Freitag, 27. April 2007

Meteorologie Klimawandel

Das Jahr 2007:
Ein trockener April, wie schon lange nicht mehr,
aber seit 100 Jahren mehr Regen in Deutschland !

Der April 2007 ist in Deutschland extrem trocken.

Das bewirkt, daß von den Medien und teilweise auch von Klima-Forschern in Artikeln und Interviews in der Öffentlichkeit der Eindruck erweckt wird, dieser April sei der vorläufige Höhepunkt eines in Mitteleuropa und insbesondere in Deutschland anhaltenden Trends zu weniger Niederschlägen in den letzten 100 Jahren.

Nach Veröffentlichungen des Deutschen Wetterdienstes ist das genaue Gegenteil richtig: Innerhalb der vergangenen 100 Jahre (1901-2000) hat der Niederschlag im Flächenmittel aller 16 Bundesländer um 66 Liter/m2 (entsprechend fast 10% im Laufe der 20. Jahrhunderts) zugenommen (Quelle: Deutscher Wetterdienst, Offenbach a.M., Jahresbericht 2001, S.41; vgl. Tabelle).


Tabelle durch Anklicken vergrössern!

Dabei weisen die Jahreszeiten Herbst (+17mm/+9%), Winter (+33mm/+21%) und Frühling (+22mm/+14%) alle eine deutliche Zunahme an Niederschlägen auf, lediglich für den Sommer ergaben die Messungen eine geringfügige Abnahme von 7mm/3%.

Außerdem wird von Medien und etlichen "Klima-Experten" vermittelt, dieser April sei wegen seiner Trockenheit ein Signal einer beginnenden "Klima-Katastrophe". Dabei wird nicht berücksichtigt, daß selbst in Deutschland mit seinem weltweit überdurchschnittlich guten meteorologischen Meßnetz kaum über mehr als 100 Jahre flächendeckende zuverlässige Niederschlags-Messungen vorliegen. Das deckt gerade mal ein Prozent des Zeitraumes der jüngeren Klima-Geschichte seit Ende der letzten Eiszeit vor ca. 10.000 Jahren ab. Man kann folglich davon auszugehen, daß es in Mitteleuropa und somit auch auf dem Gebiet des heutigen Deutschland sogar in näherer Klima-Vergangenheit schon noch extremere April-Monate bezüglich Trockenheit und Wärme gegeben hat.

Derzeit wird die trocken-warme Witterung verursacht durch eine sogenannte "Omega-Wetterlage", bei der ein Hochdruckgebiet von jeweils einem östlich und einem westlich liegenden Tief eingekeilt und stabilisiert wird. Dabei hat die Höhenströmung (Jetstream) die Gestalt eines griechischen "Omega-Buchstaben".




Eine Omega-Wetterlage wird durch Veränderungen des Jetstreams ausgelöst
Die Omega Formation Ω ist rechts unten gut zu erkennen (Quelle: Wikiservice.at).

Eine solche zu ständiger Regeneration neigende Wetterlage hat erhebliche Zeiträume dieses April-Monats bestimmt, und sie soll nach den Prognosen der Wetterdienste über den 26.des Monats hinaus weiter anhalten. Blockierende Wetterlagen dieser Art sind den Meteorologen seit mehr als 100 Jahren gut bekannt, und daher meteorologisch keineswegs eine Besonderheit des derzeitigen weltweiten Erwärmungs-Trends.

Wieder einmal wird einer ohnehin schon verunsicherten Öffentlichkeit ein Katastrophen-Szenario vermittelt, das ausgehend von einem einzigen extremen Witterungsereignis wie dem diesjährigen April in die weitere Zukunft projiziert wird.


Diplom-Meteorologe Klaus-Eckart Puls

Jahrgang 1939,Schule und Abitur in Mecklenburg ; ab 1960 Studium der Naturwissenschaften in Rostock und Westberlin.1968 Diplom in Meteorologie an der FU Berlin, dort 1969/70 Wissenschaftlicher Angestellter mit dem Forschungs-Schwerpunkt Atmosphärisches Ozon. Ab 1970 Deutschen Wetterdienst:1971-1978 Seewetteramt Hamburg (Arbeitsschwerpunkte: Seewetterdienst, Schiffsrouten-Beratungsdienst, ab 1975 Leiter der Gruppe Laderaum-/Schiffsraum-Meteorologie.10 Seereisen als Bordmeteorologe auf Fischereischutzbooten, Forschungsschiffen und Handelsschiffen.1976-1978 Mitarbeit im Normen-Ausschuß "Technoklimate" (DIN 50 019).1978-1984 Leiter der Agrarmeteorlogischen Beratungs- und Forschungsstelle Bonn.Aufbau eines zeitkritischen Beratungssystems mit den Landwirtschaftskammern: Regionale Telefonansagen, Bildschirmtext, Wochenberichte;Lehrauftrag im Fach "Agrarmeteorologie" an der Universität Bonn.1983 Mitbegründer der Stiftung Deutscher Pollen-Informationsdienst, 10 Jahre Vorstands-Mitglied.1984-2000: Leiter des Wetteramtes Essen.Nach der deutschen Wiedervereinigung zusätzlich (1990/91) Aufbau und Leitung des Wetteramtes Leipzig.Seit 1966 über 150 wissenschaftliche und populär-wissenschaftliche Veröffentlichungen zu: Wetter, Klima, Ozon, Schiffsraummeteorologie, Agrarmeteorologie, Pollenflug/Allergologie, Wissenschaftsgeschichte, Kalendergeschichte...

Literatur:
Die Entstehung des Jetstreams wird beschrieben in dem Beitrag
"Die Wettermaschine"auf diesem Blog...
http://weltenwetter.blogspot.com/2006_12_01_archive.html

Mittwoch, 25. April 2007

Astronomie Exoplaneten Analyse

Wie lebensfreundlich ist die 2.Erde wirklich?

Die gestern bekannt gegebene Entdeckung des ersten scheinbar wirklich erdähnlichen extrasolaren Planeten bei dem nur rund 20 Lichtjahre entfernten roten Zwergstern Gliese 581 im Sternbild Waage hat eine rege Diskussion ausgelöst. Dabei wird immer wieder die Frage aufgeworfen, ob dieser Planet wirklich lebensfreundliche Bedingungen bieten kann. So wird darauf verwiesen, dass der Planet wegen seiner großen Nähe zu seinem Stern durch die dadurch auftretenden enormen Gezeitenkräfte nur eine gebundene Rotation haben kann. Ein Planet mit gebundener Rotation dreht sich in genau derselben Zeit um seine eigene Achse, die er für einen Umlauf um seinen Stern benötigt. Mit anderen Worten: Ein Tag und ein Jahr des Planeten sind identisch, er wendet immer dieselbe Seite seinem Stern zu, einen Wechsel zwischen Tag und Nacht gibt also nicht. Die Tagseite soll sich dadurch extrem aufheizen, so dass alles Wasser verdampft; die Nachtseite soll hingegen bitterkalt sein und alles Wasser gefrieren. Das wären in der Tat wenig angenehme Lebensbedingungen, und die Hoffnung eine 2.Erde entdeckt zu haben müsste wohl (vorerst) wieder begraben werden.
Ich will nun versuchen, eine Vorstellung darüber zu entwickeln, wie es um die klimatischen Verhältnisse auf dem neu entdeckten Planeten wirklich stehen könnte. Ist er bei näherer Betrachtung, entgegen den ersten beinahe überschwänglichen Meldungen, leider doch eine eher lebensfeindliche Welt, oder ist an der Sache mit der 2.Erde am Ende doch etwas dran?
Der neu entdeckte Planet umkreist einen sehr leuchtschwachen roten Zwergstern (Spektralklasse M), der nur 1/50 soviel energiereiche Strahlung wie unsere Sonne abgibt.







Das Hertzsprung-Russel Diagramm setzt Oberflächentemperatur
und Leuchtkraft der Sterne zueinander in Beziehung Man erkennt
die wesentlich höhere Leuchkraft der sonnenähnlicher Sterne, die
in der Mitte der Hauptreihe liegen, im Vergleich zu den roten
Zwerdsternen, die fast ganz am unteren Ende der hauptreihe zu
finden sind. (Quelle: Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik)

Deshalb liegt die so genannte bewohnbare Zone, also der Abstand, wo sich flüssiges Wasser auf einem möglichen Planeten halten kann, in so großer Nähe zu dem roten Zwergstern. Genau dort aber wurde der neu entdeckte Planet ja gefunden. Aus diesem Grunde ist eine gebundene Rotation in der Tat sehr wahrscheinlich.
Wie wirkt sich dies nun auf sein Klima aus? Die Tagseite des Planeten wird ständig von dem roten Zwergstern erwärmt und deshalb mit Sicherheit (zunächst einmal) deutlich wärmer als die Nachtseite, die keinen einzigen Lichtstrahl abbekommt.
Die Tagseite hat die Mitte des Äquators die höchsten Temperaturen, da hier das Licht genau senkrecht einfällt. In diesem Bereich erwärmt die besonders stark erhitzte Planetenoberfläche die darüber befindlichen Luftschichten von unten her. Es entstehen kräftige Aufwinde, die stark erwärmte Luft steigt also auf, kühlt dabei ab, und es bildet sich dadurch eine starke Quellbewölkung (Cumulus- und Cumulunimbuswolken) und es fällt viel Regen, natürlich immer unter der Voraussetzung, das genügend Wasser auf dem Planeten vorhanden ist Auf der Tagseite ergibt sich so in der Mitte des Äquators, wegen der dort unten fehlenden Luft eine im Idealfall kreisförmigeTiefdruckzone. Ausserhalb davon beginnt die inzwischen abgekühlte Luft wieder abzusinken, und am Boden entstehen jeweils um das Tiefdruckgebiet kreisförmig herum angeordnete Hochdruckzonen die praktisch wolkenfrei sind, da sich die absinkende Luft wieder erwärmt, so dass sich vielleicht noch vorhandene Wolkenreste rasch auflösen. Von diesen trockenen und heißen Hochdruckzonen strömt die Luft wieder zurück in Richtung der Tiefdruckzone am Äquator (Hadley-Zelle).Ein Teil der Luft strömt aber in die entgegen gesetzten Richtungen nach aussen. Es schließen sich jeweils eine oder mehrere weitere, wiederum kreisförmig angeordnete Luftzirkulationszellen an. Dann strömt die warme Luft im in Richtung der Tag- und Nacht-Grenze.
Auf der Nachtseite ist die Luft über der der Mitte der Äquatorregion am kältesten. Es entsteht ein keisförmiges Hochdruckgebiet, von dem sich die kalte Luft nach aussen in Richtung Tag- und Nacht-Grenze bodennah fortbewegt.
An der Grenze zwischen Tag und Nacht prallen die Warmluft von der Tagseite und die Kaltluft frontal zusammen, da es wegen der fehlenden Eigenrotation des Planeten keine ablenkenden Corioliskräfte wie auf der Erde gibt. Die kalte Luft drückt die warme Luft gewaltig nach oben und es entstehen Tiefdruckgebiete mit starker Gewitterwolkenbldung, die vielleicht eine wirbelsturmähnliche Form annehmen (Superzellen).Wie kommen aber die Wirbel trotz fehlender Corioliskraft zustande? Durch die der Äquatormitte auf der Tagseite zur Äquatormitte auf der Nachtseite hin abnehmende Erwärmung der Luftschichten bekommen diese eine immer geringere Ausdehnung nach oben. In großer Höhe herrscht im Bereich der wärmeren Luft deshalb ein höherer Luftdruck als bei der kälteren Luft. Es entsteht ein ständig anhaltender, kräftiger Höhenwind in Richtung des Druckgefälles, also von der Äquatormitte auf der Tagseite zur Äquatormitte auf der Nachtseite hin. Das Luftdruckgefälle ist natürlich an der Tag- und Nacht-Grenze ganz besonders groß und die Höhenwinde deshalb hier besonders ausgeprägt. Sie üben starke Scherkräfte auf die darunter aufsteigende, von der Kaltluft hoch gedrückte Warmluft aus, die deshalb auch ohne Corioliskraft Wirbelstrukturen ausbilden kann. Infolge der starken Wirbelbildung an der Tag- und Nacht-Grenze kommt es zu einer intensiven Durchmischung von warmer und kalter Luft.




Hypothetisches Schema der globalen Luftzirkulation in der Atmosphäre
des erdähnlichen extrasolaren Planeten bei Gliese 581
(H=Hochdruckzone, T=Tiefdruckzone,HW=Höhenwind, HZ=Hadley-Zelle,
SZ=Superzelle, Cb=Cumulunimbuswolke, Ci=Cirruswolke)

Der Temperaturgegensatz zwischen Tag- und Nachtseite wird also deutlich abgemildert, so dass die Bedingungen auf dem Planeten trotz seiner gebundenen Rotation doch noch recht angenehm sein könnten. Wasser könnte also auf großen Teilen der Planetenoberfläche in flüssiger Form vorkommen. Nur in der Äquatorregion auf der Nachtseite ist es vielleicht gefroren.
Der extrasolare Planet bei Gliese 581 darf daher meines Erachtens weiterhin als aussichtsreicher Kandidat, vielleicht sogar für höher entwickeltes, außerirdisches Leben gehandelt werden.

Hedda Heuer
Jens Christian Heuer


Quellen und Literatur:

Artikel in Telepolis über den neuen Exoplaneten mit Einwänden gegen Erdähnlichkeit
http://www.heise.de/tp/r4/artikel/25/25144/1.html

Artikel in Telepolis über mögliches Leben auf Planeten um rote Zwerge
http://www.heise.de/tp/r4/artikel/21/21924/1.html

Diskussion im Forum von astronomie.de
http://forum.astronomie.de/phpapps/ubbthreads/showflat.php/Cat/0/Number/511645/an/0/page/0#511645
Diskussion im Forum von astronews.com
http://www.astronews.com/forum/showthread.php?t=1415

CENAP Newsticker vom 25.4.2007
http://cenap.alien.de/cenapnews/

Die Wettermaschine
http://weltenwetter.blogspot.com/2006_12_01_archive.html

Dienstag, 24. April 2007

Astronomie Exoplaneten

Zweite Erde entdeckt ?

Einem europäisches Wissenschaftlerteam um Prof. Stéphane Udry (Genf) am European Southern Observatory (ESO, Europäische Südsternwarte) in La Scilla, Chile ist eine äußerst bemerkenswerte Entdeckung gelungen. Sie fanden den ersten, anscheinend wirklich erdähnlichen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems. Er umkreist in nur 13 Tagen den 20,5 Lichtjahre entfernten roten Zwergstern Gliese 581 im Sternbild Waage. Trotz seiner engen Umlaufbahn - die Erde benötigt für einen Umlauf um die Sonne immerhin 365 Tage- bietet der Planet, der etwa den 1,5 fachen Durchmesser und die 4,8-fache Masse der Erde hat, höchstwahrscheinlich lebensfreundliche Bedingungen, denn Gliese 581 hat als roter Zwergstern, verglichen mit der Sonne, eine nur sehr geringe Leuchtkraft. Nach Berechnungen der Wissenschaftler ist der neu entdeckte Planet felsig und wohlmöglich teilweise oder ganz von einem Ozean bedeckt. Die Oberflächentemperaturen könnten danach zwischen 0° und 40°C liegen.”Das Ziel ist auf einem Planeten Leben zu finden, der der Erde ähnlich ist und einen sonnenähnlichen Stern umkreist. Das ist ein Schritt in diese Richtung." sagte Stéphane Udry vom Genfer Observatorium in der Schweiz. " Jedesmal wenn Du einen Schritt weiter gehst, bist Du sehr glücklich". Der jetzt entdeckte Planet ist nur einer von drei Planeten, die den roten Zwergstern Gliese 581 umkreisen. Einer umkreist den Stern auf einer noch engeren Umlaufbahn in nur 5 Tagen und hat mit 16,6 Erdmassen etwa die Größe des Neptun, der andere hat eine mit 84 Tagen viel weiter außen liegende Umlaufbahn und ist mit 8 Erdmassen etwa halb so schwer.


Das Planetensystem bei dem roten Zwergstern Gliese 581 :
Mit dem HARPS Spektrographen am ESO 3,6-m Teleskop haben
europäische Astronomen 3 Exoplaneten mit relativ geringen Massen
gefunden. Der mittlere der 3 Planeten, eine "Supererde" mit
nur 1 1/2 fachem Erddurchmesser bietet höchstwahrscheinlich
lebensfreundliche Bedingungen. (Quelle: ESO)

Der neu entdeckte Planet ist der kleinste der bisher gefundenen rund 200 extrasolaren Planeten. Er wurde mit dem HARP-Instrument der ESO nach der Doppler-Methode gefunden mit der Planeten anderer Sterne auf indirekte Weise aufgespürt werden können.
Nicht nur ein Stern zieht den ihn umlaufenden Planeten an, sondern auch der Planet übt umgekehrt bei seinem Umlauf eine Kraft auf seinen Zentralstern aus. Diese Anziehungskraft zwingt den Stern auf eine kreisförmige oder elliptische Bahn um den gemeinsamen Schwerpunkt. Diese Bahn spiegelt im Kleinen die Umlaufbahn des Planeten wider. Da der Stern der viel schwerere Partner ist , liegt der gemeinsame Schwerpunkt immer innerhalb des Sterns. Die Schwierigkeit ist nun die Messung der aus so großer Entfernung außerordentlich gering erscheinenden Bewegung des Sterns.
Dies gelingt durch spektroskopische Untersuchung des Sternenlichtes mit der Hilfe des Doppler-Effektes. Während sich der Stern auf seiner kleinen Bahn auf die Erde zu oder von ihr weg bewegt, werden die von ihm ausgesandten Lichtwellen abwechselnd bei der Bewegung von der Erde weg etwas auseinander gezogen und zusammengestaucht, wenn er sich auf die Erde zu bewegt. Dabei werden die Lichtwellen erst zum roten (langwelligen) und dann zum blauen (kurzwelligen) Ende des Spektrums hin verschoben. Aus dieser periodischen Dopplerverschiebung des Lichts können die Astronomen die Bahn des Sterns ermitteln und daraus mit den Newtonschen Gesetzen die Masse, Umlaufzeit, den Abstand des Planeten von seinem Stern und sogar die Form der Umlaufbahn (kreisförmig oder elliptisch) bestimmen.



Links: HARPS Spektrograp und das 3,6 Meter Teleskop der ESO (Quelle: http://www.eso.org/)
Rechts: Doppler-Methode zur Entdeckung extrasolarer Planeten (Quelle: astronomy.nmsu.edu)
Die ermittelte Masse stimmt aber nur genau, wenn die Beobachtung des fremden Planetensystems genau von der Seite geschieht. Ist die Bahn des Explaneten gegen die Beobachtungsrichtung geneigt, so wird seine Masse unterschätzt, weil die Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung von der Erde aus betrachtet geringer erscheint als sie ist. Die deshalb ebenfalls kleinere gemessene Doppler-Verschiebung täuscht einen zu leichten Planeten vor. Der Neigungswinkel der Bahnebene des fremden Planetensystems lässt sich nur ermitteln, wenn außerdem noch eine Staubscheibe oder aber ein Vorübergang des Planeten vor dem Stern (Planetentransit) beobachtbar ist.
Wegen seiner relativen Nähe zur Erde -Gliese 581 gehört zu den 100 sonnennächsten Sternen-wird der neuentdeckte Planet mit Sicherheit ein vorrangiger Kandidat für die Suche nach (höherem?) außerirdischem Leben sein.
"Auf einer Schatzkarte des Universums wird man diesen Planeten mit einem Kreuz markieren." so Xavier Delfosse (Universität von Grenoble, Frankreich), ebenfalls ein Mitglied des Wissenschaftlerteams.
Jens Christian Heuer
Quellen:
wird aktualisiert...

 
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