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Entstehung von Monden im Sonnensystem

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ralfkannenberg
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Entstehung von Monden im Sonnensystem

Beitrag von ralfkannenberg » 31. Jul 2018, 16:33

Hallo zusammen,

wie bereits angekündigt möchte ich einmal damit anfangen, vom Thread "Crash kippte Uranus um" inspiriert etwas über die Entstehung von Monden in unserem Sonnensystem zu erarbeiten.

Dabei gehe ich zunächst einmal von 4 Artikeln aus, die ich auf der Wikipedia bei den Referenzen gefunden habe:

Origin of Europa and the Galilean Satellites (Robin M. Canup, William R. Ward)
Modeling the Jovian subnebula: I - Thermodynamical conditions and migration of proto-satellites (Yann Alibert, Olivier Mousis, Willy Benz)
Origin of Saturn’s rings and inner moons by mass removal from a lost Titan-sized satellite (Robin M. Canup)
A common mass scaling for satellite systems of gaseous planets (Robin M. Canup, William R. Ward)


Letzterer ist kostenpflichtig, da ich da für 32 Dollar alle Rechte erworben habe darf ich meinem Verständnis nach auch Abschnitte hier hineinkopieren. Allerdings ist diese Arbeit eher ein Spezialthema, welches wir zum jetzigen Zeitpunkt nicht benötigen und welche möglicherweise durch die zweitgenannte Arbeit ohnehin nicht erforderlich ist.

Zudem beachte man, dass diese Quellen nicht unabhängig sind, weil drei von ihnen dieselbe Autorenschaft aufweisen.


Ganz grob gesprochen gibt es 3 Arten der Mondbildung:
- reguläre Monde: Monde, die sich aus einer "zirkumplanetaren Scheibe" (Material, das zur Proto-Satellitenbildung führte), entstanden sind
- irreguläre Monde: Monde, die eingefangen wurden
- Kollisions-Monde: Monde., die durch eine grössere Kollision entstanden sind

Ich vermisse hier noch einen vierten Entstehungstyp, denn es gibt 4 Typen Monde:
- den Mutterplaneten eng umlaufende kleine Monde
- den Mutterplaneten in "normalem" (~1/4.-tel bis ~10-fachem Erdmond-Abstand) umlaufende Monde mit >~250 km bis 5500 km Durchmesser
- den Mutterplaneten weit entfernt umlaufende kleine Monde
- Doppelplaneten


Als Fokus für den Moment schlage ich den Normalfall vor, also reguläre Monde, die ziemlich gross sind und ihren Mutterplaneten in "normalem " Abstand umlaufen.

Sei noch ergänzt, dass drei Zwergplaneten des Kuipergürtels, nämlich der Pluto, die Eris sowie die Haumea, ebenfalls über grosse Monde verfügen, die aber allesamt viel näher ihren Mutterplaneten umlaufen. Mit Ausnahme der Sedna haben auch die übrigen über 1000 km grossen Planetoiden des Kuipergürtels Monde, mit denen ich mich bislang aber ebensowenig wie mit den kleineren Monden des Pluto und der Haumea beschäftigt habe.

Ebenfalls nicht beschäftigt habe ich mich mit den Monden von Hauptgürtel-Planetoiden und Kuipergürtel-Planetoiden.


Freundliche Grüsse, Ralf
Zuletzt geändert von Skeltek am 14. Aug 2018, 01:18, insgesamt 1-mal geändert.
Grund: Angepinnt weil guter Thread, vorerst 30 Tage

ralfkannenberg
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Re: Entstehung von Monden im Sonnensystem

Beitrag von ralfkannenberg » 31. Jul 2018, 16:38

Hallo zusammen,

als erstes möchte ich mir einmal die Situation in unserem Sonnensystem anschauen. Da fallen durchaus einige Sachen auf.

Als "Referenz" nehmen wir der Einfachheit halber unseren Erdmond, nicht weil er ein regulärer Mond ist, sondern weil uns seine Daten am meisten vertraut sind:

- fast 3500 km Durchmesser
- fast 400‘000 km grosse Halbachse
- gut 27 Tage Umlaufzeit
- prograde Umlaufrichtung


Äusserst prominent sind auch die 4 Galileischen Jupitermonde, die man schon im Feldstecher sehen kann und die das geozentrische Weltbild zu Fall gebracht haben, wurden doch 4 Himmelskörper entdeckt, welche nicht die Erde umlaufen haben. Zwar haben die beiden innersten von ihnen, Io und Europa, Umlaufzeiten von knapp 2 Tagen und knapp 4 Tagen, so dass man unwillkürlich meinen könnte, die vier Galileischen Jupitermonde seien sehr eng umlaufende Monde. Doch lasse man sich in die Irre leiten, denn der Jupiter hat auch eine sehr viel grössere Masse als die Erde, und tatsächlich ist der innerste Galileische Jupitermond Io rund 10% vom Jupiter weiter entfernt als der Erdmond von der Erde, und der zweitinnerste Galileische Jupitermond Europa sogar fast doppelt so weit als der Erdmond von der Erde.

Der grösste Mond unseres Sonnensystems ist der dritte Galileische Jupitermond Ganymed, er umläuft den Jupiter in fast dreifachem Erdmondabstand.

Zwar haben wir den grössten Saturnmond Titan als einen sehr weit den Saturn umlaufenden Mond, also jenseits von Mimas, Enceladus (der mit den Geysiren) & Co. in Erinnerung, tatsächlich aber haben der grösste Mond unseres Sonnensystems Ganymed und der zweitgrösste Mond unseres Sonnensystems, Titan, beide ungefähr dreifachen Erdmondabstand von ihrem Mutterplaneten. Der vierte Galileische Jupitermond Callisto ist der drittgrösste Mond unseres Sonnensystems, wenige Kilometer kleiner im Durchmesser als der Planet Merkur, und er umläuft den Jupiter in rund sechsfachem Erdmondabstand.


Betrachten wir nun die übrigen regulären Saturnmonde, und zwar diejenigen, deren Umlaufbahn innerhalb derjenigen des Titan verlaufen. Das sind Mimas, Enceladus, Tethys, Dione und Rhea. Ihre Durchmesser liegen zwischen knapp 400 km bis gut 1500 km und ihre Abstände vom Saturn betragen zwischen einem Drittel Erdmondabstand und eineinhalbfachem Erdmondabstand.

Bemerkenswerterweise verhält sich das Satellitensystem des Uranus völlig analog zu demjenigen der Saturnmonde von Mimas bis und mit Rhea: beide umfassen 5 Monde und ihre Durchmesser liegen zwischen 400 km bis gut 1500 km und ihre Abstände von ihrem Mutterplaneten betragen zwischen einem Drittel Erdmondabstand und eineinhalbfachem Erdmondabstand. Das sind die Miranda, Ariel, Umbriel, Oberon und die Titania, letztere nicht zu verwechseln mit dem grossen Saturnmond Titan.

Der analoge Teil des Neptunsystems scheint nur noch teilweise vorhanden zu sein, zumindest ist mit dem Mond Proteus ein "Pendent" vom Saturnmond Mimas und vom Uranusmond Miranda noch vorhanden, ehe dann aber schon der grosse Neptunmond Triton retrograd seine Runden zieht (siehe weiter unten im Beitrag)


Sei dann noch der Saturnmond Japetus genannt, er ist mit rund 1470 km im Durchmesser der drittgrösste Saturnmond und hat einen grossen Abstand zu seinem Mutterplaneten, nämlich rund neunfachen Erdmondabstand, fast doppelt so weit entfernt wie der vierte Jupitermond Callisto. Von allen diesen Monden hat Japetus, der überdies der grösste bekannte Körper unseres Sonnensystems ist, der sich nicht im hydrostatischen Gleichgewicht befindet, mit 15° die grösste Bahnneigung; die meisten der regulären Monde haben Bahnneigungen unter 0.5°; lediglich der jeweils innerste reguläre Mond des Saturn und des Uranus haben etwas höhere Bahnneigungen: Miranda 4.2° und Mimas 1.6°. Der Erdmond ist kein regulärer Mond, sondern ein prograd umlaufender Kollisionsmond, und er hat eine Bahnneigung von gut 5°.

EDIT 22:43 Uhr:
Vorsicht: die Bahnneigung des Erdmondes wird gegen die Ekliptik angegeben, während die Bhnneigung der Planetenmonde gegen die Äquatorebene ihres Mutterplaneten angegeben wird.


Ich will diese Einführung in die Monde unseres Sonnensystems mit dem grossen Neptunmond Triton abschliessen, er erreicht im Durchmesser fast Erdmond-Grösse, ist aber ein irregulärer Mond, was man daran erkennt, dass er den Neptun retrograd umläuft. Seine Umlaufbahn ist geringfügig näher als diejenige des Erdmondes, seine Bahnneigung beträgt fast 157°.


Freundliche Grüsse, Ralf


EDIT 2.August 2018, 17:10 Uhr:
"übriggebliebenes" Neptun-Mondsystem, konkret den zweitgrössten ~400 km grossen Neptunmond Proteus, ergänzt
Zuletzt geändert von ralfkannenberg am 2. Aug 2018, 17:10, insgesamt 2-mal geändert.

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Re: Entstehung von Monden im Sonnensystem

Beitrag von ralfkannenberg » 31. Jul 2018, 22:30

ralfkannenberg hat geschrieben:
31. Jul 2018, 16:38
lediglich der jeweils innerste reguläre Mond des Saturn und des Uranus haben etwas höhere Bahnneigungen: Miranda 4.2° und Mimas 1.6°. Der Erdmond ist kein regulärer Mond, sondern ein prograd umlaufender Kollisionsmond, und er hat eine Bahnneigung von gut 5°.
Hallo zusammen,

das ist natürlich falsch: der Erdmond ist ein Kollisionsmond, d.h. er ist aus der Kollision zweier Proto-Erden entstanden, die beide ungefähr in der Ekliptik die Sonne umkreist haben. Somit bezieht sich die Bahnneigung des Erdmondes auf die Ekliptik und nicht - so wie bei den regulären Monden, die aus zirkumplanetarem Material entstanden sind, welches sich in der Äquatorebene ihres Mutterplaneten befand, auf die Äquatorialebene der Erde.

Bei den Monden der Planeten wird die Bahnneigung in Bezug auf die Äquatorialebene ihres Mutterplaneten angegeben, und bei den regulären Monden ist diese sehr klein, d.h. diese Monde sind "co-planar".

Ich zitiere aus der ersten Arbeit den ersten Satz der Introduction, also der Einführung:
Europa belongs to the family of four Galilean satellites, which each have similar masses, and orbits that are prograde, nearly circular, and approximately co-planar. These basic properties suggest that the Galilean satellites formed contemporaneously within a shared circumplanetary
disk orbiting within Jupiter’s equatorial plane.

Freundliche Grüsse, Ralf

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Re: Entstehung von Monden im Sonnensystem

Beitrag von ralfkannenberg » 1. Aug 2018, 10:49

1. Woher kommt das Material für die Mondbildung ?

Hallo zusammen,

diese Frage ist zumindest "high-level" nicht schwer zu beantowrten:

es gibt (1) Material, welches bei der Planetenbildung vom "solar nebula" übrig geblieben ist, das ist also protoplanetares Material in der Bahnebene des Planeten, also im Wesentlichen in der Ekliptik, weil sich die grossen Planeten ja nahezu in der Ekliptik bewegen, sowie (2) protolunares Material in der Äquatorialebene des Planeten vom zirkumplanetaren Disk, welches bei der Proto-Mondbildung übrig geblieben ist.

Zudem gibt es (3) immer wieder Kollisionen, beispielsweise der Proto-Planeten, bei dem ebenfalls Material entsteht, welches zur Protomond-Bildung verwendet wird. Ich zitiere hierzu aus der erstgenannten Arbeit:
A large collision into a solid planet can produce an impact-generated disk or in some cases an intact satellite

Dazu noch zwei Statements aus erstgenannter Arbeit:

der Begriff der "Co-Akkretion":
Collisions between objects in solar orbit that occur relatively close to a planet can also leave material in planetary orbit, in a process known as co-accretion

Und gleich noch eine Erklärung, warum das bei der Bildung der Galileischen Jupitermonde eher nicht der Fall war:
Forming the Galilean satellites by co-accretion is quite difficult, primarily because the rate of such collisions is generally low and captured material tends to not have enough net angular momentum to account for the current satellite orbits

Sei auch noch erwähnt, dass die Rotationsachse des Jupiter mit gut 3° fast nicht geneigt ist, im Gegensatz zum Saturn mit fast 27° oder gar dem Uranus mit fast 98°, der also auf seiner Umlaufbahn quasi wie ein Ball rollt.


Freundliche Grüsse, Ralf

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Re: Entstehung von Monden im Sonnensystem

Beitrag von ralfkannenberg » 1. Aug 2018, 11:37

2. Der Absturz der Monde ?

Hallo zusammen,

und mit diesem Beitrag will ich die allererste Einführung in dieses Thema abschliessen - heute ist ja Feiertag in der Schweiz. Die Autoren um die erst-, dritt- und viertgenannte Referenz vertreten die These, dass - erneut von mir nur high-level dargestellt - die Monde bis zu einer maximalen Grösse anwachsen und danach, solange es noch zirkumplanetares Material gibt, nach innen wandern und auf den Planeten abstürzen. Dieser Mechanismus sorgt dafür, dass die Planeten mit steinigem Material angereichert werden.

Lediglich die zuletzt gebildete Generation von Monden, bei der das zirkumplanetare Material bereits genügend ausgedünnt ist, entgeht dem Absturz auf dem Mutterplaneten, so dass man heutzutage nur noch die letzte Mondgeneration beobachten kann, da alle vorherigen, die auch im Durchmesser so gross waren, auf ihrem Mutterplaneten abgestürzt sind. Die Details, bis zu welcher Grösse diese Monde anwachsen, ehe sie nach innen wandern und auf ihren Mutterplaneten, finden sich in der viertgenannten Arbeit.


Die Autoren der zweitgenannten Arbeit sind indes der Meinung, dass die Autoren der anderen Arbeiten einige wichtige Parameter nicht modelliert haben und kommen deswegen zu einem anderen Modell, bei dem - das interpretiere ich da nun hinein, das kann also auch falsch sein - der Absturz zu einem viel früheren Zeitpunkt passiert, zu dem es noch keine Planeten und keine Monde gibt, sondern erst Protoplaneten und Protomonde, d.h. also viel masseärmere Körper involviert sind.

Hierzu zitiere ich aus der zweitgenannten Arbeit:
Analytically, the first migration rates derived by Ward (1997) were so short that survival of planets was, contrary to what is ob-served, very unlikely. Tanaka et al. (2002) have recently revisited these calculations, and found much longer migration timescales, but still too short to ensure survival of forming protoplanets.

Freundliche Grüsse, Ralf

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Re: Entstehung von Monden im Sonnensystem

Beitrag von ralfkannenberg » 1. Aug 2018, 22:53

Hallo zusammen,

ich möchte nun noch oben gesehenes in den Zusammenhang mit den Beobachtungen stellen.

Wir sehen:
1. die Planeten-Achsen sind geneigt, wobei die Jupiterachse nur geringfügig geneigt ist
2. reguläre Monde (Ausnahme Saturnmond Japetus) sind alle in der Äquatorialebene des Planeten -> erst nachdem Achsenneigung feststand gebildet ?
3. die vier innersten Jupitermonde (Amalthea, Thebe & Co.) haben Bahnneigungen wie die Achsenneigung des Jupiter -> könnten eingefangene Protoplaneten sein


Das würde an sich die These stützen, dass nur die letzte Generation der Planetenmonde noch vorhanden ist und frühere Generationen, die zu einem Zeitpunkt entstanden sind, als die Achsenneigung des Planeten noch nicht den heutigen Wert hatte, abgestürzt sind. Denn ansonsten müsste man auch Monde vorfinden, die eine andere Achsenneigung aufweisen.

Allerdings setzt das zwei Annahmen voraus:
erstens, dass sich diese früheren Generationen von Monden überhaupt gebildet haben. Wenn sie sich gar nicht erst gebildet haben kann man sie heute ebenfalls nicht beobachten, was eher zu den Ergebnissen der zweitgenannten Arbeit konsistent ist.

Und zweitens, dass die Mondbildung schon vor der endgültigen Achsenneigung des Planeten anfing - denn wenn sie erst anfing, nachdem die Achsenneigung des Planeten schon feststand, erklärt das auch, warum sich alle regulären Monde in der Äquatorialebene des Planeten befinden.


Freundliche Grüsse, Ralf

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Re: Entstehung von Monden im Sonnensystem

Beitrag von ralfkannenberg » 1. Aug 2018, 23:25

ralfkannenberg hat geschrieben:
31. Jul 2018, 16:38
Sei dann noch der Saturnmond Japetus genannt, er ist mit rund 1470 km im Durchmesser der drittgrösste Saturnmond und hat einen grossen Abstand zu seinem Mutterplaneten, nämlich rund neunfachen Erdmondabstand, fast doppelt so weit entfernt wie der vierte Jupitermond Callisto. Von allen diesen Monden hat Japetus, der überdies der grösste bekannte Körper unseres Sonnensystems ist, der sich nicht im hydrostatischen Gleichgewicht befindet
Hallo zusammen,

hierzu habe ich noch etwas gesucht und in der erstgenannten Arbeit auch gefunden. Auch wenn es aufgrund der Grösse Callisto's völlig absurd erscheint, so wird die Möglichkeit erörtert, dass sich ebenso wie der ebenfalls weit aussen seinen Mutterplaneten umlaufende Saturnmond Japetus auch der äusserste Galileische Jupitermond Callisto nicht im hydrostatischen Gleichgewicht befinden könnte:
Unlike the inner Galilean satellites, outermost Callisto appears to be largely undifferentiated. (...) on whether Callisto is well described by a hydrostatic state. If Callisto is non-hydrostatic, it is possible that it could be differentiated

Ich lasse das jetzt einfach mal völlig unkommentiert im Raum stehen, wobei ergänzt sei, dass Callistos Bahnneigung und Umlaufbahn-Exzentrizität nicht anders als diejenigen der übrigen Galileischen Jupitermonde sind. Japetus' Umlaufbahn-Exzentrizität ist nicht anders als diejenige der übrigen regulären Saturnmonde, aber seine Bahnneigung ist mit über 15° deutlich höher als diejenige der anderen regulären Saturnmonde.


Freundliche Grüsse, Ralf

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Re: Entstehung von Monden im Sonnensystem

Beitrag von ralfkannenberg » 2. Aug 2018, 13:20

Hallo zusammen,

Bynaus zitiert im astronews-Forum hier Robyn Canup, den Hauptautor dreier der vier vorgenannten Publikationen zu diesem Thema.


Freundliche Grüsse, Ralf

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Re: Entstehung von Monden im Sonnensystem

Beitrag von ralfkannenberg » 2. Aug 2018, 17:12

ralfkannenberg hat geschrieben:
31. Jul 2018, 16:38
Betrachten wir nun die übrigen regulären Saturnmonde, und zwar diejenigen, deren Umlaufbahn innerhalb derjenigen des Titan verlaufen. Das sind Mimas, Enceladus, Tethys, Dione und Rhea. Ihre Durchmesser liegen zwischen knapp 400 km bis gut 1500 km und ihre Abstände vom Saturn betragen zwischen einem Drittel Erdmondabstand und eineinhalbfachem Erdmondabstand.

Bemerkenswerterweise verhält sich das Satellitensystem des Uranus völlig analog zu demjenigen der Saturnmonde von Mimas bis und mit Rhea: beide umfassen 5 Monde und ihre Durchmesser liegen zwischen 400 km bis gut 1500 km und ihre Abstände von ihrem Mutterplaneten betragen zwischen einem Drittel Erdmondabstand und eineinhalbfachem Erdmondabstand. Das sind die Miranda, Ariel, Umbriel, Oberon und die Titania, letztere nicht zu verwechseln mit dem grossen Saturnmond Titan.

Der analoge Teil des Neptunsystems scheint nur noch teilweise vorhanden zu sein, zumindest ist mit dem Mond Proteus ein "Pendent" vom Saturnmond Mimas und vom Uranusmond Miranda noch vorhanden, ehe dann aber schon der grosse Neptunmond Triton retrograd seine Runden zieht (siehe weiter unten im Beitrag)
Hallo zusammen,

ich habe im zweiten Beitrag den Neptunmond Proteus ergänzt.


Freundliche Grüsse, Ralf

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Re: Entstehung von Monden im Sonnensystem

Beitrag von Frank » 3. Aug 2018, 07:34

Kleine Zwischenfrage für die Nichtspezialisten.
Ihr geht in eurer Diskussion also davon aus, dass die Entstehung der Mond Systeme einem Muster folgt?
Dieses Muster wird vornehmlich durch die Masse der Objekte bestimmt?

Frage zum Erde/Mond System.
Hier haben wir dann ja ein klassisches Zweikörpersystem.
Nehmen wir mal fiktiv an, die Erde würde einen Körper von der Größe Charons, auf einer Entfernung von ca 5 Mio km in eine Umlaufbahn zwingen. (einfangen.) als dreikörpersystem hätte das doch fatale Folgen für das Leben auf der Erde, oder?
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: Entstehung von Monden im Sonnensystem

Beitrag von ralfkannenberg » 3. Aug 2018, 10:03

Frank hat geschrieben:
3. Aug 2018, 07:34
Kleine Zwischenfrage für die Nichtspezialisten.
Ihr geht in eurer Diskussion also davon aus, dass die Entstehung der Mond Systeme einem Muster folgt?
Dieses Muster wird vornehmlich durch die Masse der Objekte bestimmt?
Hallo Frank,

das ganze ist eigentlich mehr eine Einleitung, die auch Aspekte eines "Brainstorming" hat. Ich kann das insgesamt auch nicht wirklich steuern, weil mir das Know-How fehlt und ich mich da viel tiefer einlesen müsste, wozu mir aber die Zeit fehlt.

Ich persönlich erhoffe mir von der Erörterung dieser Fragestellungen ein besseres Verständnis über die Entstehung der Monde, dabei ist es aber wichtig, dass man den Pfad der Plausibilität nich tverlässt und auf den Pfad der Willkürlichkeit gelangt.

Frank hat geschrieben:
3. Aug 2018, 07:34
Frage zum Erde/Mond System.
Hier haben wir dann ja ein klassisches Zweikörpersystem.
Nehmen wir mal fiktiv an, die Erde würde einen Körper von der Größe Charons, auf einer Entfernung von ca 5 Mio km in eine Umlaufbahn zwingen. (einfangen.) als dreikörpersystem hätte das doch fatale Folgen für das Leben auf der Erde, oder?
Das weiss ich nicht, es ist ja kein Absturz. 5 Millionen km sind 15-facher Mondabstand und Charon hat ein Drittel Monddurchmesser, ohne jetzt die Massen nachzuschlagen wäre das in der 3.Potenz (die Masse geht ja mit dem Volumen), somit hat Charon also rund 1/27.tel Erdmond-Masse.

Die Gravitation geht umgekehrt proportional mit dem Quadrat des Abstandes, das wäre dann also 15*15 = 225. Somit ware der Einfluss Charons ungefähr (1/27)*(1/225), also 1/(27*225) ~ 1/6000 Erdmond-Einfluss, also 6000 mal schwöcher als der Einfluss des Erdmondes.

Ich würde das nicht als dramatisch ansehen. Es wäre wohl primär ein ästhetischer Aspekt, dass man noch einen schönen zweiten Mond bewundern könnte.


Freundliche Grüsse, Ralf

Herr5Senf
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Re: Entstehung von Monden im Sonnensystem

Beitrag von Herr5Senf » 3. Aug 2018, 20:06

Ich kann zwar Eurer Diskussion kaum folgen,
aber habt Ihr bedacht, daß fast alle großen Monde gebunden rotieren,
heißt sie sind auf die heutigen Positionen migriert bis die Rotation "aufgehört" hat.
Dieser Drehimpulseffekt mit dem Planeten ist ggf. gering? durch Resonanzen gestört wurden.

Grüße Dip

ralfkannenberg
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Re: Entstehung von Monden im Sonnensystem

Beitrag von ralfkannenberg » 4. Aug 2018, 22:37

Herr5Senf hat geschrieben:
3. Aug 2018, 20:06
aber habt Ihr bedacht, daß fast alle großen Monde gebunden rotieren,
heißt sie sind auf die heutigen Positionen migriert bis die Rotation "aufgehört" hat.
Dieser Drehimpulseffekt mit dem Planeten ist ggf. gering? durch Resonanzen gestört wurden.
Hallo Herr Senf,

so weit sind wir noch nicht, wir stehen noch ganz bei den Grundlagen. Kommt hinzu, dass die Satelliten-Migrationen von den verschiedenen Autoren unterschiedlich behandelt werden.


Freundliche Grüsse, Ralf

ralfkannenberg
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Re: Entstehung von Monden im Sonnensystem

Beitrag von ralfkannenberg » 13. Aug 2018, 13:37

Hallo,

ich hatte nun einmal Zeit, mir die viertgenannte Arbeit A common mass scaling for satellite systems of gaseous planets von Robin M. Canup und William R. Ward aus dem Jahre 2006 näher anzuschauen. Gemäss dieser Arbeit sind die maximalen Satellitenmassen im Verhältnis zur Mutterplaneten-Masse sowie die Summe der Masse aller Satelliten im Verhältnis zur Mutterplaneten-Masse für das Jupiter- das Saturn- und das Uranussystem in etwa konstant.

Sehr high-level beschrieben gibt es 2 Prozesse: einen Prozess, der die Satelliten bildet, sowie einen Prozess, bei dem die Satelliten ab einer "kritischen Masse" nach innen migrieren und verloren gehen, d.h. mit ihrem Mutterplaneten kollidieren. Da während der Migration der Satelliten nach innen sich wieder neue Satelliten bilden, bleibt die Satellitengesamtmasse in etwa gleich, so dass eine "steady state"-Situation vorliegt.

Erst wenn die zirkumplanetare Scheibe ausgedünnt ist, kommt dieser Prozess zum Erliegen und die Satelliten, wie wir sie heute vorfinden, sind gebildet.


Die Autoren haben das ganze simuliert und dabei festgestellt, dass allerlei Schlusssysteme verbleiben, der Median der Zahl der grossen Satelliten liegt dabei bei 7. Aufgrund von Unzulänglichkeiten der Modellierung, insbesondere der kurzen Laufzeit, bei der also spätere Kollisionen nicht mehr berücksichtigt werden, ist der wahre Median aber kleiner. Zudem wurde die Bildung kleiner Satelliten nicht gut modelliert, weil die künstlich hinzugefügten Störkörper, um Kollisionen zu simulieren, grösser sind als physikalisch zu erwarten ist. Die Autoren haben diese Fehler abgeschätzt und gelangen zu einem Simulations-Median von vier, ein Ergebnis, das man im Jupitersystem und im Uranussystem vorfindet.

In nicht wenigen Fällen liefern diese Simulationen aber auch nur einen grossen verbleibenden Satelliten, so wie man das im Saturnsystem vorfindet; in diesem Falle können sich innerhalb seiner Umlaufbahn noch einige kleinere Satelliten aus kälterem Material bilden, wie man das beim Saturn vorfindet. Wenn die Bildung der Monde genügend langsam geschieht können Eismonde entstehen und die im Jupitersystem liegt die "Eis-Stabilitätsgrenze" zwischen Europa und Ganymed. Beim Saturnsystem ist sie nach innen verschoben, weil die letzten 10% eines Satellitensystems langsam genug gebildet werden, so dass dort sämtliche grössere Satelliten Eismonde sind.

Die Bahnneigung vom Saturn ist ebenfalls erklärbar und eine Folge langsamer Änderungen der Rotationsachse, bei der das zirkumplanetare Material quasi mitkommt, also in der Äquatorialebene des Planeten verbleibt, jedoch ist das für die 98° Neigung der Uranusachse, die aufgrund einer grösseren Kollision zustandekam, nicht erklärbar. Allerdings gibt es neuere Arbeiten (dieses "neu" bezieht sich auf das Jahr 2006), die ebenfalls eine langsame Änderung der Rotationsachse des Uranus bis zu ihrem heutigen Wert erhalten.


Bemerkenswert ist der Umstand, dass der eingefangene Neptunmond Triton ebenfalls die maximale Satellitenmasse im Verhältnis zur Mutterplaneten-Masse aufweist, dies trotz seiner retrograden Umlaufbahn. Hier vermuten die Autoren, dass auch der Neptun ein solchen reguläres Satellitensystem wie die drei anderen Gasplaneten hatten, denn da Triton retrograd umläuft wäre er bei einer grösseren regulären Satellitenmasse zerstört worden.


Freundliche Grüsse, Ralf

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Re: Entstehung von Monden im Sonnensystem

Beitrag von ralfkannenberg » 30. Aug 2018, 14:28

Hallo zusammen,

ich habe in der Zwischenzeit betreffend der Monde unseres Sonnensystems mal die Tabellen der englischen Wikipedia übernommen und so umformattiert, dass ich nun alle bekannten Monde unseres Sonnensystems verspeichert habe, und zwar solche von den grossen Planeten sowie von den grossen Kuipergürtel-Planetoiden mit über 1000 km Durchmesser, also was eigentlich “Zwergplaneten“ sein sollten. Von letzteren kennt man mit Ausnahme der Sedna von jedem mindestens einen Mond, von der Haumea derer zwei und vom Pluto sogar derer fünf.

Vorsicht noch an dieser Stelle mit den Massen – da werden pro Planet verschiedene Einheiten verwendet, so dass ich hier die Zehnerpotenz der verwendeten Einheit in einer eigenen Spalte abgespeichert habe. Bei einigen Planeten wird erst die Bahnneigung und dann die Bahnexzentrizität gelistet, bei anderen ist es umgekehrt, auch darauf muss man achten. Und damit ich besser sortieren kann habe ich auch noch eine zweite Spalte zur Grossen Halbachse geführt, denn zum Sortieren muss mal alle Sonderzeichen wie "ungefähr" und "plus/minus" entfernen; zudem habe ich den zweitinnersten Jupitermond Adrastea korrigiert, da befand sich in der Grossen Halbachse ein "space", also ein Leerschlag, der die Sortierung ebenfalls durcheinander gebracht hat. Dieses Issue habe ich auch auf der Wikipedia korrigiert, da war ein falsches Format hineingerutscht, das ich nun analog zu den anderen Jupitermonden angepasst habe.

Ich habe noch keine planetenspezifischen Eigenschaften wie die Masse des Mutterplaneten und seinen Radius in die Daten einfliessen lassen, d.h. ich begnüge mich momentan noch mit den absoluten Werten. Allerdings müssen wir bereits jetzt die sogenannte Roche-Grenze berücksichtigen, da die innersten Monde der Gasplaneten zum Teil nur 40% weiter entfernt ihren Mutterplaneten umkreisen als dessen Roche-Grenze ist; das ist wichtig bei der Betrachtung der innersten Monde der Gas-Planeten, weil ein Jupitermond nicht so nahe an seinen Mutterplaneten herankommen kann wie ein Neptunmond, weil er dann die Roche-Grenze unterschreiten und von den Gezeitenkräften zerrissen würde.

Was stellen wir dennoch jetzt schon fest ?

1. viel engere Umlaufbahnen der Monde der Kuipergürtel-Planetoiden/-Zwergplaneten und übrigens auch der beiden Marsmonde
Zum einen fällt auf, dass die Umlaufbahnen der Monde der Kuipergürtel-Planetoiden/-Zwergplaneten und übrigens auch der beiden Marsmonde deutlich näher liegen, d.h. deutlich kleinere grosse Halbachsen aufweisen, als die Umlaufbahnen der Monde der grossen Gasplaneten und der Erde.

Natürlich muss man hier wegen der Roche-Grenze aufpassen. Zudem fällt auf, dass nur die Pluto-Monde und die beiden Mars-Monde schöne Umlaufbahnen haben, also mit Monden in der Äquatorialebene und geringer Exzentrizität.

Dabei fällt auch auf, dass bezüglich der Grossen Halbachsen weder der Erdmond noch der retrograd umlaufende Neptunmond Triton irgendwie eine Ausnahmestellung in der Liste einnehmen.


2. ähnlich aufgebaute Mondsysteme der grossen Gasplaneten
Die grossen Gasplaneten haben sogenannte reguläre Monde; das sind die Monde, von denen ich bisher vorwiegend geschrieben habe.

Des weiteren haben die grossen Gasplaneten auch zahlreiche weitere, zum Teil viel weiter entfernte kleinere irreguläre Monde. Ihre Umlaufbahnen reichen mit zwei Ausnahmen bis zu fast 30 Millionen Kilometer hinaus, das ist 1/6 AU.

Und die beiden Ausnahmen sind beide zwei Neptunmonde, die sogar doppelt so weit hinausreichen und damit so weit vom Neptun entfernt sind wie der Merkur von der Sonne entfernt ist. Hierzu habe ich auch eine interessante Arbeit gefunden: A Survey for "Normal" Irregular Satellites Around Neptune: Limits to Completeness (Scott S. Sheppard, David C. Jewitt, Jan Kleyna)

Allerdings dürfte es durchaus plausibel sein, dass sich an der "Grenze" zum Kuipergürtel eher mal Körper zu Monden einfangen lassen, die auch weit entfernt sind.

Die dritte Gruppe Monde sind Monde, die zwischen dem ~1.4fachen der Roche-Grenze und den regulären Monden ihren Mutterplaneten umlaufen. Auch diese haben schöne Umlaufbahnen, wandern also in der Äquatorialebene ihrer Mutterplaneten und haben eine geringe Umlaufbahn-Exzentrizität.

Zudem findet man noch einige solche Kleinmonde zwischen den beiden inneren grösseren Saturnmonden Mimas und Enceladus, was den Verdacht nahelegen könnte, dass Mimas und Enceladus in Wirklichkeit auch solche “Kleinmonde“ und keineswegs reguläre Monde sind, oder vielleicht umgekehrt, dass man alle diese inneren Kleinmonde zu den regulären Monden zählen sollte.

Und dann haben zwei Saturnmonde bekanntlich noch “Lagrange-Monde“, also solche, die 60° voraus oder 60° hinterherlaufen.


Freundliche Grüsse, Ralf

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Re: Entstehung von Monden im Sonnensystem

Beitrag von ralfkannenberg » 17. Dez 2018, 09:31

Hallo zusammen,

zu diesem Thema habe ich einen Artikel in der Neuen Zürcher Zeitung gefunden:

Wie Uranus und Neptun zu ihren Monden gekommen sein könnten (Christian Speicher)


Freundliche Grüsse, Ralf

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Re: Entstehung von Monden im Sonnensystem

Beitrag von ralfkannenberg » 18. Jan 2019, 22:06

ATGC hat geschrieben:
18. Jan 2019, 17:18
Mal wieder etwas aktuelles zum Thema:
Hallo ATGC,

besten Dank, ich habe die beiden ausgedruckt ! - Ich bin immer sehr froh um solche Referenzen.

Allerdings habe ich das Thema für das Jugendforum erst einmal hinten angestellt, da ich vorgängig einen Monatsbeitrag über die Jupitermonde und am Rande für Fernrohr-Besitzer auch die einem normalen Fernrohr zugänglichen Saturnmonde erstellen möchte, und das erst, wenn sich der Jupiter wieder am Abendhimmel zeigt. Die ganze Theorie dazu kann dann zu einem späteren Zeitpunkt folgen.

Da letztes Jahr gleich zwei neue Mitglieder unseres Sonnensystems entdeckt wurden, deren Perihele zu den Top 10 unseres Sonnensystems gehören, werde ich zuerst hierzu einen Monatsbeitrag erstellen, d.h. das hat für mich aktuell etwas höhere Priorität. Kommt hinzu, dass ich eine Publikation gefunden habe, die auch die Umlaufbahnen der detached extremen KBO "klassisch" erklären kann, d.h. ohne zusätzlichen Planeten, und man sogar die Hoffnung hegt, mit verbesserten Simulationen damit auch die Umlaufbahnen der Sednoiden erklären zu können.


Freundliche Grüsse, Ralf

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Re: Entstehung von Monden im Sonnensystem

Beitrag von ralfkannenberg » 29. Jan 2021, 11:29

Hallo zusammen,

da wir gerade die beiden aktuellen Titan-Threads ("Es staubt auf Titan" und "Leben auf Titan") für allgemeine Mond-Betrachtungen nutzen, will ich mal diesen Thread wieder hervorholen.


Freundliche Grüsse, Ralf

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