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THEMA: Akkretion erdähnlicher Planeten

Akkretion erdähnlicher Planeten 14 Jul 2018 18:30 #37283

Bei Erklärungen zur Entstehung des Sonnensystems wird diese Phase gerne so geschildert, dass immer größere "Brocken" miteinander kollidieren und "zusammenbacken". Ein etwas seltsames Bild, denn nach meiner Erfahrung tun größere Brocken soetwas nicht. Aber fangen wir mal ganz vorn an:

Staub und Gas in der Akkretionsscheibe ballen sich zu "Klümpchen", eher aufgrund statischer Aufladung und elektromagnetischer Vorgänge. das ist noch nachvollziehbar.
Irgendwann hat man aber kleine (ich nenne es mal) Steinchen. Um die zu verklumpen sind schon gewaltige Kräfte nötig, denn wenn sie sich beim Aufprall nicht verflüssigen, werden sie einfach nur voneinander abprallen und eventuell sogar in kleinere bröckchen zerfallen. Ab und an werden vielleicht zwei arg unregelmäßig geformte Körper sich aneinander verhaken, aber sie werden wohl eher nicht verschmelzen.
Bis zu einer gewissen Größe wird es somit ziemlich schwer, durch Kollisionen mit ähnlich großen Körpern zu wachsen. Es bleibt also nur das Aufsammeln von mehr Gas und Staub und das dauert sehr, sehr lange, zumal die anderen "Steinchen" dies ja auch tun und damit die Umlaufbahn quasi leerfressen. Dank Impulserhaltung wird man eher selten auf eins der anderen "Steinchen" stoßen, weil die ja mit der gleichen Geschwindigkeit auf der gleichen Bahn dahinziehen.Ok, die aufgesammelte Masse bremst. Wenn also doch mal ein "Auffahrunfall" passiert, dürfte die Energie kaum ausreichen um zu verschmelzen und auch die Abpraller werden kaum schnell genug sein um mit ihrer recht geringen Masse Minerale zu schmelzen. Beide Geschwindigkeiten sind ja relativ zueinander zu betrachten und daher eher gering.
Erst ab einer ansehnlichen Masse und einem erheblichen Geschwindigkeitsunterschied würde der Druck auf gefrorenes Gas ausreichen, um dieses kurzzeitig zu verflüssigen und den anderen Brocken festzufrieren.

Meine Frage dazu lautet: Woher nehmen die "Brocken" die Energie um zu größeren Brocken zu verschmelzen, solange sie noch eher klein und leicht sind?

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Akkretion erdähnlicher Planeten 16 Jul 2018 19:07 #37522

DeltaTee schrieb: Meine Frage dazu lautet: Woher nehmen die "Brocken" die Energie um zu größeren Brocken zu verschmelzen, solange sie noch eher klein und leicht sind?


Interessante Frage. Was fliegt zu diesem Zeitpunkt wirklich herum? Steine wie wir sie auf der Erde kennen? Oder ist das Material deutlich lockerer?

Auf der Erde haben wir ja den Effekt, dass vor allem Oberflächen mit Luftmoleküle reagieren und daher sich chemisch verändern. Im Weltraum wäre so ein Effekt nicht zu erwarten.

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Akkretion erdähnlicher Planeten 16 Jul 2018 19:16 #37524

DeltaTee schrieb: Meine Frage dazu lautet: Woher nehmen die "Brocken" die Energie um zu größeren Brocken zu verschmelzen, solange sie noch eher klein und leicht sind?


Das tun sie nicht, veschmolzen wird erst wenn genug loses Material zusammengekommen ist damit der Kollisions- und Gravitationsdruck hoch genug werden kann. Die Erde sammelt auch Steinchen aus dem Weltraum auf, aber der Teil davon der nicht bereits beim Eintritt in die Atmosphäre schmilzt liegt dann manchmal auch nur als loses Teilchen auf dem Erdboden herum ohne mit demselben zu verschmelzen.

Vermutend dass deine Quellen mit "zusammenbacken" einen sehr viel längeren Prozess meinen als eine herkömmliche Verschmelzung,

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Akkretion erdähnlicher Planeten 16 Jul 2018 22:43 #37531

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Vergess auch die Zeit nicht und die Anzahl der Teilchen.
Irgendwann, irgendwo entsteht durch Zufall doch ein Haufen der zusammenhält
und wenn dann der kritische Punkt überschritten wird,
ist die Gravitation nicht mehr aufzuhalten und es entsteht ein Planet.

Und sicher gibt es auch Umgebungen wo kein Planet entstehen kann.
Vielleicht bei einer bestimmten Teilchengröße oder Materialzusammensetzung.

Da man sich das schwer vorstellen und einschätzen kann muss man es berechnen
oder simulieren. Dann bekommt man die Zahlen die man braucht.

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Akkretion erdähnlicher Planeten 16 Jul 2018 23:35 #37536

DeltaTee schrieb: Staub und Gas in der Akkretionsscheibe ballen sich zu "Klümpchen", eher aufgrund statischer Aufladung und elektromagnetischer Vorgänge. das ist noch nachvollziehbar.
Irgendwann hat man aber kleine (ich nenne es mal) Steinchen. Um die zu verklumpen sind schon gewaltige Kräfte nötig

Wie meine Vorredner schon sagten, wird es kaum Klümpchen geben, wie Du sie Dir wohl vorstellst sondern eher überwiegend Staubwolken, die sich gravitativ zusammenhalten. Erst wenn die Wolke groß genug ist, verdichtet sie sich bis im Zentrum die Kräfte groß genug sind, dass Druck und Temperatur so hoch steigen, dass es tatsächlich zur Verklumpung kommt.

Nur zum Vorverständnis: Planeten bilden sich eher nicht durch Gaswolken sondern eher durch Staubwolken, wenn ich nicht irre. Die Umwandlung von Gasen in schwerere Elemente erfolgt hingegen in Sonnen bzw Supernovae.

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Akkretion erdähnlicher Planeten 17 Jul 2018 07:32 #37545

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Ich denke das Hauptargument für die Anfrage in diesem Thread sind die zahlreichen populärwissenschaftlichen Dokumente in den Medien, in denen von einer glutfeurigen Darstellung der Erde vor mehr als 4 Mrd Jahren ausgegangen wird.

Dass diese Bild erst durch den Impact zahlreicher Meteoriten nach der konsultierenden Gravitations(druck)phase entstanden ist, sagt natürlich niemand.

MfG
WL01

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MfG
WL01

Akkretion erdähnlicher Planeten 19 Jul 2018 10:01 #37606

Ok, danke erstmal für eure Antworten, die mir vor allem eins gezeigt haben: Ich habe meine Frage nicht klar genug formuliert :)
Hier nochmal die Frage, bevor ich etwas ausführlicher erkläre, was mir klar ist (oder zu sein scheint) :
Wie ballen sich Massen von ein paar Gramm bis einige Kilogramm zu einem Körper zusammen, aus dem dann letztendlich ein gravitativ wirksames Objekt wird?

Ja, Gravitation wirkt immer, aber es braucht schon eine ganz hübsche Masse um dem Impuls der Materie in der Akkretionsscheibe stark genug entgegen zu wirken, so dass es zu mehr als bloßen Zusammenstößen kommt.

Konkret:
- Die Akkretionsscheibe (kurz Scheibe) besteht aus den Resten des Materials, das der Stern zu seiner Entstehung angezogen hatte. Der Impuls, oder vielmehr die Rotation entsteht dadurch dass sich das Gravitationszentrum nicht mehr dort befindet, wohin sich das Material bewegt sondern sich inzwischen selbst ein Stück weiter bewegt hat.
vgl einen Stein an einer Schnur, den man kreisen( (ellipsieren?) lassen will: man muss die Hand in einem kleinen Kreis bewegen um den Stein zu "schleudern". (man bewegt das Massezentrum, um die Kreisbewegung zu initiieren.
- Ist dies erstmal in Gang gesetzt, bleibt dank Impulserhaltung und der Gravitation die Bahn des Materials relativ zum Massezentrum (Stern) erhalten.
- Die Zeiträume sind enorm und die Bewegung des Materials der Scheibe wird sich über diese Zeit recht gut ausbalancieren.
- Beim "Zünden" der Fusion im Stern wird ein Teil der äußeren Hülle desselben abgestoßen, was Turbulenzen in der Scheibe bewirkt. Größere Turbulenzen bewirken, dass Material zusätzlich zu der Bahn um den Stern auch noch umeinander kreist (vergleichbar mit Planeten-Mondsystemen nur viel kleiner).
- Durch statische Aufladung ziehen sich kleine bis kleinste Partikel an und "haften" aneinander. Große Körper ziehen natürlich auf diese Weise auch Partikel an, haben aber schon sehr bald ihre Bahn und ihren Einflussbereich abgegrast.
- ab einer gewissen Größe/Masse genügt die elektromagnetische Kraft nicht mehr, um ein Aneinanderhaften zu bewirken, die Gravitation ist dazu aber auch noch zu schwach. Kollisionen bewirken hier nur ein simples Abprallen, oder sind so schwach, dass die Bewegung der Massen zueinander auf Null oder nahe Null gebremst wird.
- Die "Klümpchen" (stecknadelkopf- bis erbsengroß) ziehen nun in einer Gruppe um den Stern. Die einzelnen "Gruppen" haben relativ zueinander entweder sehr geringe Geschwindigkeiten oder ihre Bahnen sind so weit voneinander entfernt, dass Kollisionen eher selten sind, denn ihre Bahnen sollten bereits sehr stabil sein.
- Ich habe die Kalkulation jetzt gerade nicht parat, aber ich glaube ab ca einem Meter Durchmesser, ist jegliche Kollision die zu einer Form der Zusammenballung (lose oder fest) führen könnte nur noch durch "Anschubsen" möglich. Will heißen, dass Gravitation und Geschwindigkeit der "Klumpen" keine solchen Kollisionen zulassen. Die Klumpen würden entweder zerbrechen, oder einander in wiederum getrennte Bahnen schießen (Billiardeffekt). Sie ziehen sich einfach nicht stark genug an und Fremdbeschleunigung (Anschubsen oder Gravitation von anderen Objekten) hilft hier auch nicht, weil die richtige Geschwindigkeit, die richtige Richtung und ein günstiger Aufprall (an der richtigen Stelle)) einfach zu viele Möglichkeiten für Fehlschläge bieten.
- Gelegentlich könnte so ein Zusammenstoß allerdings bewirken, dass gefrorenes Gas an einem der Brocken kurzzeitig flüssig wird (Schlittschuheffekt) und beim sofortigen Gefrieren den anderen Brocken festhält. Wieder wird dies aber mit zunehmender Masse immer unwahrscheinlicher zumal es ja erforderlich ist, dass die festgefrorenen Teile dranbleiben, obwohl sie nicht sehr fest zusammenhalten. Da sich im Inneren Bereich der Scheibe auch vorwiegend feste Stoffe finden werden, wird der Anteil an Eis relativ gering sein nach einiger Zeit.

Folgende Möglichkeiten scheinen mir plausibel:
1. Gas das bei der Fusionszündung abgestoßen wurde und solches, das von diesem Vorgang in die Bereiche weiter draußen "geblasen" wurde, kondensiert und gefriert und bindet dabei auch feste Körper an sich (siehe Kometen). Durch die deutlich erhöhte Masse wird die Gravitation des Sterns die auf den "Schneeball" wirkt natürlich auch schlagartig größer und die Beschleunigung nach draußen wird gebremst. Es kommt zu einer stark exzentrischen Bahn des Objekts und auf dieser Bahn stößt es immer wieder andere Objekte an und bringt auch Gas zurück in die inneren Bereiche der Scheibe.

2. Der junge Stern "stottert" wie ein Verbrennungsmotor der lange nicht gelaufen ist und erstmal Verunreinigungen "wegbrennen" muss. Es werden immer wieder kleinere Teile der äußeren Hülle abgestoßen, die Turbulenzen in der Scheibe verursachen.

Beides könnte m.E. erklären, wie trotz der eigentlich recht gleichmäßigen Bewegung der Materie in der Scheibe soviel kinetische Energie aufgebracht wird, dass größere Körper überhaupt entstehen können. Körper die dann irgendwann schwer genug sind um kleinere Körper so stark zu beschleunigen, dass sich auch feste Stoffe verflüssigen, wenn sie mit ihnen kollidieren.
Beide Möglichkeiten schließen einander auch nicht aus, aber vielleicht gibt es ja auch noch eine ganz andere Erklärung, die mir nicht präsent ist.

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