Das Sonnensystem: Die Entstehung

[seeker]

Dem Sonnensystem sollte man ein eigenes Thema widmen.
Daher hier diese Kopie aus dem Thread "Der Mond":

Harald Lesch: Springende Planeten und das späte Bombardement
http://www.youtube.com/watch?v=_-rZOCtuYWA

Wirklich interessanter Vortrag (lohnt sich)!

Sehr interessant sind auch noch diese Teile des Vortrags von ihm:

Harald Lesch: Das Problem der Planetensystementstehung
http://www.youtube.com/watch?annotation_id=annotation_452699&feature=iv&src_vid=OJntRO4231A&v=jWFr1F6jQ8s

Harald Lesch: Woher kommt das Wasser auf der Erde?
http://www.youtube.com/watch?v=guylxBmpsCo

Ein paar Stichworte:
Man sieht, dass bei der Entstehung des Sonnensystems viel Zufall im Spiel war: Ganz ähnliche Urnebelwolken können zu ganz unterschiedlichen Sonnensystemen führen.
Wie viele innere Planeten entstehen und welcher davon wie viel Wasser abkriegt ist scheints auch ein chaotischer Vorgang.
Planeten können auch im System umherwandern und sogar ihre Plätze tauschen. Insbesondere gibt es Hinweise, dass Jupiter das getan hat.
Zum Glück ist er dabei nicht nach ganz innen gewandert, wie das offensichtlich bei einigen Exoplanetensystemen geschehen ist, denn sonst gäbe es uns nicht.

Wichtig ist auch, dass nicht nur unser Sonnensystem aus dieser Wolke entstanden ist. Es sind höchstwahrscheinlich viele Sterne gemeinsam aus einem großen Gas-Staub-Nebel entstanden.
Diese anderen Sonnen sind m.W.n. heute nicht mehr unsere nächsten Nachbarn. Die Sonne ist also seit ihrer Entstehung schon in der Galaxis gewandert.

Fragt sich: Von woher?

Dazu habe ich folgende spannende Theorie gefunden:

Die gefährliche Reise der Erde durch die Milchstraße
http://www.focus.de/wissen/weltraum/ode ... 16925.html

Demzufolge entstand unser System viel weiter innen in der Galaxis und ist erst im Laufe der Zeit nach außen gewandert.
Über Kommentare hierzu würde ich mich freuen.

Was ich mich auch noch gerade frage:
Warum sind die Planetenbahnen eigentlich elliptisch und nicht kreisförmig?

Dazu gibt es die einfachte Antwort: Weil sie es können!
Soll heißen: Weil die Kepler-Gesetze sowohl elliptische als auch kreisförmige Bahnen erlauben.

Ich möchte aber auf die Herkunft hinaus:
War der sich zusammenziehende Teil der Urwolke, der unser Sonnensystem gebildet hat, schon "unrund"?
War die protoplanetare Scheibe schon elliptisch oder sind die heutigen elliptischen Bahnen auf spätere chaotische Bahnstörungen (der Planeten untereinander) zurückzuführen?

So weit für'n Anfang...

Viele Grüße
seeker

[gravi]

Ich danke Dir zunächst mal für die Eröffnung dieses spannenden Themas.
Leider habe ich aufgrund der Forenproblematik nur wenig Zeit gehabt, mich hier näher einzubringen - was aber nachgeholt wird!

Heute nur kurz zur neuen Theorie, dass unser Sonnensystem im Innern der Galaxie entstand:
Das klingt ja sehr interessant. Doch ich halte mal dagegen, dass die Sternentstehungsgebiete doch eher in den dichten Gas- und Staubwolken angesiedelt sind, die wir vornehmlich in den Spiralarmen finden.
Leider ist es uns nicht möglich, die Geschichte der Sonne nachzuempfinden, so wird wohl alles nur graue Theorie bleiben.
Doch bei ihrem noch relativ jungen Alter glaube ich eher nicht, dass unser "Geburtsort" irgendwo im wilden Innern der Galaxis lag... es liegt ja auch keine Systematik darin, dass die Sterne im Bulge ständig nach außen driften.

Netten Gruß
gravi

[seeker]

Heute nur kurz zur neuen Theorie, dass unser Sonnensystem im Innern der Galaxie entstand:
Das klingt ja sehr interessant. Doch ich halte mal dagegen, dass die Sternentstehungsgebiete doch eher in den dichten Gas- und Staubwolken angesiedelt sind, die wir vornehmlich in den Spiralarmen finden.

Ich denke, das sollten wir zuerst diskutieren.
In dem verlinkten Bericht ist das anders dargestellt:

Altes Rätsel der Sternenforscher
Überdies könnte die Reise des Sonnensystems durch die Milchstraße ein altes astronomisches Rätsel lösen. Frühere Messungen zeigen, dass unsere Sonne mehr schwere Elemente (die Astronomen sprechen von „Metallen“) enthält als viele andere Sterne in ihrer Umgebung. Die Ursachen waren unklar. Denn da den älteren Theorien zufolge die benachbarten Sterne alle in ähnlichen Gas- und Staubwolken entstanden, müsste auch ihr Metallgehalt annähernd gleich sein.

Die wandernde Sonne kann den Unterschied nun erklären. Im Zentralbereich der Milchstraße reicherten die häufigen Supernova-Explosionen sowie Sternwinde das interstellare Medium mit schweren Elementen an, die durch Fusionsreaktionen im Innern von Sternen oder bei deren finaler Detonation entstanden waren. Wenn die Sonne in einer solchen Umgebung entstand, wie es die Simulationen des Astronomen Roskar nahelegen, sollte sie schon von Geburt an mehr Metalle enthalten haben. In den Außenbereichen der Milchstraße dagegen sollten die metallarmen Sterne überwiegen.

Ebenso dürften ältere Sterne weniger schwere Elemente enthalten, da sie aus geringer kontaminierter Materie entstanden wie ihre jüngeren Geschwister. Beobachtungen zeigen jedoch, dass die Sterne hinsichtlich ihrer „Metallizität“ gut durchmischt sind. Dies wäre leicht erklärbar, wenn sich viele von ihnen vom Ort ihrer Entstehung entfernt haben und in der Galaxis nach außen oder innen gewandert sind.

http://www.focus.de/wissen/weltraum/ode ... 16929.html

Wir sollten uns darum kümmern, wo in der Milchstraße vor 4,6 Mrd Jahren häufig metallreiche Sterne entstanden sind.
Wie war das etwas näher am Zentrum der Milchstraße (10.000 LJ Abstand zum Zentrum), wie weiter außen in den Spiralarmen?
Kann da jemand näheres zu sagen?

Grüße
seeker

[gravi]

Leider kann ich keine korrekte Antwort auf diese Frage geben.
Die Argumente, die im genannten Bericht angeführt werden, sind selbstverständlich sehr stichhaltig und das klingt auch recht überzeugend.

Doch man muss sich fragen, wenn eine Galaxie entsteht, wo wird denn zuerst Sternbildung einsetzen? Logischerweise muss man davon ausgehen, dass die Gasdichte im Zentrum am höchsten ist und folglich auch dort die ersten Sterne gebildet werden. Das waren kurzlebige "Superriesen" (bis zu sagenhaften 1000 Sonnenmassen), die alsbald explodierten und das Medium mit Metallen anreicherten. Die nächsten Generationen besaßen damit bereits Metalle.
Das unterstreicht dann auch die neue Hypothese. Allerdings, ich kann jetzt keine exakte Analyse nennen, aber, untersucht man näher die Sterne in den Spiralarmen, so wird man sicherlich alle möglichen Kategorien finden, metallreiche und -arme.

Einen Widerspruch zur neuen Theorie sehe ich zudem noch: Wenn die Sternbildung vom Zentrum ausgeht und damit hier das meiste Metall zur Bildung neuer Sonnen zur Verfügung steht, dann müssten in den Spiralarmen eigentlich die metallarmen Sterne vorherrschen. Das ist aber wohl nicht so. Ganz merkwürdig wird es, betrachtet man die Kugelhaufen im Halo. Hier findet man die ältesten und metallärmsten - wie konnten die dann überhaupt so früh entstehen, wo doch die Bildung von Zentrum ausging?

Puuh, da kommt man fast ins Schwitzen...

Hier noch ein interessanter Vortrag dazu:

http://www.astro.uni-bonn.de/~psimon/LE ... nthese.pdf

Netten Gruß
gravi

[seeker]

Ich bin noch am Einlesen in das Thema. Man findet jede Menge Veröffentlichungen zur Migration von Sternen.
Bewiesen ist das noch lange nicht, jedoch ist es heute denkbar (im Gegensatz zu früher), denn Simulationen zeigten genau das: Nicht nur Planeten können in ihrem Planetensystem migrieren sondern auch Sterne in ihrer Galaxis - und zwar erheblich (in radialer Richtung).

Ich denke die meisten Sterne werden dort entstehen, wo die Dichte groß ist. Das ist in den Spiralarmen gegeben aber auch weiter im Inneren der Galaxis.
Es entstehen also überall Sterne. Wenn diese aber z.T. auch radial hin und herwandern, dann ergibt sich daraus ein ganz neues Bild der Sternenverteilung in der Galaxis.
Auch die Geschichte mit der habitablen Zone der Galaxis müsste dann neu geschrieben werden, denn ein Stern kann dann ja z.B. im gefährlichen (strahlungsreichen) Innenhof der Galaxis entstehen und erst nachher in ruhigere, lebensfreundliche Gebiete ziehen.

Einen Widerspruch zur neuen Theorie sehe ich zudem noch: Wenn die Sternbildung vom Zentrum ausgeht und damit hier das meiste Metall zur Bildung neuer Sonnen zur Verfügung steht, dann müssten in den Spiralarmen eigentlich die metallarmen Sterne vorherrschen. Das ist aber wohl nicht so.

Nach der neuen Theorie WEIL viele Sterne in der Milchstraße hin und herwandern... Von daher kein Widerspruch sondern eher eine mögliche Erklärung für das was wir an Sternen um uns herum sehen: eine gute Durchmischung.

Ganz merkwürdig wird es, betrachtet man die Kugelhaufen im Halo. Hier findet man die ältesten und metallärmsten - wie konnten die dann überhaupt so früh entstehen, wo doch die Bildung von Zentrum ausging?

Wie gesagt: Ich denke Sterne entstehen überall. Es kommt eher darauf an, wo wann wie viele mit welcher Metallizität, Größe, etc. entstanden sind und ob sie an ihrem Entstehungsort geblieben sind oder nicht?

Grüße
seeker

[gravi]

Sterne entstehen leider nicht überall, natürlich nur dort, wo es große Massekonzentrationen an Gas und Staub gibt. Das Rätsel der Kugelsternhaufen bleibt damit nach wie vor ungelöst, es gibt sie ja in vielen Galaxien, aber meines Wissens ist ihre Entstehung nicht mal andeutungsweise beobachtet worden.

Ich frage mich aber nun intensiv, weshalb viele Sterne kreuz und quer durch die Galaxis vagabundieren sollten. Vom Schema der Entstehung her sollte nach meiner Ansicht alles auf geordneten Bahnen ablaufen.
Was aber selbstverständlich auch sein kann, dass die Begegnung mit einer anderen Galaxie und der damit verbundenen gravitativen Beeinflussung, auch heißt es ja, dass die Galaxis Zwerggalaxien "aufgeschnupft" hat in der Vergangenheit. Das wäre dann ein plausibler Grund.


Gruß
gravi

[seeker]

Ich frage mich aber nun intensiv, weshalb viele Sterne kreuz und quer durch die Galaxis vagabundieren sollten.

Das habe ich auch noch nicht ganz verstanden. Ich meine, dass Sterne normalerweise in der Ebene der Galaxis hoch und runter schwingen ist klar, auch dass sie ein wenig vor und zurück schwingen, denn daraus ergeben sich ja die Spiralarme.
Dass es aber auch eine z.T. erhebliche radiale Bewegung (=Migration) nach innen wie auch nach außen geben könnte ist neu und überraschend:

Star Migration.jpg (29.23 KiB) 6495 mal betrachtet

Bild: Nasa


Im verlinkten Text steht dazu, dass das an der Gravitation der Spiralarme (= Dichtewellen) liegt: Sterne, die kurz hinter einem Arm liegen, werden beschleunigt, Sterne kurz vor einem Arm abgebremst:

Der Effekt gleicht dem eines Mixers, mit dem in einer Schüssel Teig gerührt wird: Vor den Blättern des Rührwerks befindliche Teilchen werden nach innen befördert, dahinter liegende nach außen. Analog drückt der Gravitationssog Gestirne, die den Spiralarmen hinterher laufen, weiter nach außen, während jene, die einem Spiralarm voran laufen, ins Zentrum geschoben werden. Der Astronom Roskar wählt ein anderes Bild. „Es ist wie bei Surfern auf dem Ozean: Wenn sie zu schnell oder zu langsam paddeln, kommen sie nirgendwo hin“, erklärt er. „Sie müssen die Geschwindigkeit der Welle genau erwischen, dann können sie darauf reiten.“ Seine Simulation zeigt, dass ein Stern bei einem solchen Ritt auf einer Dichtewelle bis zu 10 000 Lichtjahre weit vom Ausgangspunkt weggetragen werden kann.

http://www.focus.de/wissen/weltraum/ode ... 16926.html

Ich habe hier noch ein Poster gefunden:
http://www.astro.washington.edu/users/y ... er.ppt.pdf

Und hier (nur) zwei Originalveröffentlichungen zum Thema:

Stellar Migration by Short Lived Density Peaks Arising from Interference of Spiral Density Waves in an N-body Simulation
Justin Comparetta, Alice C. Quillen

http://arxiv.org/abs/1207.5753

The Influence of Radial Stellar Migration on the Chemical Evolution of the Milky Way
Yue Wang, Gang Zhao

http://arxiv.org/abs/1303.7436

Und schau mal hier:
http://www.itp.uzh.ch/~roskar/migration_workshop/

Das Thema wird offensichtlich aktuell diskutiert...

Grüße
seeker

[gravi]

Besten Dank für die ausführlichen Informationen!
Mir scheint, hier muss ich wirklich einlenken, denn die Erklärungen wirken sehr überzeugend. Ich sag's ja: Man wird alt wie 'ne Kuh und lernt immer noch dazu!

Doch im Ernst, diese ganze Thematik ist sehr interessant und es erscheint mir nun durchaus glaubwürdig, dass unser Sonnensystem nicht zwangsläufig in den Bereichen entstanden ist, in denen es heute das Milchstraßenzentrum umläuft. Der "Geburtsort" unserer Sonne kann somit irgendwo in der Galaxis gelegen haben, im Innern, in der Mitte - wer weiß. Nachzuvollziehen ist das wohl nicht mehr. Die Metallizität lässt dann aber doch darauf schließen, dass dies in Bereichen geschah, in denen das interstellare Medium bereits gut mit Metallen durch Supernovaexplosionen angereichert war.

In jedem Fall dürfte die Sonne - wenn sie weit im Zentrum entstanden ist - ziemliches Glück gehabt haben. Immerhin geht es dort recht turbulent zu. Sie muss also allen Kollisionen und vor allem dem zentralen SL aus dem Weg gegangen sein. Wenn, den Angaben zufolge, ein Stern so um die 10 000 Lichtjahre wandern kann, dann könnte demnach die Sonne in einem Gebiet entstanden sein, das gute 18 000 Lichtjahre vom Zentrum entfernt ist (heutige Distanz etwa 28 000 Lj.). Damit also doch Geburt in einer "gemäßigten" Zone.

Damit könnten wir zu Deiner Eingangsfrage kommen, ob schon bereits die protoplanetare Scheibe elliptisch war. Um das zu beantworten, wird wohl wieder eine intensivere Recherche erforderlich sein. Vorerst halte ich besser meine vorlaute Klappe...

Gruß
gravi

[seeker]

In jedem Fall dürfte die Sonne - wenn sie weit im Zentrum entstanden ist - ziemliches Glück gehabt haben.

Ja! Falls dieses Szenario für unsere Sonne zutrifft, dann ändert das alles! Die Dinge werden viel komplizierter, wenn man fragt, warum wir heute (noch) Leben auf der Erde vorfinden.
Wer weiß, was auf so einer Reise alles passieren kann? Wird die Wahrscheinlichkeit für Leben in der Milchstraße (das sagen wir mal einige Mrd Jahre überleben soll) dadurch vergrößert oder verkleinert?
Das ist mir noch unklar, denn einerseits kann es viel mehr habitable Sonnensysteme geben (sie können ja jetzt erst nach ihrer Entstehung in ungefährliche Gebiete gewandert sein) und andererseits ergeben sich durch so einen Mixereffekt ganz neue Gefahren für habitable Systeme auf ihrer Reise durch die Milchstraße.

Damit könnten wir zu Deiner Eingangsfrage kommen, ob schon bereits die protoplanetare Scheibe elliptisch war.

Ich habe nachgedacht und halte es jetzt für wahrscheinlich, dass die protoplanetare Scheibe von Anfang an unrund war. Alles andere wäre ja ein großer Zufall gewesen: Man kann wohl davon ausgehen, dass solche Gas-Staub-Wolken, aus denen Sterne entstehen in keinem Fall symmetrisch sein werden (wenn man sich solche Nebel anschaut, dann sieht man schnell, wie ausgefranzt die aussehen). Dann wird es noch Störungen durch nahe und vorbeiziehende Sterne geben, usw. ...
Zusätzlich denke ich aber auch, dass die spätere WW der Planeten untereinander für zusätzliche Elliptizität sorgen kann und oft genug auch wird. Man denke nur an die offensichtlich stattfindenen Planetenwanderungen innerhalb eines Sonnensystems, von der Synchronisierung der Planetenbahnen ganz zu schweigen. Dabei kann nicht alles kreisrund bleiben.

Daher würde ich nun als Antwort für meine Eingangsfrage ...

War die protoplanetare Scheibe schon elliptisch oder sind die heutigen elliptischen Bahnen auf spätere chaotische Bahnstörungen (der Planeten untereinander) zurückzuführen?

...vermuten, dass beides der Fall ist.

Wie seht ihr das?

Grüße
seeker

[Xenia]

Dankeschön, das werde ich mir am Abend ansehen.

[gravi]

Ich könnte mir auch vorstellen, dass die Verteilung der Masse im Urnebel nicht unbedingt vollständig symmetrisch sein musste, es könnte ja auch lokale Verdichtungen gegeben haben, die eine kreisförmige Scheibe verhinderten.
Das könnte dann sogar, wie Du vermutest, durch benachbarte Sterne verursacht sein, welche die Scheibe quasi gestreckt haben. Möglich auch, dass sich dieses "Urei" im Laufe der Zeit dann doch immer mehr der Kreisform annäherte - sehr stark elliptisch sind unsere Planetenbahnen ja nicht.

Gruß
gravi