Der Mond ist nicht nur ein hübscher Anblick am Nachthimmel. Er übt natürlich auch einen großen Einfluss auf die Erde aus. Ich meine jetzt nicht diesen esoterischen Unsinn von wegen Haare schneiden und Blumen gießen “zum richtigen Zeitpunkt”. Ich rede von echter Physik. Zum Beispiel von den Gezeiten. Durch seine Gravitationskraft hat der Mond aber auch einen Einfluss auf die Rotationsachse der Erde. Die steht nicht senkrecht auf die Bahnebene, sondern ist um einen Winkel von 23,5 Grad aus der Senkrechten geneigt. Das ist wichtig – denn genau diese Neigung erzeugt die Jahreszeiten. Glücklicherweise ist diese Neigung ziemlich stabil und ändert sich so gut wie gar nicht. Wäre dem so, dann würde sich auch die Abfolge der Jahreszeiten ändern und wir hätten kein stabiles Klima mehr. 1993 hat der französische Astronom Jacques Laskar gezeigt, dass wir diese Stabilität dem Mond verdanken. Er hält die Erdachse fest, ohne ihn würde sie viel stärker schwanken und das wechselhafte Klima hätte vielleicht sogar die Entstehung höheren Lebens verhindert. Nicht unbedingt!, meint Jack Lissauer vom NASA Ames Research Center. Mit seinen Kollegen hat er sich die Sache mit der Erdachse und dem Mond nochmal im Detail angesehen.


Dass die Neigung der Erdachse einen großen Einfluss auf das Klima hat, ist unbestritten. Sie bestimmt, wieviel Energie der Sonne bestimmte Regionen auf der Erde bekommen. Ist die Neigung kleiner als 54 Grad oder größer als 126 Grad, dann bekommt die Äquatorregion mehr Strahlungsenergie als die Pole. Zwischen 54 und 126 Grad kriegen die Pole mehr Energie. Auf der Erde ist es bei einer Achsenneigung von 23,5 Grad an den Polen kalt und am Äquator heiß. Ob Planeten aber immer mit niedriger Achsenneigung entstehen oder ob sie beliebige Werte haben können, wissen wir noch nicht (einiges spricht für letztere Annahme). Wir wissen allerdings, dass sich die Achsenneigung ändern kann, je nachdem wie stark die Gezeiten- und Gravitationskräfte der anderen Himmelskörper wirken.

Diesen Einfluss hat Jacques Laskar 1993 zu bestimmen versucht. Er fand heraus, dass der Mond dafür sorgt, dass die Achse der Erde nicht zu wild schwankt. Seine Daten zeigten, dass die Achsenneigung der Erde ohne Mond Werte zwischen 0 und 85 Grad annehmen kann. Das sie das nicht tut, sondern nur minimal um den Wert von 23,5 Grad schwankt, haben wir dem Mond zu verdanken. Jack Lissauer und seine Kollegen wollten das Problem aber nochmal genauer untersuchen. Laskar zeigte zwar, dass die Erdachse zwischen 0 und 85 Grad schwanken kann. Aber tut sie das auch? Dazu haben sie nochmal die Bewegung aller Planeten, den wechselseitigen gravitativen Einfluss und die Schwankung der Erdachse am Computer simuliert. 2 Milliarden Jahre lang haben sie die Himmelskörper laufen lassen – nur der Mond fehlte. Am Ende sah das Bild so aus:

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Das Bild zeigt die zeitliche Entwicklung der Achsenneigung für jeweils eine Milliarde Jahre in die Zukunft und die Vergangenheit. Die komplette Simulation ist im letzten Bild zu sehen, die drei Bilder darüber zeigen die Entwicklung auf kürzeren Skalen. Die Werte schwanken insgesamt zwischen etwa 5 und 55 Grad. Also nicht ganz der Bereich, den Laskar angegeben hat. Lissauer und seine Kollegen haben die Simulation natürlich noch öfter wiederholt. Es handelt sich hier um ein chaotisches System und da können schon kleine Änderung der Anfangsbedingungen zu großen Änderung in der Entwicklung des Systems führen. Sie haben also nachgesehen, was passiert, wenn man nicht mit 23,5 Grad startet, sondern diesen Wert minimal variiert. Hier sind ein paar beispielhafte Ergebnisse:

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Im wesentlichen sieht das so aus wie die ursprüngliche Simulation. Aber zum Beispiel das unterste Bild zeigt, dass hier doch dramatische Änderungen möglich sind. Hier erreicht die Achsenneigung 0 Grad. Das würde bedeuten, dass die Pole gar keine Sonne mehr abbekommen würde. Sie würden vereisen und in Folge könnte der ganze Planet zufrieren (“Schneeball Erde”). Auch wenn die Schwankungsbreite in Lissauers Simulationen nicht ganz so groß ist, wie das von Laskar bestimmte Maximum, hat eine Erde ohne Mond doch jede Menge Potential, das Klima durcheinander zu bringen. Aber wie sieht es mit anderen Planeten aus? Bisher ging man ja davon aus, dass ein erdähnlicher Planet vermutlich immer einen Mond braucht, um die Achse für ein vernünftiges Klima zu stabilisieren. Lissauer und seine Kollegen haben darum auch untersucht, wie es mit Planeten aussieht, deren Achse nach der Entstehung einen anderen Wert für die Neigung haben als der der Erde oder die sich schneller oder langsamer drehen. So sehen die Ergebnisse aus:

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Hier wurden System simuliert, die mit dem Sonnensystem identisch sind. Nur die ursprünglich Neigung der “Erd”achse wurde geändert. Jede Simulation wurde außerdem insgesamt dreimal durchgeführt; wobei bei zwei Durchläufen die Startposition des Mars um einen Meter nach vorn bzw. nach hinten verschoben wurde. Für jeden Startwert der Achsenneigung (x-Achse) geben die drei Linien die jeweilige Schwankungsbreite an. Rot ist die maximale Schwankung nach 1 Million Jahre markiert, schwarz ist der Zustand nach 500 Millionen Jahren und grün gibt die komplette Simulation an. Das Ergebnis ist klar: Es gibt keine allgemeinen Grenzen. Je nach Ausgangskonfiguration kann die Schwankung groß sein oder klein. Planeten mit Achsenneigung von mehr als 90 Grad zeigen kleinere Schwankungen; ansonsten ist fast alles möglich. Ähnlich sieht es bei der Variation der Rotationsdauer aus:

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Am Ende ihrer Arbeit kommen Lissauer und seine Kollegen zu dem Schluss, dass eine Erde ohne Mond zwar stärker Schwankungen der Achsenneigung aufweist, aber zumindest während der 2 Milliarden Jahre der Simulation nicht die komplette zulässige Schwankungsbreite ausnutzt. Wie stark die Schwankungen ausfallen, hängt extrem stark von den Anfangsbedingungen ab. Schon kleinste Änderungen können große Konsequenzen haben. Es gibt allerdings auch genügend Konfigurationen bei denen die Achse eines Planeten auch ohne großen Mond ausreichend stabil ist. Die Existenz eines Mondes ist also nicht mehr unbedingt eine notwendige Bedingung, wenn man Planeten sucht, auf denen höherentwickeltes Leben möglich ist. Vielleicht gibt es also irgendwo Aliens, die auf einem Planeten ohne großen Mond leben. Schade eigentlich, sie verpassen einen wunderbaren Anblick… 😉


Lissauer, J., Barnes, J., & Chambers, J. (2012). Obliquity variations of a moonless Earth , Icarus, 217 (1), 77-87 DOI: 10.1016/j.icarus.2011.10.013

Kommentare (26)

  1. #1 MartinB
    30. Dezember 2011

    Irgendwie bin ich zu doof, die letzten beiden Grafiken zu lesen: Ist “Obliquity range” nur die Breite des Schwankungsintervalls oder zeichnen die Linien die tatsächlich überstrichenen Werte? Für letzteres sprechen ja die Kreuze als Markierung der Startwerte, aber dann hat man bei den Werten über 90° irgendwie die Winkel in 180 minus Winkel umdefiniert, oder?

  2. #2 Statistiker
    30. Dezember 2011

    Erster!

    Schöner Beitrag, den sollte man mal an alle Sachkundelehrer schicken. Die haben mir nämlich in der Schule erzählt, die Jahreszeiten entstünden dadurch, dass die Erdachse im Jahresverlauf zwischen dem nördlichen und dem südlichen schwankt. *grummel*

  3. #3 Oliver Debus
    30. Dezember 2011

    Hi Florian,

    toller Artikel. Ich möchte Dich auf einen kleinen Fehler hinweisen; in der 5. Zeile sollte es doch eigentlich nicht heißen: Die steht nicht senkrecht auf die Bahnebene, sondern auf der Bahnebene.

    Hast Du eigentlich schon mal was über die Milankovitch-Zyklen beschrieben? Hier geht es ja um die minimalen Schwankungen der Erdachse, sowie um Schwankungen in der Exzentrizität der Erdbahn.

  4. #4 MartinB
    30. Dezember 2011

    @Statistiker
    Erst die Seite neu laden, dann triumphieren – ÄTSCH!

  5. #5 Oliver Debus
    30. Dezember 2011

    @ MartinB

    hast Recht, ab 90° hat man 180-Winkel gerechnet. So kommt man bei 150° auf einen Startwinkel von 30° und bei 180° von 0°. Mußte auch erst mal wieder lernen solche Graphiken zu lesen. Ist ja schon gut 15 Jahre her, dass ich mich aktiv mit sowas rumgeschlagen habe.

  6. #6 ulf_der_freak
    30. Dezember 2011

    Das Buch “vom Richtigen Zeitpunkt” funktioniert aber prima!

    (weil man sich dann endlich mal überhaupt um seine Pflanzen kümmern tut ;-D)

  7. #7 Alexander
    30. Dezember 2011

    Interessante Untersuchung. Ich bin aber nicht zu sehr überrascht. Die These, dass das Leben auf der Erde den Mond braucht oder nur bei einer bestimmten Achsneigung der Erde überleben kann, fand ich schon immer etwas an den Haaren herbeigezogen. Und natürlich sind auch Jahreszeiten nicht “wichtig” (Zitat FF). Siehe tropische Urwälder oder Korallenriffe, Ökosysteme mit über das ganze Jahr sehr konstanten Bedingungen und besonders hoher Artenvielfalt. Man könnte daher sogar den Umkehrschluss ziehen, dass ausgeprägte Jahreszeiten für die Entwicklung des Lebens eher ungünstig sind.

  8. #8 knorke
    30. Dezember 2011

    @Alexander
    lokal ist stabiles Klime bestimmt nix verkehrtes. Aber FF schreibt ja oben auch, dass bei kompleet senkrechter Ausrichtung die Pole gar keine Sonne kriegen und der ganze Erdball zufrieen kann (Schneeball Erde). Warum das so ist, wenns doch am Äquator so sonnig ist, weiß ich nicht, aber ich glaube stabile Temparaturbedingungen regional auf der Erde lassen sich nicht automatisch auf einen ganzen Himmelskörper übertragen. Vermutlich deshalb, weil Planetenweit gesehen auch sämltiche weiteren klimatischen Faktoren wegfallen oder völlig anders arbeiten würden (Wind z.B.), während dies regional ja trotzdem auch in der äquatorialen Zone noch existiert.

  9. #9 Ludger
    30. Dezember 2011

    Alexander·30.12.11 · 10:12 Uhr
    […] Die These, dass das Leben auf der Erde den Mond braucht […], fand ich schon immer etwas an den Haaren herbeigezogen. […]

    Für die Evolution der Lungenatmung dürfte die Tide bei Meerestieren in Küstengewässern wesentlich gewesen sein.

  10. #10 Florian Freistetter
    30. Dezember 2011

    @MartinB: “Ist “Obliquity range” nur die Breite des Schwankungsintervalls oder zeichnen die Linien die tatsächlich überstrichenen Werte? “

    Soweit ich verstanden habe, letzteres

  11. #11 Florian Freistetter
    30. Dezember 2011

    @Alexander: “Die These, dass das Leben auf der Erde den Mond braucht oder nur bei einer bestimmten Achsneigung der Erde überleben kann, fand ich schon immer etwas an den Haaren herbeigezogen.”

    Die war nicht “an den Haaren herbeigezogen” sondern durch wissenschaftliche Ergebnisse gestützt – und ist das teilweise immer noch. Allerdings hat nie jemand von “Leben” gesprochen – sondern von höherem Leben. Es geht auch nicht darum, dass Jahreszeiten wichtig sind – sondern STABILE Jahreszeiten. Ob es Jahreszeiten gibt oder nicht, ist nicht so wichtig. Aber konstant sollte es halt sein.

  12. #12 Alderamin
    30. Dezember 2011

    @Ludger

    Für die Evolution der Lungenatmung dürfte die Tide bei Meerestieren in Küstengewässern wesentlich gewesen sein.

    Nicht notwendigerweise. Wenn alles tierische Leben im Wasser lebt, ist es ein Vorteil, aufs Land gehen zu können (Schutz, konkurrenzloser Zugang zu pflanzlicher Nahrung). Der Schritt an Land ist daher fast zwangsläufig, und ohne entsprechende Atmungsorgane ist kein längerer Verbleib an Land möglich. Die Evolution dringt stets in solche sich bietenden Nischen ein und füllt sie aus.

    Waren es nicht Süßwasserlurche, die als erste Wirbeltiere den Landgang schafften? Da spielten Tiden keine Rolle, eher austrocknende Tümpel. Es gibt dementsprechend auch keine Seewasser-Lungenfische.

  13. #13 noch'n Flo
    30. Dezember 2011

    @ FF:

    Hmmm, folgt daraus jetzt, dass man bei der Suche nach einer “zweiten Erde” – sobald man die ersten Kandidaten hat, die möglicherweise auch eine entsprechende Athmosphäre besitzen – als nächstes nach einem geeignet grossen Mond suchen würde?

  14. #14 BreitSide
    30. Dezember 2011

    xxx

  15. #15 frantischek
    30. Dezember 2011

    Habs eh erst vor kurzem geschrieben. Ich glaub auch das die Maßstäbe für die Entwicklung von (höherem) Leben bis jetzt viel zu hoch angesetzt sind.

    Ich konnte bis jetzt nie einen Sinn darin erkennen das entstehen von (höheren) Leben an ganz genau passende Parameter zu knüpfen. Ich denke das das Wichtigste die passenden Temperaturen und die nötigen stofflichen Zutaten sind, der Rest wird sich im Laufe der Zeit dann von selber ergeben, und Zeit hats ja bis jetzt genug gegeben ;).

    Auch wenn die Meinung verständlich ist, wir haben ja nur das eine Beispiel Erde zum Vergleich, spricht für mich schon allein die Größe der Milchstrasse und die bis jetzt nicht korrekt abschätzbare Zahl an potentiell erdähnlichen Planeten dafür das sich Leben in den verschiedensten Situationen entwickeln und durchsetzen musste.

    Vielleicht hab ich aber auch einfach zu wenig Ahnung von Evolutionsbiologie.
    Da wär vielleicht einmal ein erklärender Artikel gefragt.

  16. #16 Florian Freistetter
    30. Dezember 2011

    @frantischek: “Ich denke das das Wichtigste die passenden Temperaturen und die nötigen stofflichen Zutaten sind, “

    Genau. Und damit die Temperaturen passen, will man ein stabiles Klima und keins, wo die Temperatur immer zwischen Eiseskälte und Gluthitze schwankt.

  17. #17 Alderamin
    30. Dezember 2011

    Hab’ mal gelesen, dass die Erde sich früher einmal in weniger als 12 Stunden drehte (gerade in Wiki nachgeschaut: es gibt Modelle zwischen 6-7 und 14 Stunden für die Zeit vor 4 Milliarden Jahren). Und es war hauptsächlich die Gezeitenkraft des Mondes, die die Erddrehung verlangsamt hat.

    Wenn man mal oben die Grafik mit der Rotationsperiode anschaut findet man erwartungsgemäß (Drallstabilisierung) eine kleinere Variabilität der Achse für kurze Rotationsperioden. Hätte es also den Mond nicht gegeben, dann hätte vielleicht die immer noch schnellere Drehung der Erde ihre Achse stabilisiert.

    Wobei natürlich unklar ist, ob nicht gerade die Entstehung des Mondes durch den Einschlag eines marsgroßen Planetoiden überhaupt erst zu der damaligen schnellen Rotation geführt hat. Aber auch andere Planeten (Jupiter, Saturn) rotieren schnell, es braucht also nicht unbedingt einen solchen Einschlag für eine schnelle Rotation.

  18. #18 Ludger
    30. Dezember 2011

    Alderamin·
    30.12.11 · 12:57 Uhr
    @Ludger
    […]Waren es nicht Süßwasserlurche, die als erste Wirbeltiere den Landgang schafften? Da spielten Tiden keine Rolle, eher austrocknende Tümpel. Es gibt dementsprechend auch keine Seewasser-Lungenfische.

    Hast ja wahrscheinlich recht. Ich hab aber auch folgendes gefunden:

    ( http://de.wikipedia.org/wiki/Lungenfisch#Evolution )
    Im Erdaltertum (Paläozoikum) waren Lungenfische sowohl im Meer als auch in Süßgewässern verbreitet.[…]

  19. #19 Noblinski
    30. Dezember 2011

    Mir scheint vollkommen klar, daß die Wesen auf dem Planeten ohne Mond davon überzeugt sind, Leben könne es nur auf Planeten ohne Mond geben. Im Übrigen ist es für die Entstehung einer lebendigen Vielfalt völlig ausreichend, wenn es überhaupt Stellen auf einem Planeten gibt, die habitabel sind. Ich bin überzeugt, ein paar Hektar Lagune reichen dafür völlig aus. Gibt es erst einmal arbeitsteilige Mehrzeller, dann werden sich auch gegen jegliche Klima-Unbill geeignete Panzer oder Strategien entwickeln.

  20. #20 reinhard
    30. Dezember 2011

    Mond passt, Magnetfeld passt, Abstand Erde Sonne passt, Umdrehung passt,
    Geschwindigkeit passt, Astronomisch passt alles, DNS passt, u.s.w.
    UND DAS ALLES IST REINER ZUFALL- ha ha ha

  21. #21 Alderamin
    30. Dezember 2011

    Ludger·
    30.12.11 · 17:53 Uhr

    Ich hab aber auch folgendes gefunden:

    ( http://de.wikipedia.org/wiki/Lungenfisch#Evolution )
    Im Erdaltertum (Paläozoikum) waren Lungenfische sowohl im Meer als auch in Süßgewässern verbreitet.[…]

    Das lässt mir natürlich keine Ruhe. Die Frage ist, was war zuerst da, Lungenatmung oder Leben im Süßwasser? In diesem Text steht, dass man traditionell davon ausgeht, dass es marine Formen von Lungenfischen (oder deren Vorläufern) zuerst gab, die allerdings wohl komplett kiemenatmend waren, und die Lungenatmung erst mit dem Übergang ins Süßwasser begann. Natürlich können solche Fische auch in Gezeitentümpeln überleben. Ohne Mond hätte es die aber nicht gegeben, und dann wären die austrockenenden Tümpel geblieben.

  22. #22 frantischek
    30. Dezember 2011

    @Florian:
    “Genau. Und damit die Temperaturen passen, will man ein stabiles Klima und keins, wo die Temperatur immer zwischen Eiseskälte und Gluthitze schwankt.”

    Und ich denk mir halt das sowas auf viele verschiedene Arten auch ohne Mond, genauen Winkel der Erdachse, großen Gasplaneten im äußeren Sternsystem und was weiss ich noch entstehen kann.

    Z.b. Planeten mit einer gebundenen Rotation die um einen schwach leuchtenden Stern (roter Zwerg?) kreisen. Flares hin oder her, entsteht das Leben halt nur dort wo es geschützt ist (unter Wasser?) oder nur in den Randgebieten wo die Temperaturen gemäßigt sind und man die Flares nur leicht mitbekommt.

    Oder Monde die um große Gasplaneten kreisen und die Wärme aus den Gezeitenkräften beziehen.

    Vielleicht gibts auch Planeten um braune Zwerge die nahe genug dran sind um ein bisschen Wärme abzubekommen?

    Oder Planeten auf denen die nötige Wärme auf chemischem Weg entsteht (Fragt mich nicht wie! Ich hätte da Ideen, die sind aber sicher alle irrwitzig unwahrscheinlich!) ?

    Sollte nicht z.B. in Planeten mit schweren Eisenkernen die einen Stern mit sehr starkem Magnetfeld umkreisen ein elektrischer Stromfluss und Wärme entstehen?

    Und wer weiß was es noch für Mechanismen gibt auf die nie wer kommen würde bis sie entdeckt werden?

    Ich bin halt der Meinung das man unwahrscheinliche Möglichkeiten keinesfalls außer acht lassen sollte. Wie gesagt: Die Menge der Sternensysteme/Himmelskörper ist “Astronomisch”. Da sollten auch genug unwahrscheinliche Möglichkeiten realisiert sein.

  23. #23 Frank D
    30. Dezember 2011

    @Ludger:
    Auch die Sonne verursacht Gezeiten die ungefähr 40% denen des Mondes entsprechen. Daher gibts auch Spring- und Nippfluten. Also auch ohne jeden Mond hätte es Gezeiten gegeben.

  24. #24 Alexander
    31. Dezember 2011

    Auf welcher Zeitskala treten denn merkliche Veränderungen der Lage der Rotationsachse auf? 10 bis 100 x 10exp6 Jahre! Das ist gelinde gesagt irrelevant. Das Leben hat wiederholt bewiesen, dass es mit massiven Änderungen auf wesentlich kürzeren Zeitskalen fertig werden kann. Ansonsten schließe ich mich Aldemarin an, die Gezeiten mögen ein förderlicher Faktor gewessen sein, aber sicher kein notwendiger. Periodisch austrocknende Gewässer gibt es auch ohne Gezeiten.

  25. #25 Ludger
    31. Dezember 2011

    Frank D·
    30.12.11 · 22:33 Uhr
    @Ludger:
    Auch die Sonne verursacht Gezeiten die ungefähr 40% denen des Mondes entsprechen. Daher gibts auch Spring- und Nippfluten. Also auch ohne jeden Mond hätte es Gezeiten gegeben.

    Laut Wikipedia sind Springfluten bei Konjunktion oder Opposition von Sonne und Mond, die durch gemeinsame Gezeitenwirkung das höhere Hochwasser verursachen. Und als Nippflut, oder genauer Nipptide, bezeichnet man jene Tide, bei der Sonne und Mond in einem Winkel von 90° zueinander stehen, d. h. bei Halbmond. Du meinst, dass es ohne Mond einen Wellenberg gäbe, der immer zur Sonne zeigt bzw zur sonnenabgewandten Seite der Erde, d.h. das Hochwasser wäre dann immer ca. mittags und zu Mitternacht?

  26. #26 Alderamin
    31. Dezember 2011

    Ludger·
    31.12.11 · 19:17 Uhr

    Frank D·
    30.12.11 · 22:33 Uhr
    @Ludger:
    “Auch die Sonne verursacht Gezeiten die ungefähr 40% denen des Mondes entsprechen. Daher gibts auch Spring- und Nippfluten. Also auch ohne jeden Mond hätte es Gezeiten gegeben.”

    Du meinst, dass es ohne Mond einen Wellenberg gäbe, der immer zur Sonne zeigt bzw zur sonnenabgewandten Seite der Erde, d.h. das Hochwasser wäre dann immer ca. mittags und zu Mitternacht?

    Genau das meint er, und da hat er Recht.