saturnmond Enceladus – Ein Indirekter Hinweis auf Leben?

Am 27. März 2012 hat die NASA-Sonde Cassini ihren bisher nahesten Vorbeiflug über den Südpol des Saturnmondes Enceladus absolviert. Der Mond hat nur einen Durchmesser von gut 500 km, verfügt aber über ein eigenes Magnetfeld. Die gesamte Oberfläche ist mit hellem Wassereis bedeckt und die Albedo deshalb mit 0,99 extrem hoch. Da praktisch alles Sonnenlicht reflektiert wird, ist es an der Oberfläche mit teilweise unter -200°C bitterkalt. Doch es gibt Eisvulkane und eine geologisch hochaktive Region am Südpol. Das Oberflächeneis ist hier von parallelen, hunderte Kilometer langen und einige hundert Meter tiefen Spalten, den sogenannten Tigerstreifen durchzogen.

In der geologisch hochaktiven Südpolregion des eisbedeckten Saturnmondes Enceladus sind die Tigerstreifen gut zu erkennen. Quelle: NASA-JPL

Im Inneren des Mondes gibt es eine starke Wärmequelle, wahrscheinlich durch radioaktive Zerfallsprozesse, vor allem aber durch gewaltige Gezeitenkräfte des Planeten Saturn, der seinen Mond förmlich „durchknetet“. In den Tigerstreifen gibt es zahlreiche Geysire, die immer wieder ausbrechen. Cassini durchflog schon mehrere Male die Geysirfontänen und fand Eispartikel, Wasserdampf, Methan, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Salze und komplexe organische Verbindungen.

Geysire in der Südpolregion des Eismondes Enceladus. Quelle: NASA-JPL

Unter der Eisdecke von Enceladus befinden sich offensichtlich größere Mengen an flüssigem Wasser, vielleicht sogar ein globaler Ozean. Das Wasser auf Enceladus hat einen Salzgehalt wie das Meerwasser der Ozeane auf der Erde, zeigen die neuesten Meßergebnisse von Cassini. Das könnte meines Erachtens tatsächlich ein deutlicher Hinweis auf Leben sein! Der Salzgehalt der Ozeane auf der Erde liegt bei etwa 3,5%. Das ist weit unter der Sättigungskonzentration und genau richtig für Leben wie wir es kennen, denn zuviel Salz zerstört die Biomembranen der allermeisten Zellen! Doch normalerweise sollte der Salzgehalt der Ozeane im Laufe der Jahrmillionen immer weiter zunehmen. Auch wenn durch Tonminerale und Verlandung – das Wasser verdunstet und lässt eine Salzkruste zurück – den Ozeanen immer etwas Salz entzogen wird, der Salzeintrag in die Ozeane ist deutlich höher: Das Salz wird aus Gesteinen ausgewaschen, entweder unter Wasser oder an Land, wo es dann über den Regen und mit dem Wasser der Flüsse in die Ozeane gelangt. Durch Vulkanismus wird unter Wasser und an Land ständig neues Gestein mit viel Mineralien zum Herauslösen nachgebildet. Die gleichen Prozesse dürften sich auch auf Eceladus abspielen, nur das es da kein Land, kein Regen und keine Flüsse gibt und daher alles unter Wasser geschieht. Immer salziger werdende Ozeane wären für alles Leben auf der Erde eine tödliche Bedrohung. Schon bei einem Salzgehalt von etwas über 4% wird es kritisch und spätestens bei 5 bis 6% werden auch bei den widerstandsfähigsten Organismen wichtige Zellfunktionen blockiert. Doch die Ozeane der Erde blieben lebensfreundlich! Es muß also Regulationsmechanismen geben, welche den Salzgehalt (nahezu) konstant hielten. Auf der Erde entsalzt das Leben selbst die Ozeane. Einzellige Kiesel- und Kalkalgen bauen in ihre festen Schalen neben Silikaten und Kalk auch Salze ein. Wenn die Algen absterben bilden ihre Schalen Sedimente aus Kalkstein. Die darin enthaltenen Salze bleiben den Ozeanen dann für eine längere Zeit entzogen. Ob etwas Ähnliches auch auf dem Saturnmond Enceladus geschieht?!

Jens Christian Heuer

Quelle: NASA Cassini-Huygens

Ein Erdähnlicher Exoplanet in der habitablen Zone!

Das US-Weltraumteleskop Kepler, das nach Exoplaneten, also nach Planeten  außerhalb unseres Sonnensystems sucht, hat den ersten erdähnlichen  Exoplaneten innerhalb der habitablen Zone gefunden!  Der neu entdeckte Exoplanet mit der Bezeichnung Kepler 22b wurde schon erstmals im Jahre 2009, kurz nach Inbetriebnahme des Weltraumteleskops entdeckt und seitdem durch wiederholte Messungen bestätigt. Er  ist in etwa doppelt so groß wie die Erde und umkreist einen 600 Lichtjahre entfernten sonnenähnlichen Stern einmal in 290 Tagen. Der Exoplanet ist seinem Stern damit etwas näher als die Erde der Sonne, denn die braucht für einen Umlauf  ja bekanntlich 365 Tage, doch dafür leuchtet der Stern des neuentdeckten Planeten ein wenig schwächer. Deshalb bewegt sich der neu entdeckte Planet wie die Erde mitten in der habitable Zone, welche die Abstände eines Planeten zu seinem Stern umfasst, bei denen gemäßigte Oberflächentemperaturen wahrscheinlich sind, so daß es flüssiges Wasser und damit auch Leben geben kann.

Das Bahn des Exoplaneten Kepler 22b im Vergleich zu dem inneren Bereich unseres Sonnensystems. Quelle: Kepler, NASA

Das Weltraumteleskop Kepler sucht in einem genau definierten Himmelsareal mit etwa 100.000 Sternen im Sternbild Schwan nach Planetentransits, welche sich durch eine minimale Helligkeitsabnahme des betreffenden Sterns bemerkbar machen. Bei einem Planetentransit schiebt sich der Planet auf seiner Umlaufbahn zwischenzeitlich vor die Sternscheibe und dunkelt sie dadurch ein wenig ab. Aus dem Grad der Helligkeitsabnahme läßt sich die Größe des Exoplaneten herleiten. Der Zeitraum zwischen zwei Vorübergängen ergibt die Umlaufzeit und damit gleichzeitig auch den Abstand des Planeten von seinem Stern. Kennt man außerdem noch dessen Leuchtkraft, so sind sogar begründete Vermutungen über die Oberflächentemperatur des Exoplaneten möglich. Ein Planetentransit lässt sich nur beobachten, wenn die Bahnebene des Exoplaneten nicht allzusehr gegen die Sichtlinie von der Erde zu dem fremden Stern geneigt ist.

Das Kepler-Team gab weiterhin die Entdeckung von 1094 neuen Exoplaneten-Kandidaten bekannt. Damit sind es jetzt insgesamt 2326! Kandidaten müssen noch durch weitere Messungen bestätigt werden.

Exoplaneten-Kandidaten des Weltraumteleskops Kepler (Stand Dezember 2011). Quelle: NASA

Unter ihnen sind 203 jupiterähnlich und sogar 55 noch größer, 1181 entsprechen in etwa dem Neptun, 680 sind Supererden mit mehrfacher Erdmasse und 207 sind so groß wie die Erde oder kleiner. Davon bewegen sich immerhin 10 innerhhalb der habitablen Zone um ihren Stern!

Jens Christian Heuer

Quelle: NASA

Schlagwörter-Wolke