Wissenschaftler haben geologische Beweise dafür gefunden, dass die Gravitationswechselwirkung zwischen Mars und Erde den 2,4 Millionen Jahre dauernden Tiefseezirkulationszyklus und die globale Erwärmung vorantreibt. Was passiert, wenn der Mond verschwindet? Sterne können ganze Planeten ihrer Atmosphäre berauben. Entdeckung retrograder Umlaufbahnen.
Der Mars beeinflusst das Klima der Erde und des Meeres
Wissenschaftler haben geologische Beweise dafür gefunden, dass die Gravitationswechselwirkung zwischen Mars und Erde den 2,4 Millionen Jahre dauernden Tiefseezirkulationszyklus und die globale Erwärmung vorantreibt.
Ein überraschender Zusammenhang zwischen den Meeren und dem Klima des Mars und der Erde führt dazu, dass die Tiefenströmungen in Zeiten erhöhter Sonnenenergie und wärmerem Klima zu- und abnehmen. Die Forschung könnte dazu beitragen, zu klären, wie sich der Klimawandel auf geologischen Zeitskalen (und nicht auf der Art, die der Mensch derzeit durch Treibhausgasemissionen verursacht) auf die Ozeanzirkulation auswirkt. Nach Ansicht von Mitgliedern des Forschungsteams könnte dieses Wissen Forschern helfen, in Zukunft bessere Klimamodelle zu erstellen, berichtet die Fachzeitschrift im Fachmagazin „Nature Communications“.
Ein Forschungsteam unter der Leitung der Wissenschaftlerin Adriana Dutkiewicz von der University of Sydney begann zu untersuchen, ob die Meeresströmungen mit der Erwärmung des Erdklimas stärker oder schwächer werden. Zu diesem Zweck nutzten Dutkiewicz und seine Kollegen wissenschaftliche Bohrdaten aus einem halben Jahrhundert, die von Hunderten von Standorten auf der ganzen Welt gesammelt wurden. Mithilfe dieser Daten konnten sie verstehen, wie stark die Tiefseeströmungen in den letzten 50 Jahren waren.
Um in die Vergangenheit zu reisen – etwa 65 Millionen Jahre, fast bis zum Zeitalter der Dinosaurier – untersuchten sie die Tiefseesedimentaufzeichnungen der Erde. Dadurch konnten sie testen, ob Veränderungen in der Erdumlaufbahn mit Verschiebungen in Sedimentgesteinen zusammenhängen. Das Team entdeckte 2,4-Millionen-Jahres-Zyklen oder „große astronomische Zyklen“, die mit den Umlaufbahnen von Erde und Mars verbunden sind.
„Wir waren überrascht, diese 2,4 Millionen Jahre dauernden Zyklen in unseren Tiefseesedimentdaten zu finden“, sagte Dutkiewicz. „Es gibt nur eine Möglichkeit, sie zu erklären: Sie hängen mit den Wechselwirkungszyklen von Mars und Erde zusammen, die die Sonne umkreisen.“
Wissenschaftler wissen seit langem über astronomische Großzyklen Bescheid, doch in der Geologie der Erde kommen sie nur selten vor.
Die Abbildung (nicht maßstabsgetreu) zeigt Mars und Erde, wie sie die Sonne umkreisen. Robert Lee/NASA
Der Co-Autor der Studie, Dietmar Muller, ebenfalls von der University of Sydney, erklärte, wie die Umlaufbahnen von Erde und Mars zu Verschiebungen in den Ozeanen führen könnten.
„Die Gravitationsfelder der Planeten des Sonnensystems interferieren miteinander, und diese Wechselwirkung, Resonanz genannt, verändert die Exzentrizität der Planeten – ein Maß dafür, wie nahe ihre Umlaufbahnen an der Kreisform sind“, sagte er.
Auf der Erde führte dies zu Phasen, in denen unser Planet mehr Sonneneinstrahlung erhielt und dadurch ein wärmeres Klima entstand. Die 2,4-Millionen-Jahres-Zyklen enthielten „Brüche“ in der Tiefseeaufzeichnung, und diese Brüche weisen auf Perioden stärkerer Meereszirkulation hin.
Die Ergebnisse des Teams legen nahe, dass die kreisförmige Bewegung des Wassers, die kleine Wirbel oder „Wirbel“ in der Tiefsee verursacht, ein wichtiger Faktor bei der Erwärmung der Meere war.
Diese Wirbel könnten dazu beigetragen haben, die Stagnation der Ozeane auszugleichen, von der viele Wissenschaftler vorhersagen, dass sie auf eine Verlangsamung der atlantischen meridionalen Umwälzzirkulation (AMOC) zurückzuführen sein wird. Das AMOC ist ein riesiges System von Meeresströmungen, das warmes Wasser aus den Tropen in den Nordatlantik transportiert. Es ist für die Bewegung des Golfstroms und die Aufrechterhaltung eines warmen Klimas in Europa verantwortlich.
„Wir wissen, dass es mindestens zwei verschiedene Mechanismen gibt, die eine starke Durchmischung des Tiefenwassers in den Ozeanen fördern. Der AMOC ist einer davon, aber Tiefseewirbel scheinen in warmen Klimazonen eine wichtige Rolle zu spielen, indem sie die Belüftung des Ozeans aufrechterhalten.“ – sagte Müller. „Natürlich wird es nicht die gleiche Wirkung wie das AMOC haben, was den Transport von Wassermassen von niedrigen Breiten in hohe Breiten und umgekehrt angeht.“
Diese Wirbel erreichen oft den tiefen Meeresboden, der auch „Abgrundmeeresboden“ genannt wird. Sobald sich diese riesigen Wirbel mit dem Tiefseeboden verbinden, könnten sie Erosion verursachen und große, verwehungsartige Sedimentansammlungen bilden, die „Konturiten“ genannt werden.
„Unsere Tiefseedaten aus 65 Millionen Jahren deuten darauf hin, dass wärmere Ozeane eine stärkere Tiefenzirkulation haben“, schlussfolgerte Dutkiewicz. „Dies wird möglicherweise eine Stagnation der Ozeane verhindern, selbst wenn die AMOC langsamer wird oder ganz aufhört.“
Das Team weiß noch nicht, wie sich die Wechselwirkung zwischen den Umlaufbahnen von Erde und Mars und die dadurch erzeugte Ozeandynamik in Zukunft auf das Leben in den Ozeanen der Erde auswirken könnte. Unabhängig davon könnten die Ergebnisse zu zuverlässigeren Klimamodellen und -vorhersagen führen.
Was passiert, wenn der Mond verschwindet?
Der Mond war während des größten Teils seiner 4,5 Milliarden Jahre dauernden Umlaufbahn um die Sonne mit der Erde verbunden. Astrophysiker vermuten, dass der Ursprung des Mondes in einem uralten Einschlag liegt, bei dem ein Objekt von der Größe des Mars auf unseren Planeten stürzte und riesige Mengen an Trümmern in den Weltraum schleuderte. Die resultierenden Materialien fügten sich unter dem Einfluss der Schwerkraft zusammen und bildeten das, was wir heute den Mond nennen.
Wir und der Rest des Lebens auf der Erde sind so an die Anwesenheit des Mondes gewöhnt, dass man sich kaum vorstellen kann, wie das Leben auf der Erde aussehen würde, wenn unser natürlicher Satellit plötzlich verschwinden würde. Aber könnte der Mond jemals verschwinden oder verschwinden? Was passiert, wenn sie verschwindet?
Laut Noah Petro, einem Wissenschaftler der NASA-Mondmission Artemis 3, hätten nur wenige realistische astronomische Ereignisse ein solch dramatisches Ereignis verursachen können.
„Ich denke, das einzig plausible astronomische Ereignis, das den Mond lösen könnte, wäre ein starker Einschlag auf den Mond, der ihn spalten würde. … Ähnlich wie bei dem großen Einschlag, der vermutlich den Mond geformt hat, könnte ein ausreichend großes Objekt theoretisch den Mond auseinanderbrechen“, sagte Petro.
Glücklicherweise haben Sonne und Planeten die meisten großen Objekte im Sonnensystem verschluckt. Ein fremder Planet, der aus dem interstellaren Raum in das Sonnensystem eindringt, könnte Schaden anrichten, aber die Wahrscheinlichkeit, dass er mit dem Mond kollidiert, ist äußerst gering, sagte Petro. Aber nehmen wir an, es ist passiert, dass der Mond verschwunden ist und die Erde irgendwie relativ unberührt geblieben ist.
Was physikalische Prozesse angeht, wird eine der auffälligsten Störungen die Auswirkung auf die Meeresgezeiten sein, die für Küstenökosysteme verantwortlich sind. Das Meeresleben in Gezeitenzonen wird entweder sterben oder sich anpassen, und wir werden wahrscheinlich den Zusammenbruch wichtiger Ökosysteme erleben, die auf Gezeitenzonen als Nahrungsquelle angewiesen sind. Fast drei Viertel der Weltbevölkerung leben in einem Umkreis von 50 Kilometern um den Ozean, und so sammeln Milliarden von Menschen in den Gezeitenzonen Nahrung oder sammeln dort Nahrung. Der Zusammenbruch dieses Ökosystems hätte katastrophale Folgen für die Küstengemeinden.
Darüber hinaus bestimmt die Küstenerosion durch Gezeiten weitgehend die Form unserer Küsten. Dieser Prozess wird sich erheblich verlangsamen und der Kampf zwischen Land und Meer wird zu einem (irgendwie) Waffenstillstand führen.
Korallen nutzen Signale des Mondzyklus und der Meerestemperatur, um ihren Laichzyklus zu beeinflussen. Hier laichen Steinkorallen (Acropora sp.) im Lizard Island National Park, Great Barrier Reef, Queensland, Australien. Auscape/Universal Images Group
Gezeiten spielen auch eine wichtige Rolle bei der gesamten Wärmeregulierung des Ozeans. Bei Flut wird kälteres, tieferes Meerwasser in Buchten und Buchten gezogen, wo es sich erwärmt. Meeresgezeiten haben auch einen tiefgreifenden Einfluss auf stärkere Meeresströmungen und damit auf die Meereszirkulation. Diese Strömungen wirken auch zurück und verursachen überlagernde Winde, die eine wichtige Rolle bei der Regulierung des Küstenklimas spielen. Das plötzliche Verschwinden der Gezeitenkräfte, die diese Mechanismen antreiben, hätte enorme Auswirkungen auf die Ausbreitung von Wärme und Energie auf dem Planeten und würde Temperaturen und Klima an Orten verändern, die wir kaum noch kennen.
Es wird einige Zeit dauern, bis sich eine der tiefgreifendsten Auswirkungen des Verschwindens des Mondes manifestiert, aber sie wird enorme Folgen haben. Die Erdachse steht derzeit in einem Winkel von 23,4 Grad relativ zu unserer Umlaufbahn um die Sonne. Es gibt jedoch Schwingungen in seinem Rotationszyklus. Aber es dauert 26.000.000 Jahre, um einen vollständigen Zyklus abzuschließen, dessen Abweichung nur 2,4 Grad beträgt. Ohne den Mond, der ihn stabilisiert, kann dieses Wackeln extrem und unberechenbar werden. In diesem Szenario würden vorhersehbare Jahreszeiten verschwinden und die Pole würden manchmal am Äquator ausgerichtet sein. Die Ergebnisse werden die Bewohnbarkeit der Erde radikal verändern, da die einst vorhersehbare Umwelt für viele Lebensformen feindselig werden wird.
Tatsächlich haben eine Reihe von Arten und Ökosystemen eine starke Abhängigkeit von den physikalischen Folgen des Mondes entwickelt. Schließlich entstand das Leben dank des Mondes und seiner Zyklen als wichtiger Umweltbedingung. Die Lebenszyklen oder das Verhalten einiger Arten basieren auf den Zyklen des Mondes. Einige Beispiele sind Vogelarten, die das Mondlicht als Signal für ihre Zugreisen nutzen. Der Zeitpunkt des Mondaufgangs ist auch entscheidend für das synchronisierte Laichen der Korallen am Great Barrier Reef.
Wenn ein so großes Objekt wie ein Schurkenplanet den Mond zerstört, ist es unwahrscheinlich, dass die Erde relativ intakt bleibt
Der Mond ist auch eine Nachtlichtquelle für nachtaktive Arten, insbesondere nachtaktive Raubtiere. Es gibt Hinweise darauf, dass kleine Säugetiere ihre Aktivität bei Hochmond (wenn es mehr Licht gibt) aufgrund der Gefahr von Raubtieren einschränken. Ohne dieses Licht hätte die Beute einen erheblichen Vorteil gegenüber ihren räuberischen Gegnern.
Die Beziehung der Menschheit zum Mond ist tiefgreifend. Natürlich war der Mond der erste außerirdische Körper, den Menschen betreten haben, und sein Verschwinden hätte große Auswirkungen auf unsere Ziele der Weltraumforschung. Der Mond ist ein konkretes Sprungbrett für zukünftige astronomische Reisen, auf denen wir unsere Ausrüstung testen und mehr über die Geschichte des Sonnensystems erfahren können, ohne zu weit von zu Hause wegzugehen.
Der Mond sei eine Zeitkapsel des frühen Sonnensystems, bemerkte Petro. Indem wir es studieren, können wir uns ein Bild davon machen, wie sich die Sonne entwickelte, wie die Einschläge auf der Mondoberfläche geschichtlich verlaufen sind und wie es in den frühen Stadien des Sonnensystems aussah.
Sterne üben einen gravitativen „Druck“ auf Planeten aus und entziehen ihnen so die Atmosphäre
Gezeitenkräfte und Strahlungsbeschuss können dazu führen, dass die Atmosphäre einiger Planeten in den Weltraum gelangt. Der Wissenschaftler erfuhr mehr über die Prozesse, die Planeten aus der Atmosphäre befreien, und entdeckte, dass die Kompression durch den Mutterstern zu diesem Prozess beitragen könnte.
Die von Guo Jianheng vom Yunnan-Observatorium der Chinesischen Akademie der Wissenschaften geleitete Studie könnte Astronomen dabei helfen, besser zu bestimmen, welche extrasolaren Planeten oder „Exoplaneten“ genauer untersucht werden sollten, wenn sie ihre Suche nach Leben außerhalb des Sonnensystems ausweiten.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie Planeten ihre Atmosphäre in den Weltraum verlieren können, einschließlich des vollständigen Verlassens der oberen Atmosphäre vom Planeten, was als „hydrodynamische Flucht“ bezeichnet wird. Dieser Prozess gilt als extremer als der Prozess, bei dem Planeten in unserem heutigen Sonnensystem durch „hydrodynamische Entlüftung“ Partikel in den Weltraum ausstoßen, was dazu führt, dass der Planet an Masse verliert und sich gleichzeitig auf sein Klima und damit auf seine Bewohnbarkeit auswirkt.
Jianheng simulierte den Verlust der Atmosphäre durch Exoplaneten mit geringer Masse. Jianheng konzentrierte sich insbesondere auf den Mechanismus der hydrodynamischen atmosphärischen Flucht und schlug eine neue Klassifizierungsmethode vor, mit der dieser und andere atmosphärische Fluchtprozesse verstanden werden können.
Obwohl dies bei den inneren Planeten um die Sonne nicht mehr der Fall ist, konnte es in der frühen Ära des Sonnensystems tatsächlich bei Planeten wie Venus und Erde zu einem hydrodynamischen Austritt aus der Atmosphäre kommen. Wenn sich dieser Prozess fortsetzte, bliebe auf unserem Planeten möglicherweise nur noch eine dünne, größtenteils wasserlose Atmosphäre übrig, ähnlich der, die wir um unseren Planetennachbarn, den Mars, sehen.
Das bedeutet, dass das Verständnis der hydrodynamischen Leistung der Atmosphäre dabei helfen kann, herauszufinden, warum die Erde in der Lage ist, Leben zu beherbergen, Mars und Venus jedoch nicht.
Eine Illustration, die die Mechanismen zeigt, die dazu führen können, dass Planeten ihre Atmosphäre verlieren. Guo Jianheng
Obwohl der hydrodynamische atmosphärische Ausstoß derzeit keine atmosphärische Zerstörung im Sonnensystem verursacht, haben Astronomen mithilfe von Weltraum- und Bodenteleskopen festgestellt, dass diese Prozesse tatsächlich um Exoplaneten in der Nähe ihrer Muttersterne stattfinden.
Jianheng führte Computersimulationen von Exoplaneten mit geringer Masse durch, die zeigten, dass Planeten mit wasserstoffreichen Atmosphären aufgrund interner energetischer Prozesse einen hydrodynamischen atmosphärischen Ausstoß erfahren können.
Diese Energie manifestiert sich als innere Wärme und wird durch Gezeitenkräfte erzeugt, die den Planeten zusammendrücken und komprimieren – Kräfte, die durch die Schwerkraft der Muttersterne und das Bombardement intensiver ultravioletter Strahlung dieser Sterne verursacht werden. Manchmal können diese Kräfte sogar Planeten verformen und ihnen eine eiförmige Form verleihen.
Früher wurden Modelle verwendet, um die physikalischen Mechanismen zu verstehen, die zu einem hydrodynamischen Blowout führen. Diese Modelle waren jedoch komplex und führten oft zu unklaren Schlussfolgerungen.
Jianheng hingegen argumentiert, dass die physikalischen Parameter, die zur Klassifizierung hydrodynamischer Leistungsmechanismen erforderlich sind, einfach sind. Nach Ansicht des Forschers muss man lediglich über die Eigenschaften der beteiligten Planeten und Sterne nachdenken, etwa über deren Massen, Radien und den Umlaufabstand zwischen dem Planeten und seinem Stern.
Jianhengs Simulationen zeigten, dass bei dickeren, weniger dichten Exoplaneten mit geringer Masse und großem Radius ausreichend hohe Innentemperaturen zu atmosphärischen Leckagen führen können. Das Verhältnis der inneren Energie eines Planeten zu seiner potenziellen Gravitationsenergie, bekannt als „Jeans-Parameter“, kann verwendet werden, um zu bestimmen, ob ein Planet einem atmosphärischen Entweichen ausgesetzt ist. Je niedriger der Jeans-Parameter ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass ein atmosphärisches Leck auftritt.\
Die Abbildung zeigt drei Exoplaneten in unterschiedlichen Abständen um einen Stern, die unterschiedlich starke Strahlung und Gravitationskräfte erfahren, die ihre Atmosphäre unterschiedlich schnell erodieren. Robert Lee
Für Planeten, die aufgrund ihrer hohen inneren Energie kein hydrodynamisches Entweichen erfahren können, fand Jianheng heraus, dass ein modifizierter Jeans-Parameter, der die von Sternen erzeugten Gezeitenkräfte berücksichtigt, die Rolle identifizieren und unterscheiden kann, die diese Kräfte und extreme ultraviolette Strahlung beim atmosphärischen Entkommen spielen.
Die Simulationen zeigten auch, dass Planeten mit geringer Masse und hohem Gravitationspotential, das aus der zunehmenden Entfernung zwischen einem Planeten und seinem Stern sowie der geringeren Strahlung, mit der eine solche Welt bombardiert würde, resultieren, zu einem langsameren hydrodynamischen Entweichen aus der Atmosphäre führen.
Die Ergebnisse könnten Wissenschaftlern helfen, besser zu bestimmen, wie sich die Atmosphären von Planeten mit geringer Masse im Laufe der Zeit verändern, und so dazu beitragen, ein vollständigeres Bild der Bewohnbarkeit dieser Welten zu erstellen.
Warum drehen sich alle Planeten in die gleiche Richtung?
Das Sonnensystem hatte zunächst eine ursprüngliche Rotationsrichtung und behielt diese 4,6 Milliarden Jahre lang bei. Um einen Planeten dazu zu zwingen, seine Bahn um die Sonne zu ändern, muss etwas Massives ihn unter dem Einfluss seiner Schwerkraft in eine veränderte Umlaufbahn zwingen.
Astronomen haben Planeten um andere Sterne entdeckt, deren Umlaufbahnen sich in entgegengesetzter Richtung zur Rotation ihrer Sterne bewegen.
Wenn man 4,6 Milliarden Jahre zurückgehen könnte, würde man eine Zeit sehen, in der unser Sonnensystem noch nicht existierte. Aber der Weltraum wäre nicht leer – statt unserer Sonne und unseren Planeten stünden wir vor einer Wolke aus Gas und Staub. Dieser „Sonnennebel“ war einst eine reichhaltige Gas- und Staubquelle, die unser Sonnensystem bildete. Nebel sind das Endergebnis des Todeskampfes eines Sterns, wenn der Stern explosionsartig seine gesamte Materie abwirft. Sie sind auch Kinderstuben für neue Sterne und die sie begleitenden Planeten und könnten erklären, warum sich unsere Planeten alle in die gleiche Richtung drehen.
Unsere aktuelle Erklärung für die Entstehung des Sonnensystems lautet wie folgt: Eine Schockwelle eines nahegelegenen Sterns, die zur Supernova wurde, löste den Kollaps unseres Sonnennebels aus. Als ein nahegelegener Riesenstern explodierte, explodierten hochenergetische Teilchen in den Nebel und ließen Materie- und Gastaschen kollabieren.
Dadurch entstand ein starker Gravitationsschwerpunkt, um den sich der Rest der kondensierenden Wolke drehte. Durch den Druck aus dem Kern verbanden sich Wasserstoffatome und bildeten Helium, wodurch enorme Mengen an Wärme und Licht freigesetzt wurden und mehr als 99 Prozent der verfügbaren Materie in der Wolke verbraucht wurden. Das Zentrum des kollabierenden Nebels wurde zu unserer Sonne, und der Rest der Materie verklumpte zu bekannten Planeten, Monden und anderen Gesteinskörpern wie Asteroiden.
Als der Sonnennebel kollabierte, begann sich die Materie im Inneren aufgrund ihrer eigenen Schwerkraft schneller zu drehen. Aufgrund der Erhaltung des Drehimpulses – der Rotationsgeschwindigkeit eines Objekts um eine Mittelachse – erhöhte sich die Rotationsgeschwindigkeit der Wolke und sie stabilisierte sich. Da die Wolke zunächst rotierte, wurde die gleiche Rotationsrichtung beibehalten. Astronomen zufolge behielten die Planeten größtenteils ihre Positionen in derselben Umlaufebene bei. Venus und Uranus erlebten irgendwann große Turbulenzen. Astronomen glauben, dass die Bewegungen von Jupiter und Saturn, die sich ebenfalls weiter von der Sonne entfernten, diese beiden kleineren Planeten beeinflussten und ihre Bewegung veränderten.
Die anfängliche Drehrichtung war zufällig. Wenn man den Nordpol der Sonne von oben betrachtet, könnte die Umlaufebene des Sonnensystems beginnen, sich entweder im oder gegen den Uhrzeigersinn zu drehen. Es stellt sich heraus, dass wir alle gegen den Uhrzeigersinn um die Sonne reisen, aber daran ist nichts Besonderes.
Unsere Planeten (und ihre Begleitmonde) umkreisen die Sonne in derselben Richtung, in der sich die Sonne dreht. Allerdings bewegen sich einige Kometen und Asteroiden tatsächlich auf retrograden Umlaufbahnen um die Sonne – im Gegensatz zur Rotation der Sonne –, da ihre relativ geringe Masse es größeren Weltraumobjekten ermöglicht, sie leichter von ihrer ursprünglichen Richtung abzulenken.
Die Veränderung der Umlaufbahn eines Planeten würde einen enormen Energieaufwand oder eine unmittelbare Begegnung mit einem anderen Planeten erfordern. Alternativ könnte ein entferntes, planetengroßes Objekt im Weltraum seine eigene Gravitationskraft ausüben, um seinem Wirtsstern entgegenzuwirken. Beispielsweise könnte der Exoplanet Kepler-2b, ein Gasriese, der einen mehr als 1.040 Lichtjahre entfernten Stern umkreist, durch eine starke Gravitationskraft, möglicherweise von einem anderen Planeten, in eine geneigte und verlängerte Umlaufbahn gebracht worden sein. Die Neigung hat tatsächlich die Umlaufbahn von Kepler-2b umgedreht. Jupiter tat etwas Ähnliches wie die Asteroiden in unserem Sonnensystem. Auch der Neptunmond Triton, der Saturnmond Phoebus und die karmischen Monde des Jupiters haben retrograde Umlaufbahnen um ihre Planeten.