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Ort und Zeit: Seminarraum ARI, Mönchhofstr 12, Mi 9-11 hct
Vorbesprechung und Themenvergabe am 20.10.04
siehe auch:
Vorlesungsverzeichnis Astronomie
Die Entwicklung der Sterne in engen Doppelsternsystemen verläuft erheblich komplexer als bei Einzelsternen, weil ein Massenaustausch zwischen den Komponenten möglich ist. Oft endet die Entwicklung dadurch in einer Explosion einer oder beider Komponenten auch dann, wenn die Sterne als Einzelsterne keine Supernovaexplosion erlitten hätten. Dies ist zum einen für die Elementsynthese im Kosmos wichtig, zum anderen liefert der spezielle Fall der Supernovae vom Typ Ia wichtige Standardkerzen zur Entfernungsbestimmung im Kosmos.
Der Seminarvortrag soll einen Überblick über die wichtigsten Klassen der Entwicklung von Doppelsternsystemen und der damit zusammenhängenden besonderen Sterntypen geben.
Beobachtungen im Mikrowellenbereich zeigen, daß in dunklen Wolken in der interstellaren Materie eine sehr große Anzahl unterschiedlicher und teilweise sehr komplexer Moleküle (aus bis zu 15 Atomen) gebildet werden. Dies ist insofern erstaunlich, als die Temperatur in diesen Wolken oft weniger als 10 K beträgt und die Teilchendichten, abgesehen von lokalen Konzentrationen, meistens kleiner als 100 Teilchen pro cm3 sind. Unter normalen Umständen wären unter diesen Bedingungen keine chemischen Reaktionen möglich. Die Chemie in diesen Wolken wird durch die ionisierende Wirkung der kosmischen Strahlung und harter UV-Strahlung aus kosmischen Quellen angetrieben. Die Produkte dieser Molekül-Ionen Chemie gelangen im Zusammenhang mit der Sternentstehung in die gleichzeitig entstehenden Planetensysteme und haben möglicherweise die Grundausstattung der frühen Erde mit komplexen Kohlenwasserstoffen geliefert.
Der Seminarvortrag soll die Grundzüge dieser besonderen Chemie behandeln.
Beim Urknall wurden nur H, He und Spuren von Li erzeugt. Alle schwereren Elemente im heutigen Kosmos wurden durch nukleare Brennprozesse im Inneren von Sternen oder bei explosiven Ereignissen (Supernovae) synthetisiert. Die allmähliche Anreicherung der Materie in der Galaxis beruht auf einem beständigen Kreislauf der Materie in der Galaxis zwischen dem interstellaren Medium und den Sternen. Kontinuierlich werden aus der interstellaren Materie neue Sterne gebildet, die eine zeitlang existieren und ihre Energieabstrahlung durch Verbrennung von leichteren zu schwereren Kernen decken. Gegen Ende ihrer Lebensdauer geben sie einen Teil der ursprünglichen Materie mitsamt der frisch synthetisierten schweren Elemente an das interstellare Medium zurück. Jede neue Sterngeneration ist deswegen reicher an schweren Elementen als deren Vorgänger.
Der Seminarvortrag soll die unterschiedlichen Syntheseprozesse der schweren Elemente und ihre Bedeutung für den Ursprung der chemischen Elemente darstellen.
Sterne mit Anfangsmassen von weniger als etwa 8 Sonnenmassen entwickeln sich am Ende ihrer Lebensdauer zum asymptotischen Riesenast. Sie sind dann sehr leuchtkräftige (L > 104 Sonnenleuchtkräfte) und kühle (T < 3000 K) Riesensterne. In dieser Phase werden Produkte der nuklearen Brennprozesse im Sterninneren durch von der Oberfläche bis in die Zentralregion reichende Konvektionszonen an die Sternoberfläche gebracht. Dies verändert die Elementhäufigkeiten und die Isotopenhäufigkeiten einiger Elemente ganz drastisch. Die Sterne verlieren innerhalb weniger 105 Jahre den größten Teil ihrer Masse durch einen Sternwind. In dem Massenausstrom kondensiert ein großer Teil der Elemente schwerer als He in kleinen Staubteilchen aus. Diese Staubteilchen tragen die Isotopenanomalien, die durch die nuklearen Brennprozesse im Stern verursacht werden. Das Material des Sternwinds vermischt sich mit der interstellaren Materie, wird zu irgendeinem späteren Zeitpunkt Teil einer interstellaren Dunkelwolke, und gerät -- wenn in dieser neue Sterne und Planetensysteme entstehen -- in die festen Körper der Planetensysteme. In unserem Planetensystem finden sich deswegen in der feinkörnigen Matrix der Meteoriten kleine (0.1 ... 10 µm) Staubteilchen mit exotischen Isotopenhäufigkeiten einiger Elemente, die unzweideutig darauf hinweisen, daß es sich bei diesen um Staubteilchen aus zirkumstellaren Hüllen handelt, die allen zerstörenden Prozessen im interstellaren Medium entgangen sind. Diese sog. praesolaren Staubteilchen können detailliert im Labor untersucht werden und liefern direkte Informationen über die Energieerzeugungsprozesse im Sterninneren.
In dem Seminarvortrag soll ein kurzer Überblick über die Eigenschaften und den Ursprung der Meteoriten gegeben und der Ursprung und die Eigenschaften der praesolaren Staubteilchen, die darin gefunden werden, diskutiert werden.
Die Atmosphären von Venus, Erde und Mars sind in ihrer Zusammensetzung drastisch verschieden von der Zusammensetzung der Gaskomponente in der protoplanetaren Akkretionsscheibe, in der das Sonnensystem entstanden ist. Eine eventuell ursprünglich vorhanden gewesene Uratmosphäre mit solarer Zusammensetzung ist heute restlos verschwunden. Die Atmosphären der terrestrischen Planeten müssen nachträglich durch andere Prozesse entstanden sein. Gegenwärtig wird es für am wahrscheinlichsten gehalten, daß die Atmosphären durch Ausgasung leicht flüchtiger Komponenten beim Einschlag großer Planetesimale und Protoplaneten in der Wachstumsphase der Planeten entstanden sind. Die ursprügliche Zusammensetzung der Atmosphären von Venus, Erde und Mars und deren Eigenschaften wäre dann sehr ähnlich gewesen (einschließlich der Existenz von frühen Ozeanen). Die heutigen drastischen Unterschiede in ihrer Zusammensetzung und in ihren Eigenschaften sind dann das Ergebnis unterschiedlicher späterer Entwicklung, verursacht durch unterschiedliche Planetenmasse (schneller oder langsamer Verlust bestimmter Gase), durch unterschiedlichen Sonnenabstand (H2O als Dampf, Wasser oder Eis, Treibhauseffekt) und durch Entstehung von Leben.
Der Seminarvortrag soll die Prozesse darstellen, die die Entstehung und frühe Entwicklung der Atmosphären geprägt haben.