Exoplaneten cursus 24jan2011

Inhoud

1. Leven buiten de Aarde?
2. De vergelijking van Drake
Astronomie Cursus 3. Exoplaneten opsporen
Het Jacobijnenhuis 4. Science fiction
Winsum, jan-mrt 2011:
5. Leven op exoplaneten?
6. Ruimtemissies om exoplaneten te vinden
- Exoplaneten -
Paul Wesselius, 24 januari 2011

25-1-2011 Exoplaneten, cursus Winsum 1 25-1-2011 Exoplaneten, cursus Winsum 2

Achtergrond Informatie

• Hallo is daar iemand, Govert Schilling, CD luistercollege,
Luisterwijs,
• Cosmic Company, The search for Life in the Universe, Seth
Shostak & Alex Barnett, Cambridge University Press, 2003 Leven buiten
• The Extraterrestrial Debate 1750 – 1900, M.J.Crowe,
Dover, New York
• Intelligent Life in Space, F. Drake, MacMillan, New York,
de Aarde?
1962
• An Introduction to Astrobiology, Iain Gilmore en Mark
Sephton, Cambridge University Press, 2003
• Diverse websites: http://exoplanet.eu/;
http://www.planetary.org/home/;
http://planetquest.jpl.nasa.gov/index.cfm;
http://wps.aw.com/aw_bennett_liu_2/;


Fantasie-buitenaardse wezens lijken vaak op mensen


1

Flammarion

Seth Shostak werkt bij het
SETI instituut in Mountain
View, Californië.
SETI luistert naar de radio
signalen van mogelijke
buitenaardse intelligenties

Seth meent dat we naar
intelligente robots moeten
uitkijken

Flammarion schreef veel populaire werken over
astronomie, o.a. Astronomie populaire in 1925:
hij had het ook over buitenaardse wezens


Hoeveel intelligente beschavingen zijn er?
De vergelijking van Drake (1961) in verkorte vorm:

Aantal beschavingen = NLP x fleven x fciv x fnu

NLP = aantal bewoonbare
2. De vergelijking van Drake planeten
fleven = fractie planeten
met leven
fciv = fractie planeten
met beschaving
fnu = fractie met nog
bestaande beschavingen
Drake bespreekt zijn vergelijking; uit de
Christian Science Monitor van 16/8/10

Onderzoek naar deze vragen? Sterrenkunde factor van Drake vergelijking

1. Aantal planeten: Sterrenkunde • NLP = Rs x fp x n
2. Fractie met leven: Astrobiologie • Rs = stervormingssnelheid
3. Fractie met beschaving: Biologie/Sociologie • fp = fractie van deze sterren met planeten
4. Nog bestaande beschavingen: Sociologie • n = aantal aardachtige planeten per zonnestelsel

• Astronomen zullen vraag 1 binnen 10 jaar beantwoord • Rs is makkelijk uit te rekenen. Dat doen we in slide 16.
hebben. Ze zijn al een heel eind op weg --- sinds 1995!! • Sinds 1995 is het bekend dat er planeten rond andere
• De nieuwe wetenschapstak ‘Astrobiologie’ is de laatste 10- sterren bestaan; eerder niet!!!
15 jaar opgebloeid. Eén van de hamvragen is: wat is leven • Vele honderden astronomen en technici (ontwerpen en
eigenlijk? bouwen de instrumenten) zijn met dit onderwerp bezig.
• Antwoord op beide laatste vragen is nog ver weg. Science • Hoeveel planetenstelsels er bestaan en hoeveel aardachtige
fiction geeft wellicht wat mogelijkheden aan. planeten er zijn zal – naar mijn optimistische schatting – in
de komende 10-20 jaar bekend worden


2

Astrobiologie Biologie - Sociologie

• Om vraag 2 te kunnen beantwoorden is een nieuwe • Iets zinnigs zeggen over de laatste 2 vragen van Drake is
wetenschap ontstaan: astrobiologie, bestaande uit moeilijk. Daar wordt wel al sinds lange tijd over nagedacht.
astronomie, biologie, fysische geografie, atmosfeer fysica.
• Een paar voorbeelden:
• De astrobiologie moet (o.a.) de volgende vragen o In 1277 zei de bisschop van Parijs, Etienne Tempier, dat
beantwoorden: God meerdere werelden geschapen moet hebben;
o Wat is leven? anders zou Zijn macht wel heel beperkt zijn!
o Welke planeten zijn geschikt voor – eencellig – leven? o Giordano Bruno (2e helft 16e eeuw) geloofde in vele
o Hoe vind je (eencellig) leven op geschikte planeten? Zonnen met vele bewoonde planeten.
o Welke (aardachtige?) planeten zouden geschikt zijn voor o De geestelijke Thomas Dick zei in 1837 dat er 22 miljard
meercellige wezens? intelligente wezens voorkwamen in het heelal
• In hoofdstuk 5 gaan we uitvoeriger in op de kennis die o Camille Flammarion, midden 19e eeuw, beschreef
reeds verworven is door de astrobiologie allerlei soorten buitenaardse ‘mensen’: met meer
zintuigen, andere sexen, onsterfelijk, enz.


Fermi paradox Hoeveel sterren worden er geboren per jaar?

• De natuurkundige Enrico Fermi zei: Als er veel intelligent • Heelal bestaat precies 13,7 miljard jaar
leven in de melkweg zit, waarom melden ze zich dan niet?
• Na ongeveer 1 miljard jaar ontstonden er melkwegstelsels
• Mogelijke oplossingen van deze paradox:
o Ze zijn er niet; dan zou de mensheid uniek zijn in het • ‘Onze’ Melkweg ontstond wellicht 10 miljard jaar geleden
universum
o We zien ze niet; dat vind ik heel plausibel; we zoeken • Het aantal sterren in onze Melkweg is ongeveer 300 miljard
eigenlijk naar andere mensen en is dat wel juist
o Zij bestuderen ons zonder dat we dat merken; de
mensheid is een nieuwkomer met de vereiste • Dus: 300 miljard sterren gevormd in 10 miljard jaar; dat
technologie voor communicatie; als er anderen zijn met betekent gemiddeld zo’n 30 per jaar
een vergelijkbare technologie zullen die veel verder
gevorderd zijn • Tegenwoordig worden er minder sterren gevormd dan in
o Shostak heeft gelijk: er zijn alleen intelligente robots het verleden: 7 per jaar


(Geringe) beweging centrale ster door planeet

• Heel belangrijk voor ontdekking exoplaneten is dat
planeten niet echt om hun ‘Zon’ draaien, maar dat ster +
planeet draaien rond een gemeenschappelijk massa
3. Exoplaneten opsporen zwaartepunt.
• Aarde-Zon zwaartepunt ligt op 450 km van het centrum
van de Zon. Deze heeft een straal van 700.000 km.
• Het is dus een heel goede benadering om te zeggen dat
Aarde rond de Zon draait.
• Alleen Jupiter en de Zon draaien om een massa
zwaartepunt net buiten de Zon (740.000 km).
• Deze ‘reflex’ ster beweging – meestal zeer gering – vinden
is de eerst toegepaste techniek
• In het bijbehorende tekst document verricht ik enige
berekeningen, die wellicht sommigen onder u kunnen
bekoren.


3

De ontdekte planeet om de ster 51 Pegasi
De ontdekkers en hun mededingers

S
n
el
h
De ontdekkers van een planeet Geoff Marcy en Paul Butler ei
om 51 Peg in 1995: Michel zochten naar ‘Jupiters’ met d
Mayor en Didier Queloz omloopperioden van enkele jaren

Mayor en Marcy kregen in 2005 de ‘Shaw’ prijs van 1 million $ in Hongkong
Fase

Exoplaneten vinden
51 Pegasi-b t.o.v. de Aarde
Een planeet kan gevonden worden door:
• De minimale beweging van zijn moederster: doe zeer
nauwkeurige snelheids of aankomsttijd metingen:
o De snelheidscomponenten naar ons toe en van ons
weg: ‘Doppler effect’
o De snelheidscomponenten in het hemelvlak:
‘astrometrie’,
o Aankomsttijden van pulsar signalen
• Rechtstreekse meting van de weerkaatste straling
• Planeet trekt voor moederster langs: moederster wordt
51 Pegasi-b
regelmatig een heel klein beetje zwakker
• Licht van ‘verre’ ster kan door ster dichterbij – exact op
zijn pad – versterkt worden; planeet kan extra versterken
gedurende een paar dagen: gravitatielens


Gevonden exoplaneten per 24 jan 2011 Doppler effect

518 exoplaneten gevonden op 24 januari 2011:
• 483 planeten door regelmatige bewegingen van de Doppler verschuiving door
Doppler ster beweging
moederster te registreren, formule:
• 10 planeten rond pulsars ∆λ/λ = v/c
• 14 planeten door een plaatje te maken,
• 114 planeten, doordat de moederster een beetje Bekend van
geluid: Onzichtbare
verduisterd werd door een planeet die er over heen planeet
beweegt langskomende
trein
• 11 planeten door tijdelijke sterflux toename, veroorzaakt
door gravitationele lens

• De som is groter dan 518 omdat diverse planeten door
verschillende meetmethodes zijn gevonden.


4

Bewegingen en Radiele snelheden Zon
Doppler effect

Periodiek Doppler effect door baanbeweging ⇒ radiele snelheidskromme


Doe directe waarnemingen in het infrarood
MZ van zonnestelsel
beweegt doordat de
planeten van plaats Zon
veranderen

1 miljard

1 miljoen

Aarde

infrarood


Planeten vinden bij een
ster is als een vuurvliegje
zien bij een vuurtoren

Het vuurvliegje


5

‘Foto’ van een planeet
Planeet ‘verduistert’ ster


Planeet trekt over HD209458 (Hubble Space Telescope) HD 209458 en zijn planeet

De planeet loopt in 3,5
dagen rond zijn ster;
Enorme is 6100 K warm;
nauwkeurigheid
is 1,3 keer zo groot als
Jupiter, maar weegt 0,66
Mjup;
De planeet verdampt


Overgang Venus over Zon op 8 juni 2004 Gravitatielens versterking
Juan Carlos
Casado nam
deze foto in
Barcelona.

Slechts 0,1 %
van de Zon is
verduisterd.

Volgende
overgang op
6 juni 2012;
daarna pas
weer op 11
dec 2117.


6

Een fantasie-stad op een exoplaneet

4. Science fiction

Zie: gamespot.com


Ursula Le Guin Fantasie reizen door de ruimte

• Sociologische verkenningen
• Alle ‘mensen’ hermafrodiet
• Een echte communistische maatschappij zonder corruptie
• Eenvoudig in een bos leven zonder gebruik te maken van
de technologie
• Aarde teruggevallen tot barbarisme

• Hoofdthema: ook op andere planeten leven ‘mensen’ met
wat andere eigenschappen

Zie: gamespot.com


Isaac Asimov Een robot van Asimov

• Ontwikkeling van robots
• Robothersens zo geprogrammeerd dat de robots altijd de
mens blijven respecteren
• Ontwikkeling van leven op andere planeten, met veel
robots, mensen leven ver van elkaar, worden 400 jaar oud,
alles steriel
• Buiten de tijd leven en de geschiedenis ‘repareren’: kleine
aanpassingen kunnen grote gevolgen hebben
• De ‘Foundation’ boeken, psychogeschiedenis: voorspellen
van gebeurtenissen van heel grote groepen; First en
Second Foundation als er toch iets mis gaat


7

Diverse auteurs Een zandworm in Dune

• Hoyle: een passerende interstellaire wolk heeft intelligentie
• Arthur Clark: reis naar andere planeten met ingevroren
bevruchte eieren; robots broeden die uit als er een aardige
planeet lijkt aan te komen
• Arthur Clark: 2001: A Space Odyssey: gevecht tussen
mens en intelligente onboard computer
• Orson Scott Card: Ender’s Game: volgens een Top 100 lijst
de beste science fiction roman; gevechten met de Formics,
een insecten ras van elders; nogal gewelddadig
• Frank Herbert: Dune; thema: door extreme ontberingen
leer je goed vechten; zal wellicht waar zijn
• Douglas Adams: Hitchhiker’s guide to the Galaxy: wegens
de reislust van de melkwegbewoners moet de Aarde
verwoest worden: een melkweg-vierbaansweg moet daar
liggen


2 boekomslagen van Hamilton
Peter Hamilton

• Hoofdthema’s: eeuwige leven, reizen door de ruimte sneller
dan het licht via wormgaten, allerlei andere
melkwegbewoners tegenkomen
• Duidelijke evolutie bij Hamilton zelf
• Andere intelligente wezens zien er heel anders uit en
denken heel anders, meestal onbegrijpelijk
• Veel natuurkunde die we nog niet kennen is mogelijk: b.v.
een ster tot een nova uitbarsting brengen
• Als een mens lang genoeg geleefd hij kan hij opgenomen
worden in een collectief bewustzijn; dat bewustzijn is de
eigenlijke heerser over de wereld
• Soort volk vergelijkbaar met mieren. Werkers denken
nauwelijks zelf, koloniseren werelden en verwoesten daar
alles wat ze niet nodig hebben.
Centrum MW slokt melkweg op Uitbuiten van kolonies

Bewoonbare Zone van
ons eigen zonnestelsel

5. Leven op exoplaneten?

Aarde

Zie: http://www.star.le.ac.uk/edu/Extrasolar.shtml


8

Bewoonbare zones

Ook de Melkweg stelt zijn grenzen

In later leven van een
Melkweg ontstaat er een
groene zone met genoeg
zware metalen, weinig
supernovae en genoeg
afstand tussen de sterren

Pas geboren: benodigde
zware metalen alleen in
centrum, maar daar veel
supernovae ⇒ gevaarlijk
(rood)

Zie: www.centauri-
Zie: atoc.colorado.edu/.../2007/04/gliese581c.jpg dreams.org/?p=428

Biologische factoren Kans op ontstaan (intelligent) leven?

• Voorwaarden voor leven: • Op Aarde is leven snel begonnen ⇒ Drake factor fleven ~ 1??
o Elementen zoals H, C, N, O • Vinden van leven op Mars, of één van de manen van Jupiter
o Vloeibaar water of Saturnus zou twee voorbeelden opleveren ⇒ fleven = 1.
o Energiebronnen (chemisch, warmte, sterlicht, …)
o Primitieve organische materialen, zoals aminozuren • Intelligentie kan evolutionair voordeel zijn
o Chemische reacties moeten mogelijk zijn om complexe • Hersenen zijn echter groot en hebben veel energie nodig
moleculen op te bouwen • Er is weinig nodig voor zien, bewegen, hand-oog coördinatie
o Manen/magneetvelden/vulkanisme? • Zal de stap naar mensen snel gezet worden?
o In rustig stukje Melkweg zitten
o …. Nog diverse voorwaarden vergeten??


Beschaving Technologische beschaving
• De onze is slechts 60 jaar oud!
• Een aspect van beschaving kan zijn ontwikkelen van • Andere civilisaties zullen vrijwel steeds verder gevorderd
technologie zijn, tenzij we op het punt van zelf-destructie staan
• Egyptenaren, Chinezen ontwikkelden geen technologie in • Als anderen al duizenden of zelfs miljoenen jaren bestaan
duizenden jaren zijn ze zelfs heel veel verder.
• Toch hadden zij een hoog niveau van beschaving • Hun interesse in ons zou vergelijkbaar kunnen zijn met
• Vormen mieren en bijen een beschaving? onze interesse in insecten.
• Meeste soorten die ooit op Aarde leefden zijn uitgestorven
• Zou de mens hierin speciaal zijn? • Als je een andere ster kunt bereiken kun je de gehele
• Hoe lang duurt de menselijke technologische beschaving? Melkweg koloniseren in paar 100 miljoen jaar, snelheid is
• Kunnen communiceren via radio signalen gaat (helaas) dan een bescheiden 0,001 c = 300 km/sec = 1 miljoen
samen met uitvinden kernwapens km/uur.
• Na verspreiding naar andere planeten kan een beschaving • Op de heel lange duur is dit essentieel voor overleven van
wellicht niet meer uitsterven door een kernoorlog de soort (moederster gaat ook eens dood)


9

Intelligentie? Sneeuwbal Aarde

• Buitenaards leven lijkt heel waarschijnlijk 600 tot 750 miljoen jaar geleden
• Maar intelligent leven? was de Aarde geheel bedekt met ijs
gedurende lange periodes. Elke
o Heeft er lang over gedaan op Aarde (3,5 miljard jaar)
periode eindigde door een enorm
o Grote maan stabiliseert de aardas broeikaseffect.
o Geologie: tektoniek en vulkanen
o Pas zonder ‘rampen’ zijn hersens mogelijk in de
evolutie(?)
Welke factor verandert? (Zie
volgende plaatje)
• Blijven zoeken, b.v. via SETI, ondanks FERMI paradox
• Universele natuurwetten zorgen er misschien voor dat we
signalen van andere beschavingen kunnen herkennen
• Zoeken met radiotelescopen en naar (rode) laser signalen


http://geology.fullerton.edu/whenderson/Fal201L2005/snowballearth/index.htm

Zuurstof in Aardatmosfeer

• Zuurstof verdwijnt in 5 miljoen jaar door reactie met
vulkanische lava
• Zuurstofniveau handhaven is ingewikkeld
• Daarvoor is leven nodig (denken we nu)

3,2 miljard geleden steeg het
zuurstofgehalte tot 2 %; het
huidige niveau is 2,1 miljard
jaar geleden bereikt. Wellicht
konden daarna pas
ingewikkelde levensvormen
ontstaan?


Verwacht spectrum van exoplaneet met leven
Infrarood spectrum van onze Aarde

Geplande ruimtemissies (Darwin, TPF) zouden dit spectrum net
Aarde is zo’n 25 oC en er is ozon, water en koolzuur kunnen meten (40 dagen meettijd, ster op 30 lichtjaar)

10

Een andere mogelijkheid zou zijn om de sterke
absorptie door chlorofyl te meten

5. Ruimtemissies


Corot 7b is gevonden op 16 sept 2009. Hij bestaat uit ‘rots’ net als onze
Aarde. Hij is wel bijna 2 keer zo groot en draait in 20 uur rond, op 2,5
Frankrijk/ESA: Corot
miljoen km. Daardoor is hij 1500 graden C warm.
Corot meet minuscule licht
veranderingen met een telescoop
van slechts 27 cm doorsnede.

Corot is 600 kg zwaar, meet 4,1 bij
2 meter. Lancering op 27 dec 2006
vanaf Baikonur in Rusland. Werkt
nog steeds prima (jan 2011).


Planeet Kepler 10b

4,6 Aardmassa’s,
Tekening van de Kepler 1,4 keer groter dan
satelliet van NASA; 1,4 meter aarde,
telescoop; bekijkt Op 0,017 AE,
voortdurend 105 vierkante 1800 K,
graden (Zon en Maan zijn een In 45 dagen rond;
kwart vierkante graad).
oppervlak is 1600 K


11

Gaia satelliet, een tekening
Toekomst

• Gaia zal vliegen vanaf 2013 (?) en miljarden sterren meten
met een nauwkeurigheid vergelijkbaar met het zien van de
pink van een astronaut op de Maan vanaf de Aarde; zo zal
Gaia vele duizenden exoplaneten vinden.

• Zogenaamde interferometrie missies, bestaande uit
meerdere telescopen op een flinke afstand van elkaar,
zouden er in moeten gaan slagen om leven op sommige
exoplaneten te vinden. TPF van NASA en Darwin van ESA
waren in ontwikkeling, maar zijn op zijspoor gezet.


TPF Interferometer tekening Darwin interferometer


12

Exoplaneten cursus 24jan2011

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Exoplaneten cursus 24jan2011

Similar to Exoplaneten cursus 24jan2011 (6)

Exoplaneten cursus 24jan2011