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1. Referat zum Thema: Wasser im Weltall 20.01.2012 Von Hauke Krämer Email: hauke_kraemer@hotmail.com Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik Hauptseminar: Wetter im Weltall
Prof. Dr. Wolfgang Schmidt Hauptseminar: Wetter im Weltall 1
2. Übersicht 1. Was ist Wasser?
1.1 Chemische und physikalische Eigenschaften
2. Woher kommt das Wasser?
2.1 Primordiale Nukleosynthese
2.2 Thermonukleare Reaktion
2.2.1 Thermonukleare Reaktion in „leichten“ Sternen
2.2.2 Thermonukleare Reaktion in „schweren“ Sternen
3. Wasser im Universum
3.1 Wasser in unserem Sonnensystem
3.1.1 Wasser auf dem Mars
3.1.2 Wasser auf Europa
3.2 Wasser außerhalb unseres Sonnensystems Hauptseminar: Wetter im Weltall 2
3. 1.1 Chemische und physikalische Eigenschaften Das Wasser-Molekül (H2O) ist eine chemische Verbindung aus den Elementen Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H)
Die einzigartigen chemischen Eigenschaften von Wasser lassen sich durch dessen molekulare Struktur erklären Hauptseminar: Wetter im Weltall 3
4. 1.1 Chemische und physikalische Eigenschaften Das Wassermolekül ist ein Beispiel für eine polare kovalente Bindung. Die Elektronen sind zwischen dem Sauerstoffatom und den Wasserstoffatomen ungleich verteilt.
Das Wassermolekül ist ein permanenter Dipol aufgrund der höheren Elektronegativität des Sauerstoffs. Hauptseminar: Wetter im Weltall 4
5. 1.1 Chemische und physikalische Eigenschaften Der Winkel unter dem die Wasserstoffatome an das Sauerstoffatom gebunden sind, beträgt 104,5° (tetraedische Anordnung um das O-Atom)
Dipolcharakter und tetraedische Anordnung der H-Atome des Wassermoleküls machen Wasserstoffbrückenbindung möglich Hauptseminar: Wetter im Weltall 5
6. 1.1 Chemische und physikalische Eigenschaften Hauptseminar: Wetter im Weltall Wasserstoffbrückenbindung. Hanslmeier (2011), S.12 6
7. 1.1 Chemische und physikalische Eigenschaften Hauptseminar: Wetter im Weltall 7
8. 1.1 Chemische und physikalische Eigenschaften Amorphes Eis: keine kristalline Struktur (LDA, HDA, VHDA)
H2O+: Ionisiertes Wassermolekül. Generiert durch zwei Mechanismen.
1.: (H2O) + (H+)
2.: (OH+) + (H2)
Beide Reaktionen finden in Sternentstehungsgebieten statt Hauptseminar: Wetter im Weltall 8
9. 1.1 Chemische und physikalische Eigenschaften Hauptseminar: Wetter im Weltall 9
10. 2. Woher kommt das Wasser? Wie entstehen bzw. wie sind Wasserstoff und Sauerstoff entstanden?
Die Frage woher die beiden Elemente Wasserstoff und Sauerstoff kommen führt zu der Frage nach der Evolution des Universums: Hauptseminar: Wetter im Weltall 10
11. 2.1 Die primordiale Nukleosythese Hauptseminar: Wetter im Weltall 11
12. 2.1 Die primordiale Nukleosythese Etwa eine Hundertstelsekunde nach dem Urknall ist das Universum so weit abgekühlt, dass die freien Quarks (Plasma) Protonen und Neutronen bilden.
Etwa eine Sekunde nach dem Urknall entkoppeln die Neutrinos von der Materie, Elektronen und Positronen zerstrahlen, Deuteronen werden durch Photodissoziation wieder zerstört.
Hauptseminar: Wetter im Weltall 12
13. 2.1 Die primordiale Nukleosythese Hauptseminar: Wetter im Weltall 13
14. 2.1 Die primordiale Nukleosythese Hauptseminar: Wetter im Weltall 14
15. 2.1 Die primordiale Nukleosythese Folge: Kein Wasser im frühen Universum
Sauerstoff und alle anderen Elemente schwerer als Lithium werden in Sternen durch Fusionsprozesse erzeugt. Hauptseminar: Wetter im Weltall 15
16. 2.2 Thermonukleare Reaktion Hauptseminar: Wetter im Weltall 16
17. 2.2.1 Thermonukleare Reaktion in „leichten“ Sternen Hauptseminar: Wetter im Weltall 17
18. 2.2.1 Thermonukleare Reaktion in „leichten“ Sternen Hauptseminar: Wetter im Weltall 18
19. 2.2.1 Thermonukleare Reaktion in „leichten“ Sternen Hauptseminar: Wetter im Weltall Nachdem der gesamte Wasserstoff im Kerninnern zu Helium fusioniert wurde kommt es zu der Ausbildung zu einem roten Riesen (nicht-brennender entarteter He-Kern, brennende H-Schale, aufgeblähte, nicht brennende H Schale)
ggf. Helium-Flash: 19
20. 2.2.1 Thermonukleare Reaktion in „leichten“ Sternen Hauptseminar: Wetter im Weltall 20
21. Hauptseminar: Wetter im Weltall 21
22. 2.2.2 Thermonukleare Reaktion in „schweren“ Sternen Diese Nukleosynthese in „leichten“ Sternen kann nicht die beobachteten Elementhäufigkeiten im Kosmos erklären, vor allem nicht die Häufigkeit von Wasser:
Beim Helium-Brennen wird fast kein Sauerstoff produziert, nur Elemente bis zum Kohlenstoff werden in nennenswerten Mengen synthetisiert.
„Leichte“ Sterne haben sehr lange Lebensdauern (zum Teil größere als das Universum)
Grundlage für die Existenz von Wasser im Universum ist deshalb hauptsächlich die Nukleosynthese in „schweren“ Sternen.
Hauptseminar: Wetter im Weltall 22
23. 2.2.2 Thermonukleare Reaktion in „schweren“ Sternen Hauptseminar: Wetter im Weltall 23
24. 2.2.2 Thermonukleare Reaktion in „schweren“ Sternen Hauptseminar: Wetter im Weltall 24
25. Hauptseminar: Wetter im Weltall 25
26. 2.2 Thermonukleare Reaktion Hauptseminar: Wetter im Weltall 26
27. 3.1 Wasser in unserem Sonnensystem Hauptseminar: Wetter im Weltall 27
28. 3.1.1 Wasser auf dem Mars Hauptseminar: Wetter im Weltall 28 Seit langem wird vermutet, dass es Wasser auf dem Mars gibt:
Aufgrund der elliptischen Umlaufbahn (derde,min: 56-100 Mio. km) und Turbulenzen in der Erdatmosphäre entstand im 19.Jhd. die falsche Beobachtung eines Fluss-/Kanalnetzwerks auf der Marsoberfläche („canali“)
Heutzutage weiß man, dass es wirklich geomorpho-logische Beweise für einst flüssiges Wasser auf dem Mars gibt.
Aufgrund des niedrigen Atmosphärendrucks (ca. 0.01 atm) kann Wasser momentan nicht in flüssiger Form auf der Marsoberfläche vorkommen.
29. 3.1.1 Wasser auf dem Mars Hauptseminar: Wetter im Weltall 29
30. 3.1.1 Wasser auf dem Mars Hauptseminar: Wetter im Weltall 30
31. 3.1.1 Wasser auf dem Mars Hauptseminar: Wetter im Weltall 31
32. 3.1.2 Wasser auf Europa Europa ist neben Io, Ganymede und Callisto einer der vier größten Jupiter-Monde.
Europa´s Oberfläche ist sehr „smooth“ und hat eine Albedo von 0,64.
Das lässt auf eine Eiskruste schließen.
Die zu beobachteten „Kratzer“ auf der gesamten Oberfläche könnten von vulkanischen (Wasser-)Eruptionen oder Geysiren sein. Hauptseminar: Wetter im Weltall 32
33. 3.1.2 Wasser auf Europa Die extreme Ebenheit der Oberfläche und die wenigen Kraterstrukturen lassen auf eine junge, dynamische Kruste schließen.
Diese an Treibeis erinnernde Oberflächenstruktur könnte durch einen unter der Deckschicht liegenden, durch die starken Gezeitenkräfte flüssig gehaltenen, Ozean erklärt werden.
Wenn dem so wäre, wäre es der einzige Platz im Sonnensystem, an dem es Wasser in nennenswerten Mengen geben würde. Hauptseminar: Wetter im Weltall 33
34. 3.1.2 Wasser auf Europa Hauptseminar: Wetter im Weltall 34
35. 3.2 Wasser außerhalb unseres Sonnensystems Moleküle werden durch chemische Reaktionen in inter- und zirkumstellaren Wolken aus Staub und Gas gebildet.
Der Molekülbildung geht meistens eine Ionisation durch kosmische Strahlung voraus, wodurch Verbindungen durch elektrostatische Kräfte möglich werden. (Auch Reaktionen zw. Neutralen Atomen und Molekülen möglich) Hauptseminar: Wetter im Weltall 35
36. 3.2 Wasser außerhalb unseres Sonnensystems Hauptseminar: Wetter im Weltall 36
37. 3.2 Wasser außerhalb unseres Sonnensystems Hauptseminar: Wetter im Weltall 37
38. Literaturverzeichnis Hanslmeier, Arnold (2011): Water in the universe. Springer Verlag
Herten, Gregor (2011): Skript Experimentalphysik 5 Kern- und Teilchenphysik, Albert- Ludwigs-Universität Freiburg. Physikalisches Institut
Weigert, A. et.al.(2005): Astronomie und Astrophysik. Ein Grundkurs. 4. Auflage. WILEY- VCH Verlag.
Povh, Bogdan et.al. (2006): Teilchen und Kerne. 7.Auflage. Springer Verlag
Online-Ressourcen
http://www.esa.int/esaCP/index.html
http://www.mps.mpg.de/projects/herschel/HssO/index.htm
http://herschel.esac.esa.int/Key_Programmes.shtml
http://www.wikipedia.de/
Hauptseminar: Wetter im Weltall 38
39. Abbildungsverzeichnis Seite 4: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Watermolecule.svg&filetimestamp=20110317142934
Seite 8:
http://www.21dezember2012.org/images/komet.jpg
Seite 10:
http://www.mpia-hd.mpg.de/suw/SuW/BR-alpha/AC006%20-%20Universum/UrknallKegel-m.jpg
Seite 11:
Herten, Gregor (2011): Skript Experimentalphysik 5 Kern- und Teilchenphysik, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Physikalisches Institut. Chapter 6.2, S.15
Seite 13:
Hanslmeier (2011), S.185
Seite 15: http://www.siemens.com/press/pool/de/pp_cc/2006/09_sep/sc_upload_file_sosep200610_05_300dpi_00433_1402623.jpg
Seite 17:
Herten, Gregor (2011): Skript Experimentalphysik 5 Kern- und Teilchenphysik, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Physikalisches Institut. Chapter 5.4, S.18
Seite 21:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e8/Stingraynebula.jpg/220px-Stingraynebula.jpg
Hauptseminar: Wetter im Weltall 39
40. Abbildungsverzeichnis Seite 23:
Herten, Gregor (2011): Skript Experimentalphysik 5 Kern- und Teilchenphysik, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Physikalisches Institut. Chapter 5.4, S.21
Seite 24:
Herten, Gregor (2011): Skript Experimentalphysik 5 Kern- und Teilchenphysik, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Physikalisches Institut. Chapter 6.2, S.11
Seite 26:
Herten, Gregor (2011): Skript Experimentalphysik 5 Kern- und Teilchenphysik, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Physikalisches Institut. Chapter 5.4, S.22
Seite 27:
http://www.21dezember2012.org/images/sonnensystem.jpg
Seite 29:
http://www.geo.de/div/image/52467/01_mars.jpg
http://www.sternwarte-drebach.de/Bilder-Sonnensystem/gro%DF/mars.jpg
Seite 30:
http://www.mps.mpg.de/projects/herschel/HssO/index.htm
Seite 31:
http://www.mps.mpg.de/projects/herschel/HssO/schedule.htm
Seite 32:
http://www.neunplaneten.de/nineplanets/MOONS/europa500.jpg
Seite 37:
http://www.rhein-zeitung.de/cms_media/module_img/273/136549_1_40articlepopup_m42.jpg Hauptseminar: Wetter im Weltall 40
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