Astronomie: Wie lange braucht unser Sonnensystem für eine Runde um den Mittelpunkt der Galaxis?
Ich bin an den verschiedenen Berechnungsmethoden und Erklärungsmodellen interessiert, da zwischen
der geologischen Zeitberechnung und der astronomischen eventuelle Zirkelschlüsse bestehen könnten.
12 Antworten
Richtiger dürfte nach neueren Infrarot-Messungen, in denen auch das galaktische Zentrum sichtbar wird, wohl eher eine Zeitspanne von 200 - 215 Mio. Jahren für eine Umlaufperiode der Sonne um dieses, ein sog. "Galaktisches Jahr", anzunehmen sein, zumal auch die Umlaufgeschwindigkeit der Sonne bisher unterschätzt worden war und nach jüngeren Daten auf eher 280_km/s nach oben revidiert werden musste.
Ich fürchte, da muss ich Dich enttäuschen. Denn die wirklichen heissen Phasen der Erdgeschichte, von denen es ja mehrere gab, weisen AFAIK keine Periodizität von 210 Mio. Jahren auf. Ein Ereignis ist da sicher zu wenig.
Und die nur aus jüngerer Vergangenheit genauer bekannten Zyklen von Eis- und Warmzeiten sind ja noch wesentlich kürzer-periodisch, wenn man hier überhaupt von Periodizität sprechen kann.
Ein viel heisserer Kandidat als Ursache dafür wäre wohl die sog. "Solarkonstante", die so konstant offenbar gar nicht ist, wie neue Konvektionsmodelle für die solare Kernfusion andeuten, oder siehe nur das sog. "Maunder-Minimum" der Sonnenflecken, das in allerjüngster Zeit (18. Jh., geologisch also vor einer "Zehntelsekunde") zur "Kleinen Eiszeit" führte.
Die Solarkonstante könnte sich auf der elliptischen Umlaufbahn des Sonnensystems um das galaktische Zentrum während der Annäherung ans galaktische Zentrum erhöhen und im Laufe des größeren Bogens beim Entfernen wieder absinken.
Wir haben ja in der Stratigraphie das Problem, dass sedimentationsfreie Phasen die stratigraphische Aufzeichnung unterbrechen und die Zeitdauer dieser Lücken nur schwer bestimmt werden kann. Da kann es schon noch Überraschungen geben. Wenn man die geologischen Zeitskalen von vor 30 Jahren und heute vergleicht, sieht man, dass immer wieder Änderungen vorgenommen werden müssen. Da können winzige Fehler eine Rolle spielen, die durch die Hochrechnungen potenziert werden. Deshalb sind die Zahlen nicht absolut zu nehmen. Wenn wir das tun, können wir erstens eine möglicherweise doch bestehende Periodizität niemals erkennen und zweitens deren Ursache dann eben auch nicht. Es ist nie gut zu glauben, wir wären schon am Ende aller Erkenntnis angekommen.
Am Ende aller Erkenntnis werden wir niemals sein, wir stehen erst am Anfang nach kaum 500 Jahren ernstzunehmender Naturwissenschaft. Dennoch können wir jetzt schon mit absoluter Gewissheit sagen, dass die Erde mit fortschreitendem Wissen niemals wieder zur Scheibe werden wird. Die Solar"konstante" wiederum ist eine Funktion der Fusionsprozesse in der Sonne im Zuge der zeitlichen Sternentwicklung innerhalb der Hauptreihe und dann weiter, was diese allerdings mit dem galaktischen Umlauf zu tun haben könnte, ist absolut nicht abzusehen. Nach heutigem Kenntnisstand erscheint eine solche Kopplung geradezu absurd.
Doch, ich z.B. habe aufgrund deiner Vermutung darüber nachgedacht - und ich sehe nicht den Hauch eines möglichen Zusammenhangs.
Wenn Du einen solchen zu erkennen meinst, dann ersuche ich um wissenschaftlich plausible Ausführungen über den vermuteten Mechanismus. Aufgrund welcher physikalischen Gesetze wäre eine solche Kopplung gegeben?
Ich behaupte nicht, dass etwas so sei, sondern ich möchte heraus finden, ob es sein könnte durch diese Gesetzmäßigkeiten.
http://de.wikipedia.org/wiki/Virialsatz
Ich habe in einem Vortrag im Max Planck Institut für Astronomie in Heidelberg gehört, dass sie auf Himmelskörper anwendbar sind, die ein Gravitationszentrum auf elliptischen Bahnen umkreisen. Demnach sollte ein Stern mehr Wärme abstrahlen, wenn sich auf dem kleineren Bogen seiner elliptischen Bahn die Entfernung zum schwarzen Loch in der Mitte der Galaxie verringert.
Irgendwelche Details aus dem Vortrag? Es gibt z.B. Doppelsternsysteme oder gar solche, wo ein sichtbarer Begleiter einen Neutronenstern auf engstem Raum umkreist, mit Umlaufperioden von Stunden bis wenigen Tagen. Dort wirken aufgrund der Nähe sehr grosser Massen natürlich gigantische Gravitationskräfte.
Für den galaktischen Umlauf der Sonne ist das wegen der grossen Distanz auszuschliessen - bzw. "findet in der 8. Dezimalstelle statt", wie ich bereits unten (Kommentar zu Deiner Replik auf Iran666) ausgeführt habe.
Auch bei einer sehr großen Distanz zum Zentrum der Galaxis dürfte auf dem Weg in Richtung des kleineren Bogens der elliptischen Sonnenbahn ein geringfügiger Energieüberschuss entstehen. Der Pirouetteneffekt müsste zur Beschleunigung der Bewegung führen und die geringer werdende Entfernung zum Gravitationszentrum auf diesem Teil der Umlaufbahn könnte die Solarkonstante erhöhen.
Im Pleistozän gab es Oszillationen der Globaltemperatur, die in dem Wechsel von Kaltzeiten und Warmzeiten sichtbar werden. Aber dass es überhaupt diese extremen Kaltzeiten gab, die in anderen erdgeschichtlichen Zeitaltern über lange Zeitphasen nicht vorkommen, könnte damit zusammen hängen, dass die Sonne sich in Richtung des größeren Bogens der Ellipse bewegte und die Solarkonstante deshalb mehrere Minima erreichte, die von endogenen wärmeren Zuständen unterbrochen wurden. Das gleiche würde für die Jurazeit passen. Wie lange die davor liegenden Eiszeitalter genau her sind wie z.B. die permo-karbonische Eiszeit, das weiß niemand, denn die heute verwendete logarithmische geologische Zeitskala ist noch nicht der Weisheit letzter Schluss. Da könnte sich durchaus noch eine Periodizität herausstellen. Die 200 - 215 Millionen Jahre wären ein Indiz in dieser Richtung, da sie für die zeitlich weniger weit entfernten Erdzeitalter passen würde. Wir müssen auch unseren Zeitbegriff noch erweitern und überarbeiten.
Auch wenn die Gravitation zwischen dem Zentrum der Milchstraße und der Sonne nur ein halbes Millionstel dessen beträgt, was zwischen Sonne und Erde wirksam ist, halte ich eine Auswirkung für möglich, wenn die Sonne sich in Richtung des größeren oder kleineren Bogens bewegt. Wenn die Solarkonstante sich verändert, ist das ja auch keine tiefgreifende Veränderung der Eigenschaften der Sonne sondern die Veränderung ist extrem gering, sonst würden die Planeten sich davon viel stärker verändern und das tun sie nicht. Ihre Veränderungen sind ebenfalls relativ geringfügig in einem insgesamt stabilen System von Kräfteverhältnissen.
Deine vielen Gegenargumente sind für mich insofern hilfreich, als sie wichtige Detailinformation enthalten und dennoch - wenn man es anders sehen will - entkräftet werden können, da die Veränderungen der Solarkonstanten im Vergleich zur Gesamtenergie der Sonne eben auch verschwindend klein sind und sich dennoch - darin stimmen wir überein - auf das Globalklima der Planeten auswirken.
Danke für "flag"!
Sowie zwei neue Einwände:
1. Das gesamte, angesprochene Pleistozän hat ca. 2,5 Mio Jahre gedauert. Wie sollte es da (bzw. erst gar die einzelnen Kalt-/Warmperioden darin) ausgerechnet durch die Stellung des Sonnensystems auf dem entsprechend winzigen Abschnitt der kontinuierlichen Bahn während des Galaktischen Jahres getriggert werden. Auf diesem Abschnitt, der nur gut 1/100 des Gesamtumlaufes beträgt, gibt es keinerlei erkennbare Unstetigkeiten.
2. Du hast aus meiner Sicht auch weiterhin kein einziges Argument geliefert, das einen plausiblen Zusammenhang zu der behaupteten, pardon, dubiosen Verbindung der Solarenergie zum galaktischen Umlauf über den "Virialsatz" herstellen würde.
Ganz im Gegenteil scheinst Du zu übersehen, dass bei einer vereinfachten Betrachtung der "Ellipsenbahn" (die Milchstrasse ist nicht einfach ein überdimensioniertes Planetensystem) nach "Kepler 2" die Effekte des "grösseren oder kleineren Bogens" sich zuallererst in einer kontinuierlichen Verzögerung oder Beschleunigung des gesamten Sonnensystems niederschlagen sollten. Die Erde und alle Planeten wären davon also in gleicher Weise betroffen wie die Sonne selbst und innerhalb des Sonnensystems sollte sich an den relativenen Verhältnissen der beteiligten Himmelskörper zueinander eigentlich gar nichts ändern.
Wodurch wäre Deiner Ansicht nach ein Zusammenhang zwischen langperiodisch veränderlicher Bahngeschwindigkeit eines Sterns und seiner allenfalls kurzperiodisch schwankenden Fusionsrate gegeben?
Dagegen spricht auch die Beobachtung, dass sogenannte "runaway-stars", also Sterne mit enormer Eigenbewegung innerhalb der Milchstrasse, sich hinsichtlich ihrer Fusionsrate anscheinend genauso benehmen wie deren massenverwandte Schwestersterne vom gleichen Spektraltyp, die ihre Sternentwicklung in ruhigeren Gefilden durchlaufen.
So meinst du die Frage. Die Distance ist ja eh bekannt und die Umlaufdauer. Aber auch bei einer Annäherung wird es keinerlei Auswirkung auf unser System haben. Außer event. in den Äußersten Bereichen des Sonnensystems. Dort könnte es zu veränderungen kommen. Das innere unseres Sonnensystems ist durch die Gravitation und der Kraft der Sonne, die bis an die äußeren Bereiche reicht, vor Äußeren Einflüssen geschützt. Das ist ähnlich zweier gleicher Pole der Magneten. Im übrigen wird sich das Zentrum in der Zukunft sowiso verändern. Die Andromeda Galaxie wird sich mit unsterer Milchstrasse vereinen. So werden sich die Verhältnisse eh ändern. Aber trotz der Verschmelzung sind die Lücken zwischen den Sternen und Systemen immer noch imens. So denke ich, das sich auch in Zukunft wenig ändern wird. Bezüglich der Auswirkung auf unser System.
Es könnte eine große periodische Schwankung der Solarkonstanten geben in einem Zeitrhythmus von beispielsweise ungefähr 200 Millionen Jahren, also im Verlauf eines galaktischen Jahres durch den von thufir1971 genannten Virialsatz-Effekt. Vom Virialsatz habe ich im MPIA-Heidelberg in einem Vortrag gehört.
Die Sternenentwicklung findest sowieso statt, aber die Bedingungen für den Stern während seiner Entwicklung können ja auch mit solchen rhythmisch wiederkehrenden Änderungen der astrophysikalischen Verhältnisse verbunden sein. Eigentlich ist das gar keine Frage sondern eine Aussage von mir. Ich suche nur Möglichkeiten, sie zu präzisieren.
Ich hab einige Forschungsergebnisse des Themas vor liegen. Ich hab im Momennt nur wenig Zeit alles durch zu lesen. Ich werd mir die Schriften mal in Ruhe anschauen, sind sehr komplex und umfangreich! Kann nur etwas dauern. Ich werd dier bescheid geben, wenn ich etwas auf dem Gebiet finden sollte...
Es ist nur leider keine physikalisch haltbare Aussage.
Ich fürchte, Du hast die Aussagen über Anwendbarkeit bzw. über den Geltungsbereich des Virialsatzes für ein zusammenhängendes Teilchenkollektiv, so wie sie auch von "thufir1971" für Prozesse das Plasma im STERNINNEREN betreffend dargestellt wurden, entweder überhaupt nicht - oder aber gründlich missverstanden.
Es geht dabei NICHT um gravitative Einflüsse von weit ausserhalb des Teilchenkollektivs über - relativ zu dessen Durchmesser - riesige Distanzen.
Der springende Punkt ist wieder einmal das "r-Quadrat" im Nenner des klassischen Gravitationsgesetzes. Mit einfacher Mittelschul-mathematik bzw. -Physik kannst Du selbst nachrechnen, dass etwa die Gravitationskraft zwischen Sonne und dem "Schwarzen Loch" bei "Sagittarius A*", um welches ja die Galaxis im wesentlichen rotiert, nur etwa EIN HALBES MILLIONSTEL der Anziehungskraft zwischen Sonne und Erde beträgt, von den Gravitationskräften innerhalb der Sonne ganz zu schweigen.
Zwar hat das zentrale "Schwarze Loch" unvorstellbare 4,31 Mio Sonnenmassen, aber es ist eben auch ca. 26000 Lichtjahre von uns entfernt - und das geht mit r^2 in die Formel ein und "übertrumpft" auf die grosse Distanz selbst die ungeheure Masse des "Schwarzen Loches".
So wird etwa eine Mondrakete, die das Erdschwerefeld bereits verlassen hat, ja auch nicht geradewegs in Richtung "Galaktisches Zentrum" beschleunigt, weil dessen Anziehung hier aussen fast keine Rolle mehr spielt.
Der Jupitermond Io beispielsweise wird von extremen Gravitations-/Gezeiten-kräften "durchgewalkt" und dadurch stark aufgeheizt, was auch die extremste Vulkantätigkeit im ganzen Sonnensystem auf Io bewirkt. Aber das ist nur möglich, weil er so nahe an Jupiter ist - und das dominierende r^2 im Gravitationsgesetz somit besonders klein ausfällt.
Wenn die Gravitationswirkung zwischen dem galatkischen Zentrum
und der Sonne (auch wenn sie noch so gering sein mag) gar nicht
wirksam wäre, würde die Sonne ihre Umlaufbahn verlassen und
geradeaus fliegen und die anderen Sterne auch. Oder irre ich da?
Da irrst du nicht! Die Sache ist nur das die Gravitation im Sonnensystem(der von der Sonne kommt und bis zum Kuipergürtel und noch weiter reicht) so stark ist, das Äußere Einflüsse fast komplett neutralisiert werden. Das Sonnensystem bildet quasi eine Immaginäre Scheibe, die von der Sonne zusammen gehalten wird. Diese Scheibe insgesammt, befindet sich im Einflussbereich der Milchstrasse die wiederum eine Scheibe bildet. Die äußeren Bereiche der "Scheiben" treffen auf einander. Binn noch nicht dazu gekommen mich weiter damit zu beschäftigen, aber villeicht find ich noch was konkretes darüber.
In gewisser Weise irrst Du auch da, denn Du kannst ausrechnen, dass die gravitative Anziehung der Sonne zu beispielsweise alpha-Centauri bereits 9x so gross ist, wie die des Schwarzen Loches im Galaktischen Zentrum.
Die Sonne ist eingebunden in das resultierende Gravitationsfeld der sie umgebenden Sterne, die wiederum an ihre Nachbarn gebunden sind, die wieder an deren Nachbarn gebunden sind...u.s.w.
In Richtung Zentrum wird die Sterndichte in den Spiralarmen immer dichter sowie auch der direkte Einfluss des Zentrums zunimmt, je weiter man in seine Nähe rückt.
Das Galaktische Zentrum hält natürlich in letzter Konsequenz die Milchstrasse zusammen, aber hier aussen erfolgt die Kopplung bereits mehr mittelbar - von Stern zu Stern - als unmittelbar.
Die Erklärung mit der "Neutralisation" der Gravitation innerhalb des Sonnensystems klingt für mich insofern ein wenig missverständlich, als es den Eindruck erwecken könnte, die Gravitation würde irgendwie "abgeschirmt", wie man das von elektrischen Ladungen kennt.
Eine solche "Abschirmung" kann es bei der Gravitation natürlich nicht geben, sie (also eigentlich die örtliche Raumkrümmung) wird lediglich "übersteuert" von lokal stärkeren Einflüssen, sodass ein fernes, schwaches Gravitationsfeld von den stärkeren, lokalen Feldern schlicht überlagert wird - und ersteres so gleichsam "in den Nachkommastellen" des resultierenden Gesamtfeldes verschwindet.
Auch wenn die Gravitation zwischen dem Zentrum und der Sonne nur ein halbes Millionstel dessen beträgt, was zwischen Sonne und Erde wirksam ist, halte ich eine Auswirkung für möglich, wenn die Sonne sich in Richtung des größeren oder kleineren Bogens bewegt. Wenn die Solarkonstante sich verändert, ist das ja auch keine tiefgreifende Veränderung der Eigenschaften der Sonne sondern die Veränderung ist extrem gering, sonst würden die Planeten sich davon viel stärker verändern und das tun sie nicht. Die Veränderung sind ebenfalls relativ geringfügig in einem insgesamt stabilen System von Kräfteverhältnissen.
Deine vielen Gegenargumente sind für mich insofern hilfreich, als sie wichtige Detailinformation enthalten und dennoch - wenn man es anders sehen will - entkräftet werden können, da die Veränderungen der Solarkonstanten im Vergleich zur Gesamtenergie der Sonne eben auch verschwindend klein sind und sich dennoch - darin stimmen wir überein - auf das Globalklima der Planeten auswirken.
So wie ich deinen Kommentar bei psychomasters Antwort verstehe, denkst du an den Virialsatz.
http://de.wikipedia.org/wiki/Virialsatz
Dieser beschreibt eine Beziehung zwischen dem Mittel der potentiellen Energie (Lageenergie, bezogen auf das Graviatationszentrum) und der mittleren kinetischen Energie (Bewegungsenergie, Impuls) eines Körpers.
In Sternen wie beispielsweise auch der Sonne spielt der Virialsatz eine Rolle bei der allmählichen Erhöhung der Strahlungsleistung im Verlauf der Hauptreihenphase, die dazu führt, dass die Erde nicht erst in 4,9 Milliarden Jahren, sondern bereits in 900 Millionen Jahren unbewohnbar sein wird.
Dort beschreibt der Virialsatz die zunehmende kinetische Energie der Plasmateilchen (im Wesentlichen H und He-Kerne), und damit die zunehmende Temperatur.
Bei Körpern wie Planeten kann eine zunehmende kinetische Energie jedoch nicht als Temperatursteigerung interpretiert werden. Sie würden sich bei Annäherung an ihr Gravitationszentrum (die Sonne(!)) durch die Umwandlung von Lage- in Bewegungsenergie lediglich schneller bewegen.
Ja, das hatte ich gemeint. Meine Frage bezieht sich aber nicht auf die Erde sondern auf die Sonne. Könnte die Sonne dadurch heißer werden, wenn sie während des galaktischen Umlaufs in die engere Bahnhälfte der Ellipse gelangt und sich dabei ihre Entfernung vom galaktischen Zentrum verringert?
Nein. Das würde nur an der Umlaufgeschwindigkeit der Sonne etwas ändern, nicht aber an ihren "inneren Betriebsparametern".
Ein aus dem Virialsatz ableitbarer Effekt auf die Umlaufgeschwindigkeit wäre auch nur während einer Lageänderung der Sonnenumlaufbahn zum Galaktischen Zentrum hin oder von ihm weg relevant.
Offensichtlich reagiert die Solarkonstante empfindlich auf äußere Magnetfelder, deshalb auch der 11-Jahres Zyklus der Sonnenflecken. Ich halte es für naheliegend, da auch einen Zusammenhang mit der Rotation der Sonne um das galaktische Zentrum zu sehen. Aber wie ich jetzt erfahren habe, rotiert auch unsere gesamte Lokale Gruppe. Und die ganze Lokale Gruppe rast auf den großen Attraktor zu, oder die große Mauer, oder so (aus dem Gedächtnis zitiert). Sollte man da die Schwankungen der Solarkonstante nicht auf die Hintergrundstrahlung beziehen?
Nach unserer Zeitrechnung 200 bis 250 Millionen Jahre.
Aber so genau läßt es sich nicht berechnen, da eben ja auch die Zeit gedehnt bzw. gestaucht werden kann.
Denn Zeit ist so herrlich relativ.
Bitte keine Gruselgeschichten. Von relativistischen Effekten abgesehen - und welche Rolle sollten die hier spielen, wir haben es weder mit annähernd lichtschnellen Raumschiffen noch mit Zonen am Rande eines Schwarzen Loches zu tun, verläuft die Zeit völlig linear. Also "gedehnt oder gestaucht" wird hier - in nennenswertem Umfang - gar nichts.
Guter Aspekt. Der müsste da auch eingearbeitet werden.
Danke, damit könnten wir vor einem galaktischen Jahr in der Jurazeit gewesen sein. Die durchschnittliche Globaltemperatur war (nach Streif und Berner) im Jura ähnlich wie im Pleistozän mit Kalt- und Warmzeiten inbegriffen. Das würde noch besser passen.