Künstlerische Darstellung einer Landschaft auf dem Planeten Proxima Centauri b. Bild: ESO/M. Kornmesser, CC BY 4.0.

Und noch ein Gastartikel, diesmal freundlicherweise von UMa geschrieben, der ein wenig kompensiert, dass ich derzeit aus beruflichem Stress sehr wenig Zeit zum Schreiben finde. Er hat sich für den Autor eines Science-Fiction-Romans einige plausible, wenn auch spekulative Gedanken gemacht, wie es auf einem Planeten in der habitablen Zone eines Roten Zwerges aussehen könnte, und dafür zahlreiche Fachartikel studiert. Rote Zwerge sind der häufigste Sternentyp und wir haben schon eine Reihe von erdgroßen Planeten gefunden, die solche Sterne umkreisen. Die habitable Zone dieser leuchtschwachen Gesellen liegt jedoch so eng beim Stern, dass ein Planet dort binnen weniger Millionen Jahren nach seiner Entstehung in eine gebundene Rotation gezwungen wird, bei der er dem Stern stets die gleiche Seite zuwendet, wie der Erdmond dies bei der Erde tut. Dies bedeutet für eine Hälfte des Planeten ewigen Tag, für die andere ewige Nacht, mit interessanten Konsequenzen für Klima und Bewohnbarkeit solcher Welten. Vielen Dank, UMa!
 

 
Dieser Artikel ist für Marc, der einen Roman schreibt, der auf einem gebunden rotierenden Planeten spielen soll. Ursprünglich als Forumspost geplant, ist er etwas länger geworden und Alderamin hat mir freundlicherweise die Möglichkeit eingeräumt, ihn hier als Gastartikel einzustellen.

Hier nun ist mein Versuch, die Frage zu beantworten, wie es auf einem solchen bewohnbaren Planeten aussehen könnte.

 

Ein Planet in gebundener Rotation um einem roten Zwerg

Diesen Stern habe ich im Folgenden als “Sonne” bezeichnet. Bei den Lebewesen habe ich mich an das Bekannte von der Erde gehalten, das kann aber natürlich auf anderen Planeten stark abweichen. Ich habe dabei versucht ein für die Bewohner eher günstiges Klima zu beschreiben. Andere Klimate, viel kälter oder viel wärmer, sind natürlich denkbar.

Ein hervorstechendes Merkmal ist natürlich, dass es keinen Tages- und, falls die Rotationsachse senkrecht steht, auch keinen Jahreszyklus gibt. Die “Sonne” steht immer an der gleichen Stelle und es wird keinen Schlaf- oder Aktivitätszyklus der Bewohner geben. Vielleicht werden sie sich nach ihren Tätigkeiten ausruhen und Pausen machen, aber nicht alle gleichzeitig. Vielleicht gibt es auch keinen Schlaf.

Ich werde im Folgenden das Gebiet des Planeten, wo die “Sonne” am höchsten steht, als Zentrum bezeichnen. Ost, West, Nord und Süd sind die normalen Bezeichnungen, bezogen auf das Zentrum.

 

Zum Klima

Es sind natürlich verschiedene Klimate denkbar, abhängig von der Einstrahlung der Sonne, vom Wärmetransport von der Vorder- auf die Rückseite, von der vorhandenen Wassermenge, der Dichte und Zusammensetzung der Atmosphäre usw.

Gehen wir von einer Situation aus, die der hier beschriebenen gleicht. Dabei ist die Wassermenge nicht sehr groß und der größte Teil steckt im riesigen Eisschild auf der Rückseite des Planeten, so dass es keine großen Meere gibt.

Dort, wo die stärkste “Sonnen”-einstrahlung ist, wird die Luft aufsteigen. Dabei wird sie so hoch steigen, dass der Wasserdampf kondensiert, sich Wolken bilden und es regnen wird. Luft strömt dabei zum Zentrum hin. Letztlich wird dadurch das Zentrum sehr feucht werden, umgeben von einer Wüste, wo es trocken ist, weil die Luft, die sich abgeregnet hatte, wieder absinkt.

Das ist ähnlich der Situation auf der Erde, wo in den Tropen in der sogenannten ITC (innertropische Konvergenz) die Luft aufsteigt sich Dichte und hohe Wolken bilden und es einen starken Niederschlag gibt. Nur dass diese Zone auf der Erde in einem Band um den Äquator führt, während auf dem Planeten diese Zone auf das Zentrum hin konzentriert ist.

 

Beschreibung der möglichen Abfolge der Klimazonen auf einem bewohnbaren, gebunden rotierenden Planeten:

Die bodennahe Luft wird zum Zentrum hin strömen und dort aufsteigen. Am Boden werden vielleicht Temperaturen von 50°C und mehr erreicht, aber wenn die Luft aufsteigt, kühlt sie ab und der Wasserdampf wird kondensieren und mächtige, hohe Wolken bilden (vermutlich bis in mehr als 30 oder gar 50 km Höhe, also viel höher als in den Tropen der Erde) und es wird auf einem Gebiet von mehr als tausend Kilometern Durchmesser ein sehr starker Niederschlag fallen, vermutlich um ein Vielfaches stärker als in den niederschlagsreichsten Tropen der Erde. Dadurch wird auch der Boden in der Nähe des Zentrums sehr feucht sein mit vielen Seen und Flüssen vielleicht auch kleiner Meeren. Dabei wird immer neues Wasser aus den zentrumsfernen Gebieten durch die bodennahen Winde herangeführt, selbst wenn die Luft dort relativ trocken ist. Weitere Feuchtigkeit nimmt die Luft dann durch die Verdunstung in der feuchten Region nahe des Zentrums auf. Nach dem sie sich abgeregnet hat, strömt die nun sehr trockene Luft in großer Höhe wieder vom Zentrum weg.

Aufgrund der großen Hitze wird es dort aber (wenn man von irdischen Verhältnissen und Lebewesen ausgeht) kein höheres Leben geben, bei Wassertemperaturen von über 50°C. Allerdings gibt es viele Bakterien und andere Kleinstlebewesen, die diese hohen Temperaturen überstehen und dort in der sehr feuchten, heißen Zone des Zentrums ein eigenes Ökosystem bilden.

Rund um das Zentrum schließt sich eine breite, trockene Wüstenzone an, auf die, außerhalb der zentralen Wolkenmassen, die “Sonne” erbarmungslos einprasselt.

Doch werden durch diese Zone Flüsse fließen, ausgehend von großen, überlaufenden Seen des feuchten Zentrums, und bei geeignetem Gefälle auch die Außengebiete jenseits der Wüste erreichen. Vergleichbar damit auf der Erde wäre der Nil, der in den feuchten Tropen entspringt und durch die Wüstenzone nach Norden fließt. Auf der Erde fließt aber das meiste Wasser der feuchten Tropen dort direkt in den Ozean, z.B. durch Amazonas oder Kongo. Auf dem Planeten, ohne große Meere, müssen die gesamten Wassermassen jedoch in gewaltigen Flüssen in die heiße Wüstenregion fließen, die sich rings um das Zentrum gebildet hat. Dort verdunstet ein Großteil des Wassers, manche Flüsse auch ganz, bevor es die Wüstenregion durchflossen hat, und es wird von der zum Zentrum strömenden, bodennahen Luft wieder zum Zentrum gebracht wo es erneut aufsteigen, Wolken bilden und sich abregnen kann.

In den Außenbereichen der Wüste, bevor sie in die gemäßigten Zonen übergeht wo es nicht mehr so heiß ist, werden die dort ankommenden Reste der Flüsse von Vegetationsstreifen umgeben sein. Einzelne Gruppen von Bewohnern könnten sich an diese Flüsse vorwagen, allerdings ist es dort sehr heiß.

Allmählich wird diese Zone von einer heißen Wüste in eine warme Zone mit gelegentlichen Niederschlägen übergehen, die bessere Lebensbedingungen bieten wird.

In der gemäßigten Zone könnte es in feuchteren Gebieten dichte Wälder geben, während in trockeneren Gebieten trockenangepasste Pflanzen wie Gräser vorherrschen könnten. Diese und die warme Zone werden am besten zu Besiedlung geeignet sein, allerdings steht die “Sonne” in der gemäßigten Zone schon recht tief. In dieser Zone wird es, wie auch auf der Erde, viele Wolken geben.

In allen diesen Zonen wird es in Senken auch verschiedene große Seen geben, die entweder von Schmelzwasser des Eisschildes oder eventuell auch von den aus dem Zentrum fließenden großen Flüssen gespeist werden. Seen mit Abfluss werden Süßwasser enthalten, während abflusslose Seen in ariden (die Verdunstung ist größer als der Niederschlag) Gebieten Salzseen sein werden. Insbesondere bei den Schmelzwasserseen des Eisschildes könnte man an die großen Seen Nordamerikas denken.

Künstlerische Darstellung einer Landschaft auf einem der Planeten des TRAPPIST-I-Systems. Die Planeten kreisen dort so eng um ihren Stern, dass sie am Himmel für das bloße Auge als ausgedehnte Objekte erscheinen würden. Bild: ESO/M. Kornmesser, CC BY 4.0.

Schließlich grenzt an die gemäßigte Zone nach außen hin eine zwischen ihr und dem Eisschild gelegene Tundrenzone, in der es für Wälder zu kalt ist und nur spärliche Vegetation herrscht. Die wärmsten Teile könnten noch für Weidetiere herhalten und in Seen und Flüssen könnte es Fische geben, aber ansonsten ist sie weniger zur Besiedlung geeignet. Auch sollte generell der Wind eher kalt vom Eisschild her wehen. Insbesondere steht die “Sonne” dauerhaft tief am Horizont. In der Nähe zum Eisschild ist mit sehr starken, eiskalten Fallwinden zu rechnen, wie sie auf der Erde am Rande der Antarktis vorkommen.

Insgesamt dürfte die von der Temperatur her bewohnbare Zone das Zentrum ringförmig umgebend ca. 2000 bis 2500 Kilometer breit sein und 39000 Kilometer Umfang haben, wenn der Planet den gleichen Durchmesser wie die Erde hat. Das sind 85 Millionen Quadratkilometer, wovon aber noch große Seen oder unbesiedelbare Gebiete abgehen. Die gesamte Fläche wäre also gar nicht so klein.

Die gesamte Rückseite, also die Hälfte des Planeten, bedeckt ein riesiger Eisschild, wo sich in einer Kältefalle der größte Teil des Wassers gesammelt hat. Dieser Teil dürfte den Bewohnern wegen der Unwirtlichkeit unbekannt sein. Dort ist es, außer in der Dämmerungszone am Rand, ewig Nacht. Interessant ist der Vergleich mit Eisschilden (z.B. in Nordamerika) während der letzten Eiszeit, die auch eine Grenze zum Inland hatten, im Unterschied zur Antarktis, wo das Eis im Wesentlichen ins Meer mündet.

Bei Gebirgen ergibt sich, da die “Sonne” am Himmel feststeht, eine “Sonnen”-seite zum Zentrum hin und eine Schattenseite in Gegenrichtung. Da der Wind meist zum Zentrum hin wehen wird, fällt der Regen gewöhnlich auf der Schattenseite. Da höhere Lagen kühler sind, könnte sich die bewohnbare Zone im Gebirge etwas weiter zum Zentrum erstrecken. Allerdings ist die Einteilung der Berge in trockene Sonnenseite und regenreichere Schattenseite eher nachteilig.

Ähnliches ist bei Gebäuden usw. zu beachten. Die “Sonne” steht an der gleichen Stelle, je nach Zone ziemlich tief, und alles, was im Schatten ist, bleibt auch da. Das dürfte sich auch auf die Pflanzen auswirken, die sich zur Sonnenseite hin ausrichten.

 

Breite der Zonen (geschätzt, bei Erdgröße) und beispielhafte Temperaturen

  • (Haupt)Regenzone mit über 1500 km Radius im Zentrum, 50°C und mehr. Über dieser dichte, mächtige, sehr hohe Wolken, mit gewaltigen Niederschlägen.
  • Feuchte Zone bis ca. 3000 km vom Zentrum, ca. 50°C. Über dieser sind dichte, mächtige Wolken.
  • Eine 4000 km breite Wüstenzone, 30°C am Rand, meist 35°C bis 50°C, kaum Wolken, meist wolkenlos.
  • Eine 1000 km eher trockene warme Zone 20°C bis 30 °C, wenige Wolken.
  • Eine 1200 km eher feuchte kühlere Zone mit teilweise dichten Wäldern 9 bis 20°C. Viele Wolken. Niederschläge vor allem an Gebirgen.
  • Eine 800 km Tundrenzone 2 bis 9°C. Teilweise bewölkt.
  • Dann die schmale Schmelzzone des Eisschildes 0°C bis 2°C. Vorsicht, sehr kalte Fallwinde möglich, die sich bis in die äußere Tundrenzone erstrecken.

Die dunkle Rückseite ist von einem kilometerdicken Eisschild (immerhin die Hälfte des Planeten) bedeckt, hier ist das meiste Wasser gebunden, dafür gibt es keine Ozeane. Eine Art supergroße Antarktis mit vergleichbaren Temperaturen. Obwohl dort nie die “Sonne” scheint, wird durch Winde vom Zentrum aus über den Osten Wärme auf die Rückseite transportiert. Je nach Stärke dieses Wärmetransportes könnte es auch durchaus wärmer als in der Antarktis sein.

 

Abweichungen von der Symmetrie

Da der Planet, wenn auch langsam, rotiert, ist der Wind nicht zentralsymmetrisch und es gibt Unterschiede zwischen den Himmelsrichtungen vom Zentrum aus. Insgesamt sollte eine Windströmung von West nach Ost der vorherrschenden thermischen Strömung – am Boden zum Zentrum (wie auf der Erde der Passatwind), in großer Höhe vom Zentrum weg – überlagert sein. Außerdem ist die Luftströmung vom Äquator zu den Polen erschwert, wenn auch weitaus weniger als auf der Erde. Daher sollte es folgende Abweichungen von der Symmetrie geben:

Der Nordwesten und Südwesten ist generell kühler und die Zonen liegen etwas näher zum Zentrum. Daher ist dort bei gleicher Temperatur der Sonnenstand höher. Der Westen ist (von topographischen Unterschieden aufgrund des Reliefs abgesehen) auch eher kälter und trockener, außerdem weht dort der Wind stärker vom Eisschild in die gemäßigte Zone.

Im Osten hingegen strömt die Luft ausnahmsweise auch in Bodennähe teilweise vom Zentrum weg. Daher herrscht dort in den kalten Gebieten ein eher warmer Wind und es ist wärmer, als in gleicher Entfernung vom Zentrum in andere Richtungen. Daher liegen die Zonen dort weiter vom Zentrum weg. Außerdem gibt es dort mehr Niederschläge. Die “Sonne” steht dort tiefer als in anderen Richtungen bei gleicher Temperatur. Dort könnte der Eisschild am weitesten vom Zentrum entfernt sein. Daher könnte sich die Tundra dort bis in die Dämmerungszone erstrecken. Dies ist das einzige Gebiet (außer den Eisschilden) wo die Bewohner bis in die Dämmerungszone vordringen könnten, wo die “Sonne” nicht mehr scheint, was natürlich etwas ganz besonderes ist. In allen anderen Gebieten außerhalb des Eisschildes scheint immer die “Sonne”, von Bewölkung abgesehen.

In Zeiten, in denen die Exzentrizität mit etwa 0.01 (siehe unten) groß ist, ist die Tundrenzone im Osten das einzige Gebiet (maximal wenige hundert Kilometer breit und ein paar tausend Kilometer lang), wo durch das Pendeln der Sonne im Jahresrhythmus ein Sonnenauf- und -untergang beobachtet werden kann. Ist die Exzentrizität 0, steht die “Sonne” natürlich still. Das könnte diese Gegend im tiefen Osten zu einer ganz besonderen für die Bewohner der ringförmigen, bewohnbaren Zone machen und starken kulturelle Einfluss haben.

Außerdem sind im Osten die Niederschläge am größten. Auch über dem Rand des Eisschildes fällt viel Schnee und entsprechend ist der Schmelzwasserabfluss groß, wodurch diese Gegend noch feuchter wird. Außerdem könnte es hier Gebirge geben, auf denen es nicht auf der Schattenseite außen, sondern auf der dem Zentrum zugewandten Sonnenseite regnet, günstig für die Bewohner und die Vegetation.

Ob es wirklich insgesamt sehr trocken ist, ist die Frage. Immerhin fehlt der Tagesgang der Temperatur, der zur Kondensation am Boden, zu Bodennebel, Tau oder Reif führen könnte. Daher könnte die Luft selbst möglicherweise gar nicht so trocken sein.

 

Astronomisches

Rote Zwerge sind für starke Eruptionen, Flares, bekannt. Daher sollte der Abstand des Planeten möglichst groß sein und mithin auch die Umlaufzeit und die Helligkeit des roten Zwergsterns. Bei einer Masse von 0.46 Sonnenmassen für den Stern (“Sonne”) ist ein Abstand von 0.138 Astronomischen Einheiten (Abstand Erde-Sonne) plausibel, das ergibt eine Umlaufzeit und damit Tages- und Jahreslänge von 27.6 Erdentagen oder 662 Erdenstunden. Allerdings ist davon bei einer kreisförmigen Umlaufbahn und ohne Neigung der Rotationsachse nichts zu merken. Die “Sonne” steht immer an der gleichen Stelle. Die Zahlen sind ein Beispiel.

Wenn die Bahn aber durch die benachbarten Planeten beeinflusst wird, sollte die Bahn nicht genau kreisförmig bleiben, sondern deren Exzentrizität z.B. zwischen 0.00 und 0.01 schwanken, siehe unten.

Wenn starke Eruptionen in unregelmäßigen Abständen auftreten, kann das natürlich von den Bewohnern bemerkt werden. Man denke an das Carrington-Ereignis, nur viel stärker.

Aufgrund ihrer Nähe wird die “Sonne” größer erscheinen als die Sonne der Erde, etwa dreimal so groß im Durchmesser. Dafür ist sie aber kühler und daher röter als die Sonne der Erde. Die Helligkeit der “Sonne” aus dieser Entfernung ist insgesamt so groß wie die der Sonne der Erde von der Erde aus. Wenn die Bewohner an das Licht ihrer Sonne angepasst sind und das rote Licht gut sehen können, wird ihnen dieses Licht aber völlig normal weiß und nicht rot erscheinen, es sei denn, sie befinden sich in einer äußeren Zone, wo die “Sonne” sehr tief steht.

 

Sichtbarkeit anderer Planeten

Man könnte denken, dass auf der Tagseite außer der “Sonne” keine Sterne zu sehen sind und somit keine astronomischen Beobachtungen wie auf der Erde möglich sind. Für die Sterne mag das zutreffen, eventuell könnte man einige wenige helle Sterne so wie Sirius auch am Taghimmel sehen.

Wenn aber weitere Planeten um diesen Stern laufen, erscheinen sie unter Umständen heller als die Venus im Sonnensystem, da sie dem Beobachter näher sind. Ein weiter innen liegender Planet mit einer geringeren Umlaufzeit könnte durchaus 5 Größenklassen heller als die Venus erscheinen und damit auch am Taghimmel sichtbar sein. Außerdem könnte er (wenn etwas größer im Durchmesser als die Erde) etwa 10 mal so groß wie die Venus erscheinen und damit, je nach Position als eine kleine Sichel von einigen Bogenminuten Durchmesser. Nicht so groß wie der Erdmond, aber mit bloßem Auge als Sichel erkennbar.
Eventuell könnten auch ein oder zwei äußere Planeten am Taghimmel beobachtet werden, wenn sie hell genug sind. Ihre Beobachtung ist natürlich am einfachsten, wenn sie einen möglichst großen Winkelabstand von der “Sonne” haben, da sie sonst von dieser überstrahlt werden.

 

Kein Mond

Einen Mond sollte der Planet nicht besitzen. Durch die Nähe zum Stern ist die dem Planeten umgebende für stabile Umlaufbahnen von Monden sehr klein. Dann sind die Gezeitenkräfte sehr groß und das Planet-Mondsystem entwickelt sich sehr schnell. Schließlich wird ihm schon nach wenigen Millionen Jahren durch die “Sonne” soviel Drehimpuls entzogen, dass der Mond auf den Planeten stürzt. Das passiert aber alles noch während der Entstehungszeit des Planeten bevor er abkühlen konnte. Statt des Mondes können die Bewohner die inneren Planeten am Taghimmel beobachten, wenn auch nicht so groß wie wir den Erdmond.

 

Frühere Rotation? Nein, besser leichte Veränderung der Exzentrizität der Bahn

Die Abbremsung wird schon in der Frühzeit des Planeten passiert sein, nicht erst wenn er bewohnt ist. Außerdem würde eine unplausibel schnelle Abbremsung den Planeten stark aufheizen, so dass er wohl unbewohnbar würde.

Statt dessen dürfte die Exzentrizität der Umlaufbahn zwischen 0.00 und 0.01 durch Störungen der Nachbarplaneten über die Jahrtausende (irdische Jahrtausende) variieren. Daher sind im Osten – dort ist es am wärmsten (bei gleichem Abstand vom Zentrum) – in der Tundrenzone Sonnenauf- und -untergänge bei einer Exzentrizität von 0.01 möglich. Dies verursacht eine Änderung der Sonnenposition um wenige Grad, vielleicht um den 2 bis 3-fachen scheinbaren Durchmesser der “Sonne”, auf und ab im Laufe eines Jahres von etwa 662 Erdenstunden.

Kommentare (27)

  1. #1 Karl-Heinz
    9. Juli 2019

    @UMa

    Danke UMa. Toller Gastartikel. Eine sehr eindrucksvolle Beschreibung eines Planet in gebundener Rotation. Ich überlege schon, wo ich mich niederlassen und welche Gebiete ich zuerst erforschen würde. 😉

  2. #2 Aginor
    9. Juli 2019

    Wirklich schön geschrieben, danke!

    Gruß
    Aginor

  3. #3 anders
    9. Juli 2019

    Vielen Dank für diesen schönen Artikel!
    Stephen Baxter hat sich in seinem SF-Buch “Proxima” ebenfalls mit einem bewohnbaren Planeten mit gebundener Rotation beschäftigt. Ebenfalls ein Planet der recht eng einen roten Zwerg umkreiste.

    Er kam zu ähnlichen, aber nicht identischen Schlüssen. Naja, ein paar Freiheiten sind für den Autor erlaubt 😉

  4. #4 Captain E.
    9. Juli 2019

    Tja, die Umlaufbahn könnte ja auch etwas exzentrischer sein, so dass der Planet nicht gebunden, sondern gebrochen gebunden rotierte, also etwa 2:3 wie der Merkur. Auf zwei Umläufen um die Sonne kommen drei Umdrehungen um die eigene Achse. Die Tage und Nächte wären lang, aber es gäbe sie. Nur stünde dann die spannende Frage im Raum, wie sich die wechselnden Abstände zur Sonne auswirkten?

  5. #5 Michael Unter
    9. Juli 2019

    Klasse Idee soetwas zu überlegen. Gefällt mir sehr. Da ich keine Ahnung von der Materie habe, stelle ich vielleicht eine Frage, die unnötig ist. Wäre es möglich, daß eine solcher Planet auf einer elipsenförmigen Umlaufbahn kreist (falls das bei gebunder Rotation überhaupt möglich sein könnte) und falls ja, könnte die Elipse so groß sein, daß dadurch Jahreszeiten vorliegen könnten?

  6. #6 Michael Unter
    9. Juli 2019

    Nachtrag:
    ich meinte natürlich mehr als die Exzentrizität der Umlaufbahn zwischen 0.00 und 0.01.

  7. #7 flow
    Sehr interessant !
    9. Juli 2019

    Die Klimazonen ziehen sich also nicht in Bändern von Süd nach Nord um den Planeten,

    sondern vom Sonnenfusspunkt ausgehend in konzentrischen Kreisen.

  8. #8 Braunschweiger (DE)
    9. Juli 2019

    Wunderbar! – Schöne Sache; endlich mal eine Ausarbeitung in Richtung Science Fiction, vor allem im Sinne von Fiktion in diesem Blog hier. Das Setting erinnert mich an “Crematoria” aus den Riddick Chronicles.

    Interessante Aufstellung, und an den Parametern des Planeten und des gesamten Systems kann man sicher noch etwas drehen. Vielleicht doch eine etwas geringere Masse? – Wäre doch ein kleiner Mond möglich, zur Stabilisierung? – Was wäre, wenn die Planetenachse ganz leicht um 3-5° geneigt wäre, um Schwankungen zu ermöglichen? – Etwas näher zu seiner Sonne, und die Zenitalregion ist eine verbrannte Wüste?

    Übrigens würde ich den Zentralstern nicht Sonne nennen; das ist irgendwie mit unserem G-Stern verbunden. Wie wäre es mit “Rudea”, Rote Göttin, von frz. rouge déesse oder lat.-griech.-ital. dea rossa/russer? – Jede Zivilisation auf dem Planeten würde mit Sicherheit religiöse Gefühle für die lebensspendende Rudea entwickeln, und sie kurz “Rud” nennen, vielleicht auch Ruth (die Wikingervölker am Dämmerrand natürlich eher Renate ;-) ).

    Plots, Exposés und Fact Essays für SciFi-Stories entwickeln ist eine interessante Profession. Mal sehen, was hier draus wird. – Marc Guffin (siehe UMas Verlinkung) als Autor ist mir noch nicht bekannt, aber vielleicht (hoffentlich) hören wir noch von ihm. Hier in meiner Region gibt es auch einen mehr oder weniger bekannten SciFi-Autoren und Grafiker, Michael Marrak.

  9. #9 Alderamin
    9. Juli 2019

    @Michael Unter

    Wäre es möglich, daß eine solcher Planet auf einer elipsenförmigen Umlaufbahn kreist (falls das bei gebunder Rotation überhaupt möglich sein könnte) und falls ja, könnte die Elipse so groß sein, daß dadurch Jahreszeiten vorliegen könnten?

    Stärker elliptische Umlaufbahnen wären dann möglich, wenn ein weiterer Planet oder Brauner Zwerg die Umlaufbahn des Planeten stört. Wenn der Zentralstern wie hier ein Roter Zwerg sein soll, ist die Umlaufzeit eines Planeten in der habitablen Zone aber klein, zwischen einer Woche und maximal 3 Monaten, was für jahreszeitlichen Wechsel eher kurz wäre (bei uns hinkt das Klima auch einen Monat hinter dem Sonnenstand her).

    Bei einer elliptischen Umlaufbahn zeigt der Planet dem Stern dann auch nicht mehr stets die gleiche Seite, sondern entweder “libriert” er wie der Mond – da er sich mit konstanter Geschwindigkeit um sich selbst drehen muss, aber in Sternnähe schneller um den Stern kreist als in Sternferne, dreht er Teile seiner dunklen Seite im Laufe des Umlaufs ins Licht. Dort geht die Sonne dann auf und unter (am selben Ort am Horizont!). Oder wie Captain E. erwähnte, rotiert er mit einem Vielfachen der Umlaufzeit (Spin-Orbit-Resonanz), z.B. 3 Umdrehungen für 2 Umläufe wie Merkur, dann kann er Tage haben, die viel länger als sein Jahr dauern, aber die ganze Oberfläche bekommt während dieses Tages Licht. Das würde ziemlich extreme Temperaturwechsel verursachen, weil die Nächte Monate dauern können, in denen es erbärmlich kalt werden wird, wie im polaren Winter, während es im Hellen so heiß wie in den Tropen würde.

    Generell gelten Rote Zwerge aber nicht als besonders gut geeignete Orte für die Entwicklung von Leben. Es gibt nur so viele davon (ca. 80% aller Sterne sind Rote Zwerge) und unsere effektivsten Methoden, Planeten aufzuspüren, bevorzugen Planeten, die eng um kleine Sterne kreisen (sowohl Radialgeschwindigkeits- als auch Transitmethode).

  10. #10 Stefan K.
    Laufenburg
    9. Juli 2019

    Es freut mich, dass sich das mal jmd. malerisch ausdenkt. Danke.

    Ich mache mir selbst dazu auch schon seit einiger Zeit Gedanken und komme zu einem etwas anderen Schluss, was die äquatoriale Zone angeht. Hier sehe ich vor meinem inneren Auge einen gigantischen Wolkenschild mit riesigen lokal bleibenden Wirbelstürmen und elektrischen Entladungen.
    Die Zone unter dem Schild ist dabei möglw. nicht so heiss, wie vom Autor angenommen und könnte dennoch bewohnbar, wenn auch mitunter sehr feucht sein. Der Schild könnte auch neben einem Magnetfeld als zusätzlicher Flare- und UV-schutz dienen und damit für spezialisierten Lebensformen (die in ihrer Ausgestaltung bestimmt sehr interessant wären) ein Refugium darstellen. Die Wirbelstürme könnten auch für eine sehr gute Nährstoffvermischung in diesem Gebiet sorgen.

    Dann noch etwas anderes, zum dem ich bisher nichts gefunden habe. Nehmen wir an, der Planet hat einen magnetisierbaren Eisen-Nickelkern. Der Planet wandert also durch das (bei Zwergen im Vergleich zur Sonne) oft mehrfach stärkere Magnetfeld. Dadurch wird (vor allem in der Frühzeit, wo die Rotation noch nicht gebunden war) auf dem Planeten ein eigenes Magnetfeld induziert, das den Kern unter der Planetenkruste hinweg langsam in Rotation bringen könnte. Ein eigenes gegengerichtetes und dauerhaftes Magnetfeld könnte entstehen (Induktion) und höchstwahrscheinlich eine Plattentektonik mit kräftigem Vulkanismus und Beben.
    Das sind wiederum Vorgänge, die den Planet vor Partikelstrahlung schützen, als auch für eine langfrisige Durchmischung und Auffrischung der Böden und der Atmosphäre sorgen könnten.

    Ich könnte mir sogar vorstellen, dass eine schwankende magnetische Wechselwirkung des Zwergs mit dem Planetenkern zu gewissen, langperiodischen, aber eher leichten Taumelbewegungen des Planeten führen kann.

  11. #11 Stefan K.
    Laufenburg
    9. Juli 2019

    Es kommt mir gerade noch etwas zum Eisschild.
    Das Eisschild kann abhängig von der Schwerkraft nur eine max. Dicke/Höhe haben! Darunter schmilzt das Eis und es bilden sich Seen, Meere.
    Auf dem Mars wird das ja an den Polen auch untersucht.
    Diese Meere liegen möglicherweise wiederum in einer Tiefe (auch durch das tektonische Eindrücken der Oberfläche durch den Eisschild), dass sie durch die planetare Wärme von innen gespeist, warm und nährstoffreich wären und ebenfalls ganz spezielles Leben beherbergen könnten. Der Eisschild wäre der perfekte Schutz vor kosmischer Strahlung. Der Planetenkern dazwischen schützt vor Flares aus harter Röntgenstrahlung und Partikelströmen.

    Damit und mit meiner obigen Fußnote finde ich, sieht es für Planeten um Zwerge mit gebundener Rotation gar nicht mal so düster aus, wie bisher angenommen.

  12. #12 Till
    9. Juli 2019

    Ludmilla Carone zu Planeten in gebundener Rotation Klimasimulationen gemacht und darüber einige sehr lesenswerte Blogartikel geschrieben. Das Fazit war, dass es bei erdgroßen Planeten relativ wahrscheinlich ist, dass die Atmosphäre die Temperaturunterschiede soweit ausgleicht, dass es auf der gesamten Oberfläche flüssiges Wasser gibt.

  13. #13 UMa
    9. Juli 2019

    Es freut mich, dass der Artikel euch gefallen hat!

    Das ist natürlich nur ein Beispiel, wie es sein könnte.

    Viele andere Klimate sind möglich. Das Beispiel ist ja gerade als ein Platz für einen Roman konstruiert. Ein unbewohnbarer Planet wäre da eher ungünstig.

    In diesem Fall hat der Planet gerade so viel Wasser, das das Meiste auf der Rückseite zu einem gewaltigen Eisschild erstarren konnte und nur wenig für die Vorderseite übrig bleibt. Daher gibt es keine großen Meere.

    Der Transport von Wärme von der heißen Vorderseite auf die Rückseite ist hier eher gering. Dadurch ist der Temperatur Unterschied groß, vorn im Zentrum ist es sehr heiß und die Rückseite kalt.

    Bei einem höheren Transport von Wärme, insbesondere auf Planeten mit kürzere Umlaufzeit, oder solchen mit einem Ozean wie der Erde, ist es wahrscheinlich, dass ein großer Teil der Rückseite gar nicht unter dem Gefrierpunkt des Wassers liegt. Auf das Zentrum wäre dann nicht so heiß. Da einerseits genug Wärme weg transportiert wird, andererseits durch die gewaltigen Wolkenmassen dort, viel Licht und Wärme der “Sonne” reflektiert wird. Auch wäre die Abweichung von der Symmetrie größer.

    Das sich das Klima in nahezu konzentrischen Kreisen verhält, ist nur bei sehr langsam rotierenden Planeten in gebundener Rotation so. Also wenn des Jahr länger als etwa 20-40 Tage ist. Insofern ist das Beispiel im Text schon grenzwertig niedrig mit der Umlaufzeit.
    Bei so langsamer Rotation ist die Corioliskraft gering und die thermische Strömung sollte dominieren. Trotzdem gibt es natürlich noch einen Transport von West nach Ost, vermutlich stärker als hier dargestellt.

    Bei Planeten mit kurze Umlaufzeit von weniger als etwa 7 bis 14 Tagen, ist die Corioliskraft so stark, dass sich trotz gebundener Rotation zonale Winde ausbilden, wodurch sich ein zonales Klima abhängig von der Breite herausbildet, letztlich, besonders bei sehr kurzer Umlaufzeit, ähnlich dem der Erde, nur dass eine Seite immer Tag und die andere Seite immer Nacht hat, aber die Winde transportieren die Wärme um den Planeten. Das wäre z.B. in der habitablen Zone sehr kleiner, leuchtschwacher Sterne der Fall.

    Außerdem ist das Klima abhängig von der Dichte und Zusammensetzung der Atmoshphäre sowie vom Abstand von der Sonne.

  14. #14 XyloCephalus
    10. Juli 2019

    Der Eintrag kann doch nicht mit 13 Kommentaren aufhören, er hat mehr verdient.

    Die lesenswerte Serie von Ludmila Carone zu eigentlich dem gleichen Thema beginnt schon etwas früher als von @Till verlinkt, mit dem ersten Teil und dann einem Einschub.

    Carone et al. haben auch dieses Thema bzw. ihre Forschung dazu in einem Paper veröffentlicht: Connecting the dots – II. Phase changes in the climate dynamics of tidally locked terrestrial exoplanets, 2015 in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 453.

  15. #15 Alderamin
    10. Juli 2019

    @UMa

    EIn Problem habe ich mit der tropischen Zone im Zentrum: auf der Erde gibt es in den Tropen die regenreiche Zone, weil die Luft dort sehr feucht ist, sie nimmt über dem Ozean viel Wasser auf und über trockenem Land steigt die feuchte Luft dann auf und bildet Gewitterzellen. Wenn aber ein Großteil des Wassers auf der Rückseite gefroren ist (was im Übrigen der Analyse von Ludmila Carone widerspricht, die hier schon angesprochen wurde), woher soll dann die Feuchtigkeit kommen, die über dem Zentrum aufsteigt? Wäre es da nicht so trocken wie in der Sahara? Mit Ozeanen auf dem Planeten erschiene mir das deutlich plausibler.

    Und wenn die Feuchtigkeit in einer Kältefalle auf der Rückseite endet, warum dann nicht alle Feuchtigkeit? Welcher Mechanismus bringt wieder Wasser vom Eispanzer in die Atmosphäre? Denn ohne Gleichgewicht muss über kurz oder lang alles Wasser auf der Rückseite gefrieren.

  16. #16 bote19
    11. Juli 2019

    Alderamin,
    weißt du , ob der Stern Alderamin solche Planeten hat ?
    So langsam hege ich den Verdacht, dass deine Vorfahren von dort kommen.
    Es sind natürlich auch andere exotischere Lebensformen denkbar, auf der Grundlage von Silizium. Schwefelwasserstoff könnte die Rolle von Wasser einnehmen, Zyanobakterien zersetzen die Metalle an der Oberfläche und der Planet sieht aus wie ein buntes Gemälde. Stalagniten aus Bergkristall überziehen teilweise die Oberfläche und erzeugen Sphärenklänge im Wind der Atmosphäre. Ein wenig Poesie sei erlaubt.

  17. #17 Alderamin
    11. Juli 2019

    @bote19

    Alderamin ist ein Stern der Spektralklasse A7IV, ein sogenannter Unterriese mit 2,5 Sonnendurchmessern und 18 Sonnenleuchtkräften und damit gänzlich was anderes als die hier besprochenen Roten Zwerge. A7-Sterne werden nicht annähernd so alt wie die Erde es ist, was möglicherweise zu wenig Zeit für die Entwicklung von höherem Leben lässt. Eine habitable Zone läge weiter weg vom Stern (und hätte sich im Laufe seiner Entwicklung zum Unterriesen nach außen verschoben), so dass keine gebundene Rotation etwaiger habitabler Planeten zu erwarten ist. Also: nein.

    Und meine Vorfahren kommen aus dem Rheinland. Der Nachname tritt gehäuft in der Gegend von Ahrweiler auf (auch wenn ich da keine engere Verwandtschaft habe).

  18. #18 bote19
    11. Juli 2019

    Alderamin,
    danke für die Aufklärung.
    Die gebundene Rotation hast du festgelegt, damit man die habitablen Zonen gut beschreiben kann. Oder gehst du von Gliese 581 aus?
    Die Zusammenhänge der verschiedenen Faktoren bilden ja die Grundlage für Leben.
    XyloCephalus,
    richtig, jetzt gehst es erst richtig los.
    Meiner Meinung nach dürfte die gebundene Rotation seltener sein . Wenn ein Planet im Innern noch flüssig ist, etwas durch radioaktive Elemente aufgeheizt, dann wird er zwar auch immer langsamer aber er wird die gebundene Rotation nicht erreichen.
    und höchstwahrscheinlich wird seine habitable Zone auch von einem Zeitfenster abhängig sein.

  19. #19 ralph
    11. Juli 2019

    Vielen Dank auch von mir, für den wunderbaren Ausflug auf eine ganz andere, völllig ungewohnte Welt.
    @Alderamin
    ja, das mit der Kältefalle hatte ich mich auch gefragt. Warum sammelt sich nicht das gesamte Wasser irgendwann gefroren auf der Rückseite?
    Eine (noch) nicht zu 100% gebundene Rotation und damit eine stetige Verschiebung der Kälte- und Wärmepole erschiene mir auf den ersten Blick plausibel.

  20. #20 Alderamin
    11. Juli 2019

    @bote19

    danke für die Aufklärung.
    Die gebundene Rotation hast du festgelegt, damit man die habitablen Zonen gut beschreiben kann. Oder gehst du von Gliese 581 aus?

    Die gebundene Rotation brachte ich auf, weil dies das Thema dieses Artikels ist (den nicht ich, sondern UMa geschrieben hat), und Du sprachst von “solchen Planeten” in #16, also sah ich da einen Bezug.

    Meiner Meinung nach dürfte die gebundene Rotation seltener sein .

    Bei Planeten in der habitablen Zone von Roten Zwergen ist sie die Regel, weil diese Zone dem Stern so nahe ist. Bei anderen Sternen tritt sie in der habitablen Zone wohl selten auf.

    Wenn ein Planet im Innern noch flüssig ist, etwas durch radioaktive Elemente aufgeheizt, dann wird er zwar auch immer langsamer aber er wird die gebundene Rotation nicht erreichen.

    Die Abbremsung erfolgt durch die Gezeitenkraft des Sterns und die wirkt besonders gut, wenn der Planet verformbar ist.

  21. #21 bote19
    12. Juli 2019

    Alderamin,
    nochmal zurück zu deinen Vorfahren. Es könnte ja sein, dass die Namensgebung des Sterns zur Ehrung eines deiner Vorfahren erfolgt ist.
    Im Gebiet des Hunsrück gab es vor 100 Jahren eine bedeutende optische Industrie, wegen der sauberen Luft. Die Linsen brauchen zum Abkühlen eine saubere Luft. Übriggeblieben ist wahrscheinlich nur Schneider in Kreuznach.
    Das mit der Abbremsung leuchtet ein. Dann müsste sich die Rotation der Sonne auch verlangsamen.

  22. #22 UMa
    12. Juli 2019

    @Alderamin:
    Über dem Zentrum steigt die erwärmte Luft auf. Das führt zu einer konvergenten Luftströmung in Bodennähe. Auf der Erde sind das die Passatwinde, die in den untersten 1 bis 2 Kilometern zur ITC in Äquatornähe strömen, um dort aufzusteigen. Wenn die Luft auch nur wenig Feuchtigkeit enthält, wird diese kondensieren und Wolken bilden, da sich die Luft beim aufsteigen stark abkühlt. Auf der Erde steigt die Luft am Äquator bis in etwa 16 Kilometer Höhe auf, auf dem Planeten bis in etwa 50 Kilometer Höhe (falls sie feucht ist). Oben ist die Luft dann auf unter -50°C abgekühlt (Erde) und fast der gesamte Wasserdampf ist auskondensiert. Diese sehr trockene Luft strömt dann in der Höhe wieder von der ITC (Erde) oder vom Zentrum (weg).

    Wenn die Luft am Boden nur etwas Feuchtigkeit enthält, vielleicht durch Sublimation über dem Eisschild, wird sich durch die Luftströmungen immer mehr Feuchtigkeit im Zentrum sammeln. Dadurch, dass sie die abregnet geht sie ja nicht verloren. Sie kann auch wieder verdunsten, bleibt aber durch die Windrichtung im Zentrum. Letztlich muss das Wasser am Boden wieder vom Zentrum wegfließen. Ist dort eine Senke wird sich ein Meer bilden.

    Auf der Erde bilden sich große Flüsse wie Amazonas oder Kongo, die das überschüssige Wasser in den Ozean transportieren. Dort im Ozean strömt das Wasser wieder von der Äquatorzone weg.

  23. #23 Alderamin
    12. Juli 2019

    @bote19

    nochmal zurück zu deinen Vorfahren. Es könnte ja sein, dass die Namensgebung des Sterns zur Ehrung eines deiner Vorfahren erfolgt ist.

    Der Stern hieß schon so, da gab es meine Namensvorfahren sicherlich noch nicht, und vermutlich nicht einmal Ahrweiler. 😀

    Das mit der Abbremsung leuchtet ein. Dann müsste sich die Rotation der Sonne auch verlangsamen.

    Nein, wer soll denn auf die Sonne eine Gezeitenkraft ausüben? Alle Planeten sind Fliegengewichte gegen sie. Vielmehr übt sie Gezeitenkäfte auf die Planeten aus, auch auf die Erde (die von der Sonne verursachten Gezeiten sind etwa halb so groß wie die des Mondes). Je näher, umso stärker, die Gezeitenkraft nimmt mit 1/r³ ab.

    Die Rotation der Sonne und anderer Sterne verlangsamt sich aufgrund ihres Magnetfelds (hab’ jetzt keine Zeit, Details zu recherchieren). Nicht durch Gezeitenreibung. Alte Sterne rotieren langsamer, siehe Artikel zur Sonne als Flarestern.

  24. #24 Alderamin
    12. Juli 2019

    @UMa

    Wenn die Luft am Boden nur etwas Feuchtigkeit enthält, vielleicht durch Sublimation über dem Eisschild, wird sich durch die Luftströmungen immer mehr Feuchtigkeit im Zentrum sammeln. Dadurch, dass sie die abregnet geht sie ja nicht verloren. Sie kann auch wieder verdunsten, bleibt aber durch die Windrichtung im Zentrum.

    Das ist halt die Frage, wenn das Wasser in der Atmosphäre gelöst ist, kann es auch entkommen, und wenn nur in kleinen Mengen in der Rückströmung, die mit benachbarten Zellen in Kontakt kommt, die sie bis zur Rückseite durchreichen können – genau wie von dort Feuchtigkeit nach außen getragen werden müsste. Es ist dann eine Frage des Gleichgewichts zwischen der Wassermenge, die von der Rückseite zur Vorderseite fließt, und der Strömung in Gegenrichtung, wieviel Wasser letztlich im Zentrum verbleibt. Wenn der Transport zum Zentrum hin viel effektiver als in der Rückrichtung ist, dann kann sich eine Menge Wasser im Zentrum sammeln und dort ein lokales Meer bilden, von dem vielleicht Flüsse nach außen hin wegfließen, wie Du im Artikel erwähntest.

    So rein aus dem Bauch geschätzt scheint mir die Wolkenbildung in den irdischen Tropen aber weitaus leichter als beim gebundenen Planeten eines Roten Zwergs, weil auf der Erde einfach 2/3 der Oberfläche von Wasser bedeckt sind und die Luftströmungen die Feuchtigkeit überall hin transportieren.

    Hast Du dazu was in Deinen Papers gefunden? Brauchst die Arbeit nicht rauszusuche und zu verlinken, micht würde nur interessieren, ob dieser ozeanlose Regen im Zentrum sich aus irgendwelchen Simulationen so ergab.

    Das die Wolken über dem heißen Zentrum höher aufsteigen als bei uns, ist plausibel, schon die irdische Troposphäre reicht am Äquator höher als in den Polarregionen, die der Venus noch viel höher. Ist eine Frage der Temperatur.

  25. #25 Adam
    Berlin
    18. Juli 2019

    Vielen Dank, ein sehr interessanter Artikel!

    Wie Vorposter #3 musste ich auch sofort an Baxters “Proxima” denken. Es gibt tatsächlich viele Parallelen zu dem hier Beschriebenen.

    Gerne mehr solcher Artikel, z.B. über Supererden.

  26. #26 ralfkannenberg
    Schweiz
    21. Juli 2019

    Hallo UMa,

    vielen Dank für Deinen sehr schönen und kompetenten Artikel. Mich würde noch die von Alderamin genannte Inkonsistenz zu den Arbeiten von Ludmila Carone interessieren: verwendet sie andere Voraussetzungen, ist die Lösung eher instabil oder was ist der Grund für diese unterschiedlichen Ergebnisse ?

  27. #27 Krypto
    22. Juli 2019

    @UMa,
    danke, toll geschrieben und klasse Ideen!
    Ich könnte mir vorstellen, dass die gebundene Rotation irgendwann durch die Verlagerung des Schwerpunkts aufgrund des abgelagerten Eises kippen könnte.
    Dann würde der Eisschild schmelzen, sich woanders neu anhäufen und der Spaß von vorne beginnen 😀