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Unsere Erde - Beobachtungen, Bedrohungen & Katastrophen Vulkane, Erdbeben, Tsunamis, Wetteranomalien und -katastrophen...

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Alt 04.04.2012, 20:46   #1
Skarabäus
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Standard Sonnenwind & Co.

Die Sonne verliert seit ihrem Bestehen in jeder Sekunde Millionentonnen an Masse welche in Form von Strahlung in den Weltraum entlassen wird.

Nun liegt der Gedanke nahe, dass diese Korpuskularstrahlung auf die Erde und natürlich ebenfalls auf alle anderen Planeten trifft. Dieser ständige Sonnenwind müsste doch eigentlich dafür sorgen dass die Erde von der Sonne wegdriftet. Das Prinzip dürfte doch mit einem Photonen-Antrieb vergleichbar sein.

Parallel dazu müsste die Gravitation, durch die Massenabnahme der Sonne, zwischen beiden Himmelskörpern geringer werden was letztendlich zu einer ständigen Vergrößerung der Umlaufbahn der Erde führen müsste.

Frage an die Astronomen, gibt es derartige Messungen welche darauf hindeuten?
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Alt 05.04.2012, 02:21   #2
i On
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Zitat:
Zitat von Skarabäus Beitrag anzeigen
Die Sonne verliert seit ihrem Bestehen in jeder Sekunde Millionentonnen an Masse welche in Form von Strahlung in den Weltraum entlassen wird.

Nun liegt der Gedanke nahe, dass diese Korpuskularstrahlung auf die Erde und natürlich ebenfalls auf alle anderen Planeten trifft. Dieser ständige Sonnenwind müsste doch eigentlich dafür sorgen dass die Erde von der Sonne wegdriftet. Das Prinzip dürfte doch mit einem Photonen-Antrieb vergleichbar sein.

Parallel dazu müsste die Gravitation, durch die Massenabnahme der Sonne, zwischen beiden Himmelskörpern geringer werden was letztendlich zu einer ständigen Vergrößerung der Umlaufbahn der Erde führen müsste.

Frage an die Astronomen, gibt es derartige Messungen welche darauf hindeuten?
Nunja da Ich auch nur Laie bin, kann Ich nur Vermutungen aufstellen.

Die naheliegendste "gegenkraft" die mir gerade einfällt ist simpel:

Auf die Erde stürzen tag für tag tausende kleinere Gesteinsbrocken, warum sollte das für einen Stern mit einer Masse die 332000mal größer ist als die der Erde nicht auch der Fall sein?
Und ich wage zu vermuten dass das garnichtmal so wenig ist ;o)
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Alt 05.04.2012, 10:02   #3
MJ01
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Zitat:
Zitat von Skarabäus Beitrag anzeigen
Die Sonne verliert seit ihrem Bestehen in jeder Sekunde Millionentonnen an Masse welche in Form von Strahlung in den Weltraum entlassen wird.
Parallel dazu müsste die Gravitation, durch die Massenabnahme der Sonne, zwischen beiden Himmelskörpern geringer werden was letztendlich zu einer ständigen Vergrößerung der Umlaufbahn der Erde führen müsste.
Frage an die Astronomen, gibt es derartige Messungen welche darauf hindeuten?
Zitat:
Der Abstand zwischen Sonne und Erde nimmt pro 100 Jahre um zehn Meter zu. Darauf hat der Bremer Forscher Claus Lämmerzahl am Montag, 20. März 2006 in München bei der 70. Jahrestagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) hingewiesen. Dies hätten neuere Berechnungen mehrerer Forschergruppen ergeben, bei denen die Daten zur Beobachtung der Himmelskörper aus den vergangenen 120 Jahren noch einmal systematisch ausgewertet worden seien. Die Ursache für das Auseinanderdriften von Sonne und Erde könne mit den herkömmlichen Methoden und Kenntnissen der Gravitationsphysik nicht erklärt werden.
Quelle:

MfG

MJ
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Alt 05.04.2012, 11:06   #4
Tarlanc
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Zitat:
Zitat von i On Beitrag anzeigen
Auf die Erde stürzen tag für tag tausende kleinere Gesteinsbrocken, warum sollte das für einen Stern mit einer Masse die 332000mal größer ist als die der Erde nicht auch der Fall sein?
Das mag ja sein, aber die kämen nicht alle aus einer Richtung. Der Sonnenwind hingegen weist immer in dieselbe Richtung. Skarabäus' Vermutung kann ich gut nachvollziehen.

Die Frage ist allerdings, wie gross der Impuls der Sonnenwinde auf die Erde ist und ob dieser angesichts der Gravitationskräfte tatsächlich ins Gewicht fallen kann.

@MJ01: Danke für den Link. Scheint ein spannender Thread zu werden.
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Alt 05.04.2012, 12:31   #5
MJ01
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Zitat:
Zitat von Tarlanc Beitrag anzeigen
Das mag ja sein, aber die kämen nicht alle aus einer Richtung. Der Sonnenwind hingegen weist immer in dieselbe Richtung.
Ich denke die Argumentationslinie von i On zielt ja in die Richtung "Massenverlust der Sonne", die m.A. jedoch nur zum Teil durch mögliche "tausende kleinere Gesteinsbrocken" kompensiert würde. Und der "Sonnenwind" geht auch nicht immer in dieselbe Richtung, sondern eben in alle Richtungen, nämlich "von der Sonne weg".
Wenn man der Statistik glauben kann, dann macht die Meteoriten-Niederschlagsmenge auf die Erde (inklusive kosmischem Staub) 50.000-400.000 Tonnen/Anno aus.

Oberflächenformel: 4*Pi*r^2

Erde: Durchmesser: 12.756,32 -12.713,55 -> Φ r= 6.367,4675 ->
Oberfläche: = 509.499.002,36709530349657109759828 km2

Sonne: Durchmesser: 1,392.000 km -> Φ r =696.000 ->
Oberfläche: = 6.087.350.987.525,4131256124794286189 km2

Somit ist die Oberfläche um das 11.947,72 fache größer als die der Erde.
Bei den vermuteten 400.000 Tonnen auf die Erde ergibt sich bei einer linearen Umsetzung somit eine Massenzunahme der Sonne von 4.779.087.660,03 = 4,77908766*10^9 Tonnen pro Jahr.
Aber allein der Massenausstoss durch Energieerzeugung und -abstrahlung ergibt einen Wert von 1,5 mal 10^10 Tonnen pro Stunde, den Sonnenwind von 10^-13. Teil ihrer Masse pro Jahr gar noch nicht gerechnet.

Ich hoffe, ich habe mich nicht in einer Kommastelle geirrt, aber ich denke, rein die Verhältnismäßigkeit besagt, dass die mögliche Massenzunahme durch Gesteinsbrocken eher zu vernachlässigen ist!
Zitat:
Zitat von Tarlanc Beitrag anzeigen
Skarabäus' Vermutung kann ich gut nachvollziehen.
Die Frage ist allerdings, wie gross der Impuls der Sonnenwinde auf die Erde ist und ob dieser angesichts der Gravitationskräfte tatsächlich ins Gewicht fallen kann.

@MJ01: Danke für den Link. Scheint ein spannender Thread zu werden.
Finde ich auch, obwohl der Link bereits aus dem Jahr 2006 stammt, habe allerdings nichts aktuelleres gefunden!

MfG

MJ

Geändert von MJ01 (06.04.2012 um 07:19 Uhr).
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Alt 05.04.2012, 12:52   #6
Llewellian
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Also...

Der Effekt dürfte wohl nicht messbar sein.

Gründe:

1) Der Sonnenwind trifft nicht frontal auf auf die Erde. Er wird vom Magnetfeld umgelenkt.
2) Der Photonenstrom und deren Impuls: Da sich die Erde im thermischen Equilibrium mit der eingestrahlten Energie befindet, werden auf der Rückseite Photonen mit insgesamt derselben Energie abgestrahlt wie vorne eintreffen.
3) Sonnenwind hat auf Höhe der Erde eine Flussdichte von Etwa 1 Mio Partikel pro Quadratmeter. Die hierbei übertragene Energie würde in Milliarden Jahren nicht ausreichen. Das reicht gerade mal für etwas atmosphärische Verluste.
4) Da die Strahlung exakt senkrecht zur Umlaufbahn eintrifft, nimmt die Radialgeschwindigkeit der Erde nicht zu. Daher kann sich die Umlaufbahn nicht vergrössern.
5) Die Erde ist kein fester Körper. Auftreffender Sonnenwind beschleunigt höchstens Teilchen in der Atmosphäre, diese kinetische Energie wird in alle Richtungen dispersiert und nicht mehr in eine Richtung gerichtet.
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Alt 05.04.2012, 13:47   #7
Sakslane
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Den wesentlichen Punkt hat Llewellian schon genannt:

Zitat:
Zitat von Llewellian Beitrag anzeigen
4) Da die Strahlung exakt senkrecht zur Umlaufbahn eintrifft, nimmt die Radialgeschwindigkeit der Erde nicht zu. Daher kann sich die Umlaufbahn nicht vergrössern.
Allerdings würde ich eher denken, dass es hier die Azimutalgeschwindigkeit sein müsste, also die Geschwindigkeit entlang der Kreisbahn... Radial wäre ja senkrecht zur Kreisbahn, und die Kraft wirkt ja gerade in radialer Richtung.

Genau wie die Schwerkraft der Sonne übt der Sonnenwind eine Zentralkraft auf die Erde aus, d.h. die Kraft wirkt entlang der Verbindungslinie aus Erde und Sonne. Damit gleicht sie einen (sehr kleinen) Teil der Schwerkraft der Sonne aus. Der Rest der solaren Schwerkraft ist dann die Zentripetalkraft, die die Erde auf ihrer Umlaufbahn hält. Das ganze System ist im Gleichgewicht.

Mathematisch kann man es sich auch dadurch verdeutlichen, dass eine Zentralkraft kein Drehmoment (bezüglich der Sonne) ausübt. Die Erde wird also nicht entlang ihrer Bewegungsrichtung beschleunigt oder abgebremst (deshalb auch meine Anmerkung zur Azimutalgeschwindigkeit), ihr Bahndrehimpuls ist eine Konstante. (Das wusste schon Kepler - der "Strahl zwischen Planet und Sonne überstreicht in gleichen Zeiten gleiche Flächen".) Da es aber eine feste Beziehung zwischen Drehimpuls, potentieller und kinetischer Energie sowie dem Radius der Umlaufbahn gibt, kann sich dann auch der Bahnradius nicht verändern.
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Alt 05.04.2012, 14:37   #8
Skarabäus
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Zitat:
Zitat von Llewellian Beitrag anzeigen
Also...

Der Effekt dürfte wohl nicht messbar sein.

Gründe:

1) Der Sonnenwind trifft nicht frontal auf auf die Erde. Er wird vom Magnetfeld umgelenkt.
2) Der Photonenstrom und deren Impuls: Da sich die Erde im thermischen Equilibrium mit der eingestrahlten Energie befindet, werden auf der Rückseite Photonen mit insgesamt derselben Energie abgestrahlt wie vorne eintreffen.
3) Sonnenwind hat auf Höhe der Erde eine Flussdichte von Etwa 1 Mio Partikel pro Quadratmeter. Die hierbei übertragene Energie würde in Milliarden Jahren nicht ausreichen. Das reicht gerade mal für etwas atmosphärische Verluste.
4) Da die Strahlung exakt senkrecht zur Umlaufbahn eintrifft, nimmt die Radialgeschwindigkeit der Erde nicht zu. Daher kann sich die Umlaufbahn nicht vergrössern.
5) Die Erde ist kein fester Körper. Auftreffender Sonnenwind beschleunigt höchstens Teilchen in der Atmosphäre, diese kinetische Energie wird in alle Richtungen dispersiert und nicht mehr in eine Richtung gerichtet.
Alles schön und gut, wie ist es aber bei Planeten welche keine bzw. fast keine Atmosphäre oder Magnetfeld besitzen, wie z.B. Merkur oder Mars. Die Bahnen der Planeten müssen sich ja mal stabilisiert haben.

Könnte es nicht so sein dass der Strahlungsdruck welcher von der Sonne ausgeht eine Koalition mit der Gravitation eingeht? Wenn dem nicht so wäre, dann müssten sich ja alle Planeten auf einem spiralförmigen Kollisionskurs in Richtung Sonne befinden, denn die Umlaufgeschwindigkeit der Planeten um ihren Zentralstern müsste sich doch auch ändern in dem sie langsamer wird.

Das würde bedeuten dass der Abstand zur Sonne sich verringern müsste. Welche Kraft hält eigentlich die Umlaufbahnen stabil oder ist dem nicht so? Ein Planetensystem ist doch kein Perpetuum mobile.
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Alt 05.04.2012, 19:04   #9
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Also wenn man unser Sonnensystem als "stabil" ansieht (die in meinem Link genannten 10 Meter/100 Jahren einmal vernachlässigend), bedeutet, dass das System nur deshalb stabil ist, weil Gravitation UND Strahlungsdruck auf die einzelnen Planeten wirken.
Zitat:
Genau wie die Schwerkraft der Sonne übt der Sonnenwind eine Zentralkraft auf die Erde aus, d.h. die Kraft wirkt entlang der Verbindungslinie aus Erde und Sonne. Damit gleicht sie einen (sehr kleinen) Teil der Schwerkraft der Sonne aus.
Das würde jedoch bedeuten, dass das System OHNE Strahlungsdruck instabil wäre. Das würde aber das keplersche/newtonsche Gesetz ad absurdum führen, oder aber es stimmt dann eben nicht (weil der Strahlungsdruck ja nicht berücksichtigt wird). Wie ist dann das Verhältnis zwischen Erde und Mond? Da gibt es nämlich keinen Strahlungsdruck. Oder wie wirkt sich der Strahlungsdruck der Sonne auf einen Planeten ohne oder mit keinem nennenswertes/n Magnetfeld (Mars, Venus) aus?
Also sind die Bedenken von Skarabäus nicht ganz unbegründet!

Oder ist der Strahlungsdruck so gering, dass er vernachlässigbar ist?

MfG

MJ
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Alt 06.04.2012, 00:12   #10
Sakslane
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Das System wäre sowohl mit als auch ohne Strahlungsdruck stabil. Um das zu zeigen, kommt man aber leider nicht ganz ohne ein wenig Mathe aus...

Da ist zunächst einmal die Schwerkraft der Sonne, deren Betrag ist GMm/r², wobei G die Newton-Konstante ist, M die Masse der Sonne, m die Masse der Erde und r der Abstand zwischen beiden. Diese Kraft weist zur Sonne hin. Dann ist da noch die Kraft durch den Strahlungsdruck. Deren Betrag ist LA/4πcr², wobei L die "Leuchtkraft" (d.h. die Strahlungsleistung) der Sonne, A die effektive Querschnittsfläche der Erde (inkl. ihres Magnetfeldes), c die Lichtgeschwindigkeit und r wieder der Abstand zwischen Erde und Sonne sind. Diese Kraft zeigt von der Sonne weg.

Betrachten wir nun die gesamte, zur Sonne gerichtete Kraft. Deren Betrag ist gerade die Differenz der obigen Beträge, also:

F = GMm/r² - LA/4πcr² = (GMm - LA/4πc)/r²

Wie man sieht, bekommt man auch hier wieder eine 1/r² Abhängigkeit, genau wie beim Newtonschen Gravitationsfeld ohne den Strahlungsdruck. Der einzige Effekt des Strahlungsdrucks ist es, dass die Konstante vor dem 1/r² etwas kleiner ist. Der Effekt ist also genau der gleiche, als wenn die Sonne ein kleines Bisschen leichter wäre (also M etwas kleiner wäre). Und auch um einen etwas leichteren Stern würde sich natürlich eine genau so stabile Kepler-Bahn einstellen wie um einen etwas schwereren - nur eben mit etwas anderen Bahnparametern, weil ja die Zentripetalkraft eine etwas andere wäre. Aber ob diese Kraft nun ein Bisschen größer oder kleiner ist, ändert eben nur diese Parameter, aber nicht die Stabilität der Umlaufbahn.
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