Planetologie extrasolarer Planeten
Aus einer Rezension...
Rundum-Sorglos-Paket in Sachen Exoplaneten
Schon der Titel deutet es an: Dem Leser von "Planetologie extrasolarer Planeten" erwartet keine seichte populärwissenschaftliche Lektüre, sondern ein richtiges Lehrbuch. Es ist das erste Lehrbuch über Exoplaneten in deutscher Sprache und richtet sich an Oberstufenschüler, Lehrer, Studenten und interessierte Amateure,
die sich auf durchaus anspruchsvollem Niveau mit diesem Themengebiet auseinandersetzen wollen. So sind in diesem Buch nicht nur Formeln keine Seltenheit – wobei die Mathematik bisweilen auch Abiturienten fordern dürfte – auch aus Fachpublikationen übernommene Grafiken und direkte Verweise auf entsprechende Literatur sind allgegenwärtig.
Auf insgesamt 673 Seiten betrachtet Autor Mathias Scholz die verschiedenen Aspekte der Exoplanetenforschung. Eine 18-seitige Einleitung beginnt mit den Überlegungen antiker griechischer Philosophen die wichtigsten Meilensteine auf dem Weg zu unserem heutigen Kenntnisstand über die fremden Welten und fasst ihre Eigenschaften mit Schwerpunkt auf den Entwicklungen der letzten 20 Jahre zusammen.
Nach einem kurzen Abschnitt zur Definition des Begriffs Planet steigt man direkt in das 200 Seiten umfassende Kapitel über die verschiedenen Nachweismethoden extrasolarer Planeten ein. Am ausführlichsten werden dabei mit Radialgeschwindigkeits- und Transitmethode auf 30 beziehungsweise 60 Seiten die bislang auch am erfolgreichsten Verfahren detailliert dargestellt. Aber auch direkte Beobachtung, Astrometrie, Mikrogravitationslinsen und Timing kommen nicht zu kurz. Scholz erläutert nicht nur zu jeder Methode die physikalischen Grundprinzipien und leitet alle relevanten Gleichungen her, viele weiterführende Ansätze wie der Rossiter-McLaughlin-Effekt oder die Spektrofotometrie werden behandelt und anhand von Beispielen präsentiert. Nebenbei lernt der Leser so auch die damals wie heute eingesetzten Observatorien und Instrumente kennen.
Kapitel 4 widmet sich auf rund 60 Seiten der Charakterisierung der bekannten Exoplaneten und ihrer Muttersterne und gibt einen Überblick über die bislang gesammelten Erkenntnisse hinsichtlich der statistischen Verteilungen von Eigenschaften wie Bahnparametern, Masse und Häufigkeit. Der nun folgende Abschnitt behandelt separat Gasriesen und ihre nahen Verwandten, die Braunen Zwerge. Außerdem werden Gesteinsplaneten vorgestellt. Bei beiden Objektklassen wird die Herangehensweise augehend von Beobachtungsdaten bis hin zur Modellierung von innerem Aufbau und Atmosphärenstruktur dargestellt. Das Buch ist somit also in der Tat im Bereich der Planetologie angekommen. Da Vertreter dieser Fachrichtung sich zumeist eher mit den Planeten unseres Sonnensystems auseinandersetzen und primär aus den Geowissenschaften kommen, gelingt dem Buch an dieser Stelle eine hervorragende interdisiplinäre Verknüpfung: Es trägt grundlegende Erkenntnisse aus Bereichen wie Mineralogie, Seismologie oder Atmosphärenchemie zusammen, die für die Planeten unseres Sonnensystems und natürlich insbesondere die Erde gewonnen werden konnten, und ordnet sie in den Kontext der Vielfalt der Exoplaneten ein.
Das letzte große Kapitel behandelt auf noch einmal gut 150 Seiten die Entstehung von Sternen und Planetensystemen, so dass sämtliche relevanten Aspekte des Themenkomplexes extrasolarer Planeten detailliert abgedeckt werden. Zum Abschluss betrachtet Scholz noch kurz und knapp die Drake-Gleichung und damit die Frage des Für und Wider der Suche nach außerirdischem Leben – mit einem entsprechend ausfallendem Fazit.
Abgerundet wird das Buch durch ein ausführliches Literatur- und Quellenverzeichnis und ein Glossar. Nur der Verweis auf das unsägliche Exoplaneten-Buch von Sven Piper unter der Überschrift »Weiterführende Literatur« erscheint fast schon wie Satire.
Wer mit einem so umfangreichen Werk wie »Planetologie extrasolarer Planeten« gearbeitet hat, wird das Pipersche Bändchen keines Blicks mehr würdigen. Im Gegenteil, auch der weniger anspruchsvollen Zielgruppe jenes Buchs sollte besser die »Planetologie extrasolarer Planeten« ans Herz gelegt werden, denn Scholz schreibt nicht nur mit Sachkenntnis, sondern auch in einem angenehm lesbaren Stil, der es fast überall erlaubt, die mathematisch-physikalischen Betrachtungen zu überspringen, ohne inhaltlich den Anschluss zu verlieren.
So könnte diese Rezension enden – dennoch möchte ich gerne auf die bemerkenswerte Vorgeschichte dieses Werks hinweisen, denn es ist nicht das einzige, was es von diesem Autor zu lesen gibt. Mathias Scholz ist zwar kein Profiastronom, aber als Physiker mit dem notwendigen Hintergrundwissen ausgestattet und zudem mit dem aktuellen Stand der astronomischen Forschung bestens vertraut.
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Als Schlußfolgerung bleibt daher nur zu wünschen, dass der Autor die Möglichkeit erhält, das Buch auch in zukünftigen Auflagen weiterhin aktuell zu halten und womöglich weitere astronomische Themen für den regulären Buchmarkt aufzuarbeiten
Dr. Carolin Liefke, Haus der Astronomie Heidelberg
Klappentext...
Als im Jahre 1995 die Schweizer Astronomen Michel Mayor und Didier Queloz die Entdeckung des ersten extrasolaren Planeten um einen sonnenähnlichen Stern bekanntgaben, konnte noch niemand ahnen, daß sich daraus in den folgenden knapp zwei Jahrzehnten eine neue, nicht nur in ihrer Entwicklung atemberaubende neue Disziplin der Astronomie entwickeln würde. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt (2013) findet man in den Katalogen der Astronomen mittlerweile fast 1000 bestätigte und über 3500 „Exoplanetenkandidaten“ – insbesondere Dank der unerwartet erfolgreichen Mission des leider im Frühjahr 2013 ausgefallenen Kepler-Weltraumteleskops. Es zeigt sich immer mehr, daß Planetensysteme im Kosmos etwas ganz normales sind, die ihrer Natur gemäß eine riesige Formenvielfalt aufweisen. „Heiße Jupiter“, Super-Erden und Pulsarplaneten benennen Objekte, die in unserem Sonnensystem völlig unbekannt sind. Diese exotischen Welten, von denen man meist nur ein paar wenige Parameter kennt, regen nicht nur die Phantasie an, sondern sie befeuern auch die Hoffnung, über kurz oder lang in den Weiten der Milchstraße auch einmal einen Pendanten unseres blauen Planeten zu finden.
In diesem Buch werden die wichtigsten Methoden und Erkenntnisse der Exoplanetenforschung so vorgestellt, daß der Leser einen profunden Überblick über diesen neuen Zweig der astronomischen Forschung erhält und in die Lage versetzt wird, die entsprechende Fachliteratur mit Gewinn zu verfolgen. Themen sind die verschiedenen Nachweis- und Beobachtungsmethoden von Exoplaneten, ihre Statistik und Klassifizierung, ihr physischer Aufbau sowie ihre Entstehung, wie er sich den Astronomen aus Beobachtungen und theoretischen Überlegungen erschließt.
Das Buch wendet sich an interessierte Studenten der Natur- und Ingenieurwissenschaften, an Abiturienten, Dozenten, Lehrer und nicht zuletzt an Amateurastronomen, die das Wissen über diesen faszinierenden Gegenstand der Forschung mit großer Begeisterung vielen Menschen nahebringen.
Leseprobe
Die "10% Edition" als Leseprobe
Ausführliches Inhaltsverzeichnis
1. Eine kurze Geschichte der Exoplanetenforschung
2. Was ist ein Planet?
3. Nachweismethoden von Exoplaneten
Ist es schwierig, Exoplaneten zu entdecken?
Direkte Beobachtung
Kameras zur direkten Beobachtung von Exoplaneten
Beispiele für direkt beobachtete Exoplaneten
Astrometrie
Astrometrische und wahre Bahn
Relative und absolute Bahnen
Methoden der astrometrischen Positionsbestimmung
HD 176051b - der erste durch Astrometrie entdeckte Exoplanet
Radialgeschwindigkeitsmethode
Dopplereffekt
Messung der Doppler-Verschiebung
Radialgeschwindigkeitskurve
Beispiele für mit der Radialgeschwindigkeitsmethode entdeckte Exoplaneten
Transitmethode
Transitgeometrie und Transit-Lichtkurve
Spektralfotometrie und IR-Spektroskopie
Nachweis von Multiplanetensystemen unter Ausnutzung des Phaseneffekts
Transitplaneten-Surveys
Beispiele für mit der Transitmethode entdeckter Exoplaneten
Gravitational Microlensing
Physik des Gravitationslinseneffekts
Gravitationslinseneffekt und Exoplaneten
Gravitationslinsen-Surveys
Beispiele für mit Gravitational Microlensing entdeckter Exoplaneten
Timing-Verfahren
Funtionsweise der Timing-Methode
Weitere für die Timing-Methode geeignete stellare Objekte
Beispiele von mit der Timing-Methode entdeckte Exoplaneten
Sternbedeckungen durch den Mond
Methode
4. Statistik, Klassifikation und Diversität von Exoplaneten
Bahnparameter
Verteilung der Bahnparameter
Entwicklung der Bahnparameter - Systemstabilität
Masseverteilung
Masse- und Dichteverteilung
Planeten und ihre Muttersterne
Auswahleffekte bezüglich Sterntyp
Zusammensetzung der Sternatmosphäre und Präsenz von Planeten
Exoplanetenfamilien
Vergleichende Planetologie
Klassifikationsmerkmale
Heuristisches Klassifikationsschema
Einteilung nach der mittleren Dichte
Taxonomie von extrasolaren Planeten
Häufigkeit von Exoplaneten in der Milchstraße
5. Physischer Aufbau extrasolarer Planeten
Braune Zwerge und Gasplaneten
Ab wann wird ein Stern zum Gasplaneten?
Innerer Aufbau von Gasplaneten
Atmosphären von Gasplaneten
Einstrahlungseffekte bei hot jupiters
Dynamik der Atmosphären heißer Jupiter
Super-Erden und "erdähnliche" Planeten
Vielfalt im inneren Aufbau
Fallbeispiel: Innerer Aufbau des Planeten Erde
Fallbeispiel: Innerer Aufbau von CoRoT-7b
Fallbeispiel: Innerer Aufbau von GJ 1214b
Terrestrische Exoplaneten - Horte des Lebens?
6. Planetrenkosmogonie
Eine kurze Geschichte der Planetenkosmogonie
Entstehung massearmer Sterne in Molekülwolken
Interstellare Materie und Molekülwolken
Instabilitäten und Gravitationskollaps einer Molekülwolke
Protoplanetare Scheiben - Beobachtungen
Klassifikation junger stellarer Objekte
Entstehung einer protoplanetaren Scheibe
Objekte mit bipolaren Ausflüssen
Proplyds im Orionnebel
Protoplanetare Scheiben im Sternkoronografen
Strukturen in protoplanetaren Scheiben
Aufbau protoplanetarer Scheiben
Protoplanetare Scheiben - Theorie und Modellierung
Modellierung der Gas- und Staubscheibe
Vom Staub zum Protoplaneten
Interstellarer Staub
Staub in protoplanetaren Scheiben
Staubwachstum, Planetesimalbildung, Planetenentstehung
Entstehung des Sonnensystems
Was sollte eine Theorie des Ursprungs des Sonnensystems erklären können?
Beobachtungsmaterial in Bezug auf die Entstehung des Sonnensystems
Ableitung einer Chronologie des frühen Sonnensystems
Suche nach dem Geburtsort der Sonne
7. Epilog: SETI - die Suche nach außerirdischen Zivilisationen
Literatur und Sachverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
Eine kurze Geschichte der Erforschung der Sterne
Was kann man an Sternen beobachten?
Sternhelligkeiten
Sterndurchmesser
Sternmassen
Sternspektren
Korrelationen
Analyse des Schwingungsverhaltens von Sonne und Sternen
Sternspektren und Sternatmosphären
Physikalische Grundlagen der Spektroskopie
Strahlungstransport in Spektrallinien
Quantitative Spektralanalyse
Photosphärenmodelle
Innerer Aufbau von Sternen
Sterne im hydrostatischen Gleichgewicht und Virialtheorem
Energiehaushalt und Leuchtkraft
Energietransport
Zustandsgleichungen
Statische Sternmodelle
Nukleare Energieerzeugungsprozesse und Elementesynthese
Bindungsenergie und Massendefekt
Nukleare Reaktionsraten
Wichtige nukleare Brennphasen im Laufe der Sternentwicklung
Evolution der Sterne
Evolutionäre Sternmodelle
Sternentstehung
Hauptreihen- und Nachhauptreihenentwicklung
Endstadien der Sternentwicklung
Weiße Zwerge
Neutronensterne
Quarkmaterie und (mehr oder weniger seltsame) Quarksterne
Stellare Schwarze Löcher
Literatur- und Sachverzeichnis
Ich hätte das Buch lieber als "Echtes Buch"
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