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Katharina Jakob
Gast
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 Katharina Jakob Verfasst am: 29. Feb 2016 16:32 Titel: Gravitation und Atmosphäre |
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Guten Tag 
Ich habe eine Frage zu Gravitation und Atmosphäre.
Wie bestimme (berechne) ich die Menge an Atmosphäre (den entstehenden Druck am Boden) die ein Planet oder Mond maximal halten kann (der Sonnenwind weht nur eine bestimmte Menge weg, der Rest ist durch gravitation gebunden)?
Venus
Erde
Mars
Titan
allgemein,
die maximale Menge der Atmosphäre ist wohl auch vom Gas,
Wasserstoff (Dichte von etwa 0,0899 g/l) bis
Wolframhexafluorid (Dichte von etwa 12,4 g/l)
und den jeweiligen Gasgemischen abhängig.
würden diese Berechnungen auch für Gasriesen und Sterne geeignet sein? |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5044
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| DrStupid Verfasst am: 29. Feb 2016 17:39 Titel: Re: Gravitation und Atmosphäre |
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| Katharina Jakob hat Folgendes geschrieben: | | Wie bestimme (berechne) ich die Menge an Atmosphäre (den entstehenden Druck am Boden) die ein Planet oder Mond maximal halten kann (der Sonnenwind weht nur eine bestimmte Menge weg, der Rest ist durch gravitation gebunden)? |
Gar nicht. Die einzige Obergrenze ist die, bei der ein Gasplanet zum Stern wird. |
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Katharina Jakob
Gast
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| Katharina Jakob Verfasst am: 29. Feb 2016 18:17 Titel: |
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Gar nicht ? Venus
zum Beispiel:
Der Mars kann doch nicht die ganze Atmosphäre Venus halten sein Anziehungskraft recht doch nicht aus, er ist doch viel kleiner, er besitz doch nur eine dünne Atmosphäre gegenüberder Venus. |
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franz
Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11583
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| franz Verfasst am: 29. Feb 2016 19:24 Titel: |
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Da dürften neben der Schwerkraft zumindest noch die Temperatur und das "Material" des Planeten eine Rolle spielen, vielleicht auch Rotation oder äußere Faktoren (Sonne). Als kleine Übungsaufgabe bietet sich an, die Masse der Atmosphäre anhand des Drucks an der Oberfläche abzuschätzen. |
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Katharina Jakob
Gast
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| Katharina Jakob Verfasst am: 29. Feb 2016 21:54 Titel: |
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die Masse der Atmosphäre anhand des Drucks an der Oberfläche abzuschätzen.
den Druck könnte man über die Barometrische Höhenformel ermitteln |
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franz
Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11583
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| franz Verfasst am: 01. März 2016 00:07 Titel: |
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Gegeben: Druck an der Oberfläche, gesucht: Ungefähre Masse der Atmosphäre. |
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Katharina Jakob
Gast
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| Katharina Jakob Verfasst am: 01. März 2016 11:06 Titel: |
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Ja |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5044
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| DrStupid Verfasst am: 01. März 2016 19:56 Titel: |
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| Katharina Jakob hat Folgendes geschrieben: | | Der Mars kann doch nicht die ganze Atmosphäre Venus halten |
Der Mars kann gar meine Atmosphäre halten. Es gibt da keine Obergrenze, sondern nur ein Entweder/Oder. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18083
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| TomS Verfasst am: 01. März 2016 20:41 Titel: |
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Warum nicht?
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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
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Katharina Jakob
Gast
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| Katharina Jakob Verfasst am: 01. März 2016 23:36 Titel: |
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nur als Beispiel
wenn ich jetzt Terraforming betreibe den Mars zu einer zweiten Erde mache, bekomme ich doch nicht so ein hohen Druck wie auf der Erde hin. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18083
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| TomS Verfasst am: 01. März 2016 23:45 Titel: |
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Nur mal zur Klarstellung: zunächst mal muss man sich überlegen, ob ein Planet eine (nennenswerte) Atmosphäre entwickeln kann; anschließend stellt sich die Frage, ob er diese halten kann; bei letzterem sollte man zunächst außer acht lassen, ob die Atmosphäre durch externe Einflüsse wie Sinnenwunde nicht gehalten werden kann.
Für das Vorhandensein einer Atmosphäre sind vor allem Masse /Größe des Planeten, Oberflächentemperatur sowie die Masse der Gasteilchen relevant.
Grundlegend ist die barometrische Höhenformel. Schwierig wird's dadurch, dass die Temperatur T(h) über die Höhe h nicht konstant ist. Die bei einer Temperatur T nicht gasförmigen Stoffe tragen im wesentlichen nicht bei.
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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
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Katharina Jakob
Gast
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| Katharina Jakob Verfasst am: 02. März 2016 11:37 Titel: |
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ob ein Planet eine (nennenswerte) Atmosphäre entwickeln kann
wie, durch Vulkanissmus, ich schätze dieser ist von der größe des Planeten abhängig und den Leben auf ihm das Gase prodoziert, bei Monden von der größe des Planeten und der Entfernung zu diesem (so wie Jupiter und seine Monde) und vieleicht auch das Leben auf ihm
sagen wir mal er hat schon eine
externe Einflüsse wie Sinnenwunde erstmal außer acht lassen
Die Oberflächentemperatur ist ja von meheren Faktoren abhängig,
der Sternenklasse, der Abstand zum Stern bei Planeten, die "Schräglage", der Stärke des Magentfeldes des Planeten, dem der Druck der Atmosphäre, die zusammansetzung der Atmosphäre
dass die Temperatur T(h) über die Höhe h nicht konstant ist. Die bei einer Temperatur T nicht gasförmigen Stoffe tragen im wesentlichen nicht bei.
die Temperatur nimmt mit fallemdem Druck und steigender Höhe ab, bestimmte Gas werden Flüssig es entstehen Wolken aus den Gas
wird es dann "richtig" kompliziert |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5044
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| DrStupid Verfasst am: 02. März 2016 17:51 Titel: |
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| TomS hat Folgendes geschrieben: | | Warum nicht? |
Du hast es ja schon selbst beantwortet: Der Mars ist zu leicht und zu warm und er hat kein nennenswertes Magnetfeld. |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5044
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| DrStupid Verfasst am: 02. März 2016 17:58 Titel: |
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| Katharina Jakob hat Folgendes geschrieben: | | wenn ich jetzt Terraforming betreibe den Mars zu einer zweiten Erde mache, bekomme ich doch nicht so ein hohen Druck wie auf der Erde hin. |
Das liegt daran, dass beim Terraforming nicht genug Gas freigesetzt wird. Wenn Du Gas von außen auf den Mars schüttest, dann könntest Du dort sogar einen Druck wie auf der Venus erzeugen. Das hat aber nichts damit zu tun, ob der Mars die Atmosphäre halten kann. Wenn die zusätzliche Masse die Gravitation nicht signifikant erhöht, dann verliert er jede Atmosphäre. |
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Correon
Anmeldungsdatum: 01.03.2016
Beiträge: 11
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| Correon Verfasst am: 03. März 2016 19:25 Titel: Re: Gravitation und Atmosphäre |
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| Katharina Jakob hat Folgendes geschrieben: |
Ich habe eine Frage zu Gravitation und Atmosphäre.
Wie bestimme (berechne) ich die Menge an Atmosphäre (den entstehenden Druck am Boden) die ein Planet oder Mond maximal halten kann (der Sonnenwind weht nur eine bestimmte Menge weg, der Rest ist durch gravitation gebunden)?
Venus, Erde, Mars, Titan, allgemein,
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Die Gasmoleküle haben unterschiedliche Geschwindigkeiten, die von der Temperatur abhängen. Die Geschwindigkeitsverteilung wurde zuerst von Maxwell 1860 berechnet. Bei den einzelnen Molekülen variiert die Geschwindigkeit, sie kann kleiner oder größer als die Durchschnittsgeschwindigkeit sein. Je höher die Geschwindigkeit ist, desto weniger Moleküle erreichen diese Geschwindigkeit. Wir betrachten Moleküle mit der doppelten Durchschnittsgeschwindigkeit (in km/s):
Wasser bei 0°C: 1,2
bei 2000°K: 3,3
Wasserstoff H2 bei 0°C: 3,7
bei 6.000°K: 8,7
atomaren Wasserstoff H bei 6.000°K: 12
Die kinetische Energie der Gase ist: 1/2*m*v²
Die Energie der Gravitation, die zu überwinden ist: G*M*m/R
Durch Gleichsetzen ergibt sich die Formel für die 2. kosmische Geschwindigkeit (in km/s). Die Masse m für die Moleküle fällt heraus.
Erde: 11
Mond: 2,3
Merkur: 4,5
Mars: 5
Jupiter: 59
Sonne:600
Man sieht, dass die Schwerkraft des Mondes nicht ausreicht, um Wasser (als Gas) zu halten.
Die Erde kann keinen atomaren Wasserstoff bei glühendemZustand halten, während die Sonne das kann.
Ich hoffe die Frage ist ausreichend beantwortet.Die fehlenden Angaben für Venus usw. kann man leicht ausrechnen oder nachschlagen. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18083
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| TomS Verfasst am: 04. März 2016 01:10 Titel: |
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| DrStupid hat Folgendes geschrieben: | | Wenn die zusätzliche Masse die Gravitation nicht signifikant erhöht, dann verliert er jede Atmosphäre. |
Warum sollte das so sein?
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5044
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| DrStupid Verfasst am: 04. März 2016 20:48 Titel: |
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| TomS hat Folgendes geschrieben: | | Warum sollte das so sein? |
Weil es schon einmal passiert ist und die Gründe dafür noch immer da sind. Stellt man den ursprünglichen Zustand wieder her, wird sich der Vorgang wiederholen. Wegen der inzwischen gestiegenen Sonnenaktivität würde es diesmal sogar noch schneller gehen. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18083
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| TomS Verfasst am: 04. März 2016 22:33 Titel: |
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Worum es mir geht so, das zu präzisieren!
Wovon genau hängt das ab? Temperaturprofil? Druck? welches Gas? wie lauten die Gleichungen dafür?
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franz
Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11583
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| franz Verfasst am: 04. März 2016 23:23 Titel: |
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OT
Denkt doch ein bißchen an die Leute, welche demnächst (One Way) da hinwollen zum Schwimmen, Skifahren, Grillen, Kindermachen usw. ...
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5044
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| DrStupid Verfasst am: 05. März 2016 15:06 Titel: |
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| TomS hat Folgendes geschrieben: | | Wovon genau hängt das ab? Temperaturprofil? Druck? welches Gas? wie lauten die Gleichungen dafür? |
Wir wissen beide, dass das den Rahmen dieses Forums sprengen würde. Um den Verlust zu berechnen braucht man natürlich die Druck- und Temperaturverteilung in der Atmosphäre und da landet man schnell bei einem ausgewachsenen Klimamodell.
Wir brauchen das Ganze aber nicht im Detail durchzurechnen, weil wir das Ergebnis bereits kennen. Der Mars hatte einmal eine dichte Atmosphäre mit ausgeprägtem Wasserkreislauf und jetzt hat er sie nicht mehr. Also war er nicht in der Lage die Atmosphäre zu halten und gibt keinen Grund anzunehmen, dass sich das geändert hat.
Man könnte jetzt höchstens darüber spekulieren, was passieren würde, wenn die Atmosphäre aus Gasen mit einer hohen molaren Masse besteht. Da gibt es nicht viele Möglichkeiten. Entweder verwendet man schwere chemische Verbindungen. Die sind auf Dauer aber nicht stabil und würden in leichtere Bestandteile zerlegt werden, die entweder mit dem Boden reagieren oder ins All verschwinden. Oder man verwendet schwere Edelgase. Abgesehen von der Frage nach der Quelle für so viel Edelgas würde das aber langfristig zu einem isothermen Temperaturprofil führen und da entweichen langfristig auch schwere Atome ins All.
Ich sehe keine Möglichkeit, wie man dem Mars eine dauerhaft stabile Atmosphäre geben könnte ohne den Verlust aktiv zu verhindern oder auszugleichen. |
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Kassiopeija
Anmeldungsdatum: 26.06.2015
Beiträge: 146
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| Kassiopeija Verfasst am: 19. Mai 2016 11:37 Titel: |
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Soweit mir das bekannt ist hat der Mars erst seine Atmosphäre verloren also er sein Kern abgekühlt ist und dadurch das Magnetfeld zusammengebrochen ist - als Folge konnten die hochenergetische Sonnenwinde die Marsatmosphäre ionisieren & wegtragen. Dieser Vorgang ist aber über sehr lange Zeit passiert & ist für menschliche Maßstäbe IRRELEVANT!
Was viel schlimmer ist, ist daß die Sonnenstrahlung extrem tödlich gegenüber Leben auftritt...
Man muß also wieder den Kern erhitzen, entweder die Masse des Mars anreichern (man könnte zB Asteroiden auf ihn werfen, dabei könnte man zB auch gezielt die Polkappen abschmelzen - um (a) Wasserdampf zu gewinnen das ein prima Treibmittel ist um die Temperatur nach oben zu treiben und (b) sobald entspr. atmosphärischer Druck vorhanden ist um Meere zu haben, denn ohne flüßiges Wasser wirds eh nicht gehen.
Oder den Kern massiv mit radioaktiven Elementen anreichen usw.
vom Mars selbst kann man sicherlich große Mengen an CO2 freisetzen, evtl. indem man Industrie ansiedelt. Sobald ma CO2 & flüßiges Wasser hat kann man mit der Sauerstofferzeugung durch Moose beginnen.
Mit Ausbreitung der Atmosphäre würde zwar der solare Abtrag aufgrund der Strahlung auch zunehmen, aber sobald mal 1mrd Menschen auf dem Mars leben können die ohne weiteres alles im Nu kompensieren. |
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Kassiopeija
Anmeldungsdatum: 26.06.2015
Beiträge: 146
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| Kassiopeija Verfasst am: 19. Mai 2016 11:39 Titel: Re: Gravitation und Atmosphäre |
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| Correon hat Folgendes geschrieben: |
Wasser bei 0°C: 1,2
bei 2000°K: 3,3
Wasserstoff H2 bei 0°C: 3,7
bei 6.000°K: 8,7
atomaren Wasserstoff H bei 6.000°K: 12
Die kinetische Energie der Gase ist: 1/2*m*v²
Die Energie der Gravitation, die zu überwinden ist: G*M*m/R
Durch Gleichsetzen ergibt sich die Formel für die 2. kosmische Geschwindigkeit (in km/s). Die Masse m für die Moleküle fällt heraus.
Erde: 11
Mond: 2,3
Merkur: 4,5
Mars: 5
Jupiter: 59
Sonne:600
Man sieht, dass die Schwerkraft des Mondes nicht ausreicht, um Wasser (als Gas) zu halten. |
laut diesen Angaben müßte aber der Mars in der Lage sein, selbst erhitzes Wasser (Wasserdampf) zu halten. Ist das denn richtig? Soweit mir das bekannt ist, gibt es dort nur noch gefrorenes Wasser. |
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