Schrumpfende Planeten

[Dares]

Hallo liebes Forum,

ich habe mir vor einiger Zeit mal Gedanken darüber gemacht ob Planeten schrumpfen können wenn sie im Inneren abkühlen.
Ich habe dann mal gegoogelt und auch viele interessante Beiträge gefunden.

Gut ich kann die ganzen "Links" hier nicht reinstellen, es wären zu viele.

Überwiegend handelt es sich erstmal um den Merkur der offensichtlich immer mehr an seiner Masse verliert.

Wäre es dann z. B. denkbar das z.B. der Mars früher einmal viel grösser gewesen sein könnte und seine jetzige Oberflächenstruktur seiner Schrumpfung verdankt? Der Mars hat nun ja nicht mehr seine innere Energie die der inneren Gravitation entgegenwirkt und so müssten doch alle Gebilde und Planeten schrumpfen?

Viele Grüsse

Dares

[gravi]

Ja klar, wenn sich Körper abkühlen, schrumpfen sie unweigerlich. Bei Planeten oder Monden ist das sicher ein extrem langer Vorgang.
Es ist aber nicht einzusehen, dass Planeten generell an Masse verlieren. Wobei ich einmal flüchtige Bestandteile wie Atmosphären oder Wasser ausklammere. Die Erde z.B. wächst jedes Jahr um rund 50 000 Tonnen, weil sie ständig Meteorite einfängt.

Die Oberflächenstruktur astronomischer Körper wird sicherlich mehr durch Erosion, Vulkanismus, Astroideneinschläge usw. geformt als durch Schrumpfungsprozesse, die ja viel viel langsamer sind.

Gruß
gravi

[Stephen]

Merkur soll tatsächlich schrumpfen. Eine mögliche Erklärung findet man hier.
Aber 14 Kilometer Verlust an Durchmesser in 4 Milliarden Jahren kann man wohl eher vernachlässigen.

Paradox erscheint es natürlich trotzdem, wenn sich gerade der Planet am meisten abkühlen soll, der die Sonne im kürzesten Abstand umkreist. Wissenschaftler machen dafür seinen ungewöhnlich großen Eisenkern und die - im Gegensatz zur Erde - fehlende Plattentektonik verantwortlich. Diesen Zusammenhang kann ich mir allerdings selbst noch nicht erklären. Mein (höchstwahrscheinlicher) Denkfehler: wenn etwas geschlossen ist (wie der Merkur mit seiner durchgehend festen Oberfläche) dann muss das in etwa so reagieren wie ein Schnellkochtopf - also heißer werden, anstatt sich abzukühlen...

Gruß
Steffen

[gravi]

Stimmt leider nicht - ein Planet ist kein geschlossenes System. Er strahlt Wärme ab, und zwar wohl mehr, als er von der Sonne empfängt (Stichwort Thermodynamik!). Bedenke bitte, dass er zwar auf der Tagseite über 400 Grad heiß ist, auf der Nachtseite aber saukalt. So lange seine (innere) Temperatur höher ist als die seiner Umgebung, wird er Wärme abstrahlen, bis die Temperaturen ausgeglichen sind. Im Weltraum ist es allerdings schaurig kalt...

Gruß
gravi

[Dares]

Ja gut, wenn ich den Artikel richtig verstanden habe verliert der Merkur Masse und schrupft somit natürlich auch.
Aber Masseverlust ist jetzt nicht = Schrumpfung denn Schrumpfung geht doch ohne Masseverlust vonstatten und
auch ohne Verlust der Gravitation?

[Frank]

planeten-witz_486555.jpg (24.32 KiB) 14462 mal betrachtet

[Stephen]

Aber Masseverlust ist jetzt nicht = Schrumpfung denn Schrumpfung geht doch ohne Masseverlust vonstatten...

Wenn etwas an Masse verliert und dabei nicht schrumpft, dann nimmt die Dichte des Körpers ab.
Schrumpft etwas zusammen und die Masse bleibt gleich, dann erhöht sich die Dichte.
Verringert sich der Durchmesser (bezogen auf den Planeten Merkur) und die Dichte bleibt gleich, dann ging Masse verloren.

... und auch ohne Verlust der Gravitation?

Doch, die Gravitation (lat. gravitas = Schwere) hängt einzig und allein von der Masse eines Körpers ab. Wenn der Merkur also leichter wird, verringert sich auch dessen Schwerkraft.

Gruß
Steffen

[Dares]

Aber Masseverlust ist jetzt nicht = Schrumpfung denn Schrumpfung geht doch ohne Masseverlust vonstatten...

Wenn etwas an Masse verliert und dabei nicht schrumpft, dann nimmt die Dichte des Körpers ab.
Schrumpft etwas zusammen und die Masse bleibt gleich, dann erhöht sich die Dichte.
Verringert sich der Durchmesser (bezogen auf den Planeten Merkur) und die Dichte bleibt gleich, dann ging Masse verloren.

... und auch ohne Verlust der Gravitation?

Doch, die Gravitation (lat. gravitas = Schwere) hängt einzig und allein von der Masse eines Körpers ab. Wenn der Merkur also leichter wird, verringert sich auch dessen Schwerkraft.

Gruß
Steffen

Nee Steffen,
der Merkur verliert zwar Masse aber nur in der Form das es relativ leichte Elemente sind. Die schwereren Elemente bleiben immer noch im Merkur erhalten wie Eisen und Co. und somit dürfte entgegen der Annahme auch seine Schwerkraft relativ konstant bleiben?
PS.: Mit Schwerkraft setzt ich Gravitation gleich? Ist das so richtig?

[Stephen]

Hallo Siggi,

Nee Steffen,
der Merkur verliert zwar Masse aber nur in der Form das es relativ leichte Elemente sind. Die schwereren Elemente bleiben immer noch im Merkur erhalten wie Eisen und Co. und somit dürfte entgegen der Annahme auch seine Schwerkraft relativ konstant bleiben?
PS.: Mit Schwerkraft setzt ich Gravitation gleich? Ist das so richtig?

Was ist schwerer? Ein Kilogramm Eisen oder ein Kilogramm Federn?
Es ist also vollkommen egal, welche Elemente oder Verbindungen sich vom Merkur lösen, er wird leichter und somit nimmt seine Masse und damit die Schwerkraft ab. Schwerkraft = Gravitation!

Vielleicht hast du das mit dem Magnetfeld verwechselt (dafür ist in erster Linie natürlich Eisen verantwortlich).

[Dares]

Ein Gedanke von mir wäre, dass sich Dinge die im Abkühlungsprozess schrumpfen nicht nur Planeten schrumpfen sondern auch das gesamte Universum schrumpfen müsste, da es sich ja nun mal abkühlt. Demnach wäre die Expansion doch nur eine Illusion?

PS. an Steffen: Natürlich sind Federn leichter

[positronium]

Ein Gedanke von mir wäre, dass sich Dinge die im Abkühlungsprozess schrumpfen nicht nur Planeten schrumpfen sondern auch das gesamte Universum schrumpfen müsste, da es sich ja nun mal abkühlt. Demnach wäre die Expansion doch nur eine Illusion?

Das sind verschiedene Dinge.
Die Volumenverkleinerung von Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen bei Abkühlung ist Folge des Verlustes kinetischer Energie; Teilchen dieser Stoffe werden also langsamer, und lassen dadurch anderen Teilchen mehr Platz.
Die Abkühlung des Universums ist hingegen Folge der Expansion - Licht verliert bei der kosmischen Ausdehnung Energie.

[tomS]

Man kann den Abkühlungsprozess gut mittels der Näherung des schwarzen Strahlers abschätzen: ein Planet absorbiert Strahlung (Leistung) entsprechend des über alle Wellenlängen integrierten Sonnenspektrums, proportional zu seiner Fläche und proportional zum Quadrat des inversen Sonnenabstandes; ein Planet emittiert Strahlung (Leistung) entsprechend seines über alle Wellenlängen integrierten Spektrums. Beide Leustungn sind jeweils proportional zu T⁴, wobei T für die Temperatur von Sonne bzw. Planet steht.

[Stephen]

PS. an Steffen: Natürlich sind Federn leichter...

Eben nicht, 1 Kilogramm Eisen ist genauso schwer wie 1 Kilogramm Federn.
Deshalb ist es egal, was sich vom Merkur verabschiedet....

[Dares]

Ein Gedanke von mir wäre, dass sich Dinge die im Abkühlungsprozess schrumpfen nicht nur Planeten schrumpfen sondern auch das gesamte Universum schrumpfen müsste, da es sich ja nun mal abkühlt. Demnach wäre die Expansion doch nur eine Illusion?

Das sind verschiedene Dinge.
Die Volumenverkleinerung von Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen bei Abkühlung ist Folge des Verlustes kinetischer Energie; Teilchen dieser Stoffe werden also langsamer, und lassen dadurch anderen Teilchen mehr Platz.
Die Abkühlung des Universums ist hingegen Folge der Expansion - Licht verliert bei der kosmischen Ausdehnung Energie.

@Positronium
Danke für Deinen Einwand mit der kinetischen Energie. Da hatte ich etwas falsch gedacht. Das habe ich jetzt so erstmal begriffen. Jetzt kommt meine Frage: Kinetische Energie müsste doch auch iwann mal zum Stillstand kommen? Wir sehen eine beschleunigte Expansion aber in der Vergangenheit. Das würde dann bedeuten dass der kinetische Druck recht gross war aber dieser müsste lt. physikalischen Gesetzen doch mit der Zeit abnehmen? Oder denke ich falsch?

LG

Dares

[positronium]

Kinetische Energie müsste doch auch iwann mal zum Stillstand kommen?

"Von selbst" nicht. Ich bin mir nicht sicher, vermute aber, dass Du das mit dem Verhalten z.B. eines rollenden Balles auf der Erdoberfläche vergleichst - der wird natürlich langsamer, aber nur wegen Reibung. Reibung führt allerdings nur kinetische Energie in andere kinetische Energie über, die dann als Temperatur wahrgenommen wird. Energie - bzw. im nicht-relativistischen Bereich sogar kinetische Energie in ihrer Form - bleibt immer erhalten.
Jetzt ist es aber so, dass Raumexpansion nicht nur auf Licht/Photonen wirkt, sondern natürlich auch auf andere Teilchen, und damit ebenso auf Materie. Ich weiss das nicht, vermute aber, dass dadurch im Lauf der Zeit tatsächlich ein ganz minimaler Teil kinetischer Energie verloren geht.

Wir sehen eine beschleunigte Expansion aber in der Vergangenheit. Das würde dann bedeuten dass der kinetische Druck recht gross war aber dieser müsste lt. physikalischen Gesetzen doch mit der Zeit abnehmen? Oder denke ich falsch?

Raumexpansion hat nichts mit dem Verhalten in Gasen, Flüssigkeiten und evtl. Festkörpern zu tun. Temperatur solcher Materieansammlungen entspricht der in ihnen befindlichen kinetischen Energie; packt man so eine Materieansammlung in einen Behälter, dann stossen die enthaltenen Teilchen in ihrer Bewegung gem. der kin. Energie an die Behälterwand. Das ist Druck, also Kraft pro Fläche. Das Universum war wohl sicher einmal so dicht, dass das eine Rolle gespielt hat, aber diese Zeiten sind lange, lange vorbei, das Universum expandiert aber immer noch beschleunigt.
Um Raumexpansion zu "verstehen" muss man von der mechanischen Weltsicht abrücken.

[Dares]

das Universum expandiert aber immer noch beschleunigt.
Um Raumexpansion zu "verstehen" muss man von der mechanischen Weltsicht abrücken.

Das Thema scheint komplizierter zu sein als ich dachte weil es einfach zu viele Aspekte gibt in anderen Bereichen wie jetzt Expansion. Einerseits beobachten wir die Vergangenheit mit der beschleunigten Expansion. Können wir daraus ableiten das das Universum immer noch beschleunigt expandiert? Wenn die Mechanik nicht mehr im Spiel ist sollte eine andere Komponente am werkeln sein.

Gibt es da Ideen und Erklärungsmodelle?

LG

Dares

[positronium]

Einerseits beobachten wir die Vergangenheit mit der beschleunigten Expansion. Können wir daraus ableiten das das Universum immer noch beschleunigt expandiert?

Weil die Expansion innerhalb gravitativ gebundener Systeme keine Rolle spielt, muss man für deren Beobachtung grössere Massstäbe heran ziehen. Zahlen kenne ich leider keine, aber unter mehreren 100000 Lichtjahren geht wohl kaum etwas. Von daher kann man über die Expansion innerhalb dieser mehreren 100000 Jahren nichts sagen. Es ist aber kaum vorstellbar, dass sich in einer relativ zum beobachtbaren Zeitraum so kurzen Zeit eine abrupte Veränderung eingestellt haben sollte.

Wenn die Mechanik nicht mehr im Spiel ist sollte eine andere Komponente am werkeln sein.

Ja.

Gibt es da Ideen und Erklärungsmodelle?

Soweit ich weiss nichts allgemein anerkanntes, wenn man einmal von der kosmologischen Konstante in Einsteins Feldgleichungen absieht. Aber da kenne ich mich leider nicht aus.

[Frank]

PS. an Steffen: Natürlich sind Federn leichter...

Eben nicht, 1 Kilogramm Eisen ist genauso schwer wie 1 Kilogramm Federn.
Deshalb ist es egal, was sich vom Merkur verabschiedet....

..............................................

[seeker]

Eben nicht, 1 Kilogramm Eisen ist genauso schwer wie 1 Kilogramm Federn.

PS. an Steffen: Natürlich sind Federn leichter...

Eben nicht, 1 Kilogramm Eisen ist genauso schwer wie 1 Kilogramm Federn.
Deshalb ist es egal, was sich vom Merkur verabschiedet....

..............................................

Das ist zwar OT, aber um das zu klären:

Natürlich ist 1 kg Eisen (auf der Erde) schwerer als 1 kg Federn!

Warum?
Weil die Einheit der Masse das Kilogramm ist, "Schwere" bezieht sich aber auf das Gewicht eines Körpers und damit auf eine Kraft (Einheit: Newton).
Natürlich haben beide dieselbe Masse, aber bei der Frage geht es eben salopp darum, ob 1 kg Federn, auf eine Waage gelegt, zu demselben Messwert führt, wie 1 kg Eisen.
Da nun 1 kg Federn eine viel geringere Dichte haben als 1 kg Eisen, haben sie auch mehr Volumen - und daher auch mehr Auftrieb durch die verdrängte Luft. Und daher wird die Waage bei den Federn weniger anzeigen als beim Eisen.
Um das noch deutlicher zu machen, kann man die Frage auch so verändern, dass das Prinzip erhalten bleibt, jedoch die Antwort direkt einsichtig wird:

Was ist schwerer, 1kg Eisen oder ein 1 kg Luft?

1 kg Eisen auf die Waage gelegt wiegt dort ziemlich genau 9,81 Newton, die Luft wiegt überhaupt nix.

Was an der ganzen Geschichte oft für Verwirrung sorgt, ist der Umstand, dass bei unseren Waagen meist kg oder g angezeigt werden.
Das ist aber eigentlich die falsche Einheit. Physikalisch korrekt müsste die angezeigte Einheit bei Waagen das Newton sein.
Dass man den Unterschied meist vernachlässigt, hat wohl eher geschichtliche Gründe und die Tatsache, dass unsere Waagen normalerweise alle auf der Erde rumstehen (wo für die meisten Anwendungen die Erdbeschleunigung mit genügender Genauigkeit überall gleich ist und der Auftrieb meist vernachlässigt werden kann) und nicht etwa auf dem Mond.


Grüße
seeker

P.S.:
Eure Argumentation mit dem Merkur tangiert das natürlich nicht, dort habt ihr im Wesentlichen wahrscheinlich Recht.
Es ging mir hier nur um den Gebrauch des Wortes "schwer".
Allerdings ist beim Merkur noch die Dichte zu berücksichtigen, d.h.: Ein Himmelkörper kann im Prinzip Masse verlieren und dennoch kann seine Oberflächengravitation gleich bleiben (wenn sich seine Dichte erhöht, z.B. deshalb, weil nur leichte Elemte verschwinden oder weil er kontrahiert). Es ist nicht so, dass die Oberflächengravitation eines Himmelskörpers direkt nur abhängig von seiner Masse ist. Sieht man z.B. beim Mars: 3,69 m/s2 Oberflächenfallbeschleunigung, also etwa 38% der Oberflächen-Schwerebeschleunigung der Erde, Masse aber nur knapp 11% der Masse der Erde.
Der sich ergebende Radius des Körpers spielt dann auch mit hinein.
In größerer Entfernung (also fern der Oberfläche) ist dann aber tatsächlich praktisch nur noch die Masse relevant.

[Frank]

@ Seeker

Wir müssen uns halt irgendwie auf der der Erde einigen, wie wir Dinge bemessen um eine Sache verbindlich zu machen.
Wenn ein LKW von der Polizei gestoppt wird der überladen ist, dann interessiert es die Gesetzeshüter wenig, ob er nun mit Eisen , oder mit Federn überladen ist. Der Physiker könnte nun anmerken das die Federn ja schlieslich den ganzen LKW ausfüllen, aber das Eisen ihn nur zu 10%.
Ändern wird es am Strafzettel aber nichts.
Physiker reden auch immer davon, dass alles was nach dem Wasserstoff kommt Metalle sind. Das mag physikalisch richtig sein, hat aber im(normalen) Leben keinerlei Bedeutung

[Dares]

Physiker reden auch immer davon, dass alles was nach dem Wasserstoff kommt Metalle sind.

Warum sollen denn nun Gase wie Sauerstoff usw. ein Metall sein? Kann das im Periodensystem und der Schwere der Kerne ihre Ursache haben?

Gut mein Thema ist jetzt sowieso verfahren, warum nicht weitermachen mit Federn?

Bleiben wir mal dabei: Ein Sack Kartoffel-welcher fällt denn nun schneller ein Sack mit 1kg Federn oder 1 kg Kartoffeln?
Omg ihr seit

LG

Ein nachdenklicher Dares

[Stephen]

Ein Sack Kartoffel-welcher fällt denn nun schneller ein Sack mit 1kg Federn oder 1 kg Kartoffeln?

Kommt darauf an, wo du die Säcke fallen lässt...
Im Vakuum kommen die beiden Säcke gleichzeitig am Boden an, auf der Erde gewinnt der Sack Kartoffeln und in der IRS fliegt dir beides um die Ohren...

[seeker]

Warum sollen denn nun Gase wie Sauerstoff usw. ein Metall sein?

Weil die Astronomen keine Chemiker sind. Für die ist das relativ egal, also vereinfachen sie die Dinge für ihre Zwecke.
Da gibt es dann eben fast nur Wasserstoff und Helium im Universum (damit hat man schon ca. 99% der Gesamtmasse der normalen Materie erfasst), das sind für den Astronom dann die Nichtmetalle... und der kleine Rest/"die Verunreinigungen" ab dem Lithium, das sind dann eben die Metalle.
Und es ist ja auch in der Chemie so, dass fast alle Elemente Metalle sind (von den gut 100 chemischen Elementen sind nur ca. 10 ausgesprochene Nichtmetalle, plus die 6 Edelgase dann noch und wenn man will ein paar Halbmetalle, der Rest ist alles Metall), da macht sich's der Astronom dann eben leicht...

Gruß
seeker

[Dares]

Warum sollen denn nun Gase wie Sauerstoff usw. ein Metall sein?

Weil die Astronomen keine Chemiker sind. Für die ist das relativ egal, also vereinfachen sie die Dinge für ihre Zwecke.
Da gibt es dann eben fast nur Wasserstoff und Helium im Universum (damit hat man schon ca. 99% der Gesamtmasse der normalen Materie erfasst), das sind für den Astronom dann die Nichtmetalle... und der kleine Rest/"die Verunreinigungen" ab dem Lithium, das sind dann eben die Metalle.
Und es ist ja auch in der Chemie so, dass fast alle Elemente Metalle sind (von den gut 100 chemischen Elementen sind nur ca. 10 ausgesprochene Nichtmetalle, plus die 6 Edelgase dann noch und wenn man will ein paar Halbmetalle, der Rest ist alles Metall), da macht sich's der Astronom dann eben leicht...

Gruß
seeker

Naja, gut Seeker, dass mit den Astronomen gut und hinundher. Das scheint mir zu einfach zu sein. Aber woran kann man denn Metalle überhaupt ausmachen? Kohlenstoff ist für mich kein Metall sonst würde es andere Eigenschaften aufweisen. Bei flüchtigen Gasen ist es ebenso. Reiten wir jetzt nur mal so zum Fun auf Begriffen herum?

Grüsse

Dares

[Dares]

Im Vakuum kommen die beiden Säcke gleichzeitig am Boden an,

Ach ja, und hast Du dabei die Mikropartikel im Weltall mit einbezogen? Die könnten eventuell doch den Fall der Federn stärker abremsen wegen der grösseren Reibung als jetzt Kartoffeln?