Einfžhrung i n die Astrophysik Teil 1

342 KAPITEL 6. PLANETEN
zerrissen worden sein musste. Im Juli 1994 schlugen sämtliche Bruchstücke (auf der erdabgewandten
Seite) auf Jupiter ein. Die größten Bruchstücke hatten einen Radius von 2.5 km. Die
Gesamtenergie des Aufpralls wird auf etwa 10 9 Megatonnen TNT � 4.2 · 10 31 ergs geschätzt.
Durch Verdampfen bildet sich um einen Kometen eine Atmosphäre, die sog. Koma, aus Molekülen
und Staubteilchen aus (Radius bis zu 10 5 km, Dichte 10 5 cm −3 ). Kommt der Komet näher als etwa 2
AE an die Sonne bildet sich ein Schweif (Länge bis zu 10 7 km). Der Schweif eines Kometen hat zwei
Anteile: einen ionisierten und einen Staubschweif. Der ionisierte besteht aus schnellen Elektronen und
Ionen und ist stets exakt von der Sonne weg gerichtet. Der Staub wird durch die Photonen der Sonne
angeregt und ist viel langsamer als der ionisierte: seine Geschwindigkeit ist vergleichbar mit der des
Kometen.
Kometen verlieren jedesmal beim nahen Vorbeiflug an der Sonne etwa 0.1% ihrer Masse, was übrigbleit
sind Staub und größere Körner. Unter besonderen Umständen kann sich ein Meteorschauer bilden. Die
typische Rate der beobachteten Schauer, die auf die Erde niedergehen, beträgt 10 pro Jahr.
Die wichtigsten Elemente der chemischen Zusammensetzung sind:
Methan (CH4), Ammoniak (NH3), Wasser (H2O), Kohlendioxyd (CO2).
Typische phys. Daten:
Rnucl � 1 km, ρ � 2 g cm −3 , M � 10 16
Statistik: Kometen haben eine Geschwindigkeit (im Sonnensystem) von v � 30 km s −1 , ihre Gesamtzahl
wird auf N � 10 9 geschätzt.
• BEISPIEL (KOMETENEINSCHLAG)
Bei einem Zusammenstoß mit der Erde geht etwa 10% in Wärmeenergie, W , über, der Rest in Schockwellen. Mit v � 10
km s −1 für die Impaktgeschwindigkeit und einer Masse von 10 17 g erhält man W � 0.5 · 10 28 ergs, entsprechend 10 5
Megatonnen TNT. Dabei gilt: 1 g TNT � 4 · 10 10 ergs und 1 Megatonne TNT � 4.2 · 10 22 ergs.
TNT = Trinitroluen, CH3C6H2(NO2)3 ist der effektivste Sprengstoff, den wir kennen, mit einer Energiefreisetzung von
∆E/mc 2 = 4 · 10 −11 . Die Verbrennung von Kohle ist 8-mal effektiver, aber wesentlich langsamer.
Der Schaden, der bei einem Zusammenstoß mit der Erde entsteht, ist enorm. Ein Meteor von 25 Meter Radius und einer
Impaktgeschwindigkeit von 10 km s −1 (Masse M � 4ρR 3 � 70 Tonnen) hat eine Energie von etwa 20 Megatonnen TNT
und reißt einen Krater von 600 Meter Radius und 200 Meter Tiefe! Solche Zusammenstöße sind zum Glück selten (Rate
alle 25000 Jahre). Einige vermuten, daß vor etwa 65 Myr ein Kometeneinschlag auf der Halbinsel Yukatan (Mexico) von
der Sprengkraft von 10 9 Megatonnen TNT � 4.2 · 10 31 ergs die Dinosaurier zum Aussterben brachte.
6.7 Probleme der Kosmogonie
Der gesamte, für uns erfahrbare Kosmos § besteht aus Strahlung (Photonen und Neutrinos) und Teilchen
(hauptsächlich H und He), die in Galaxien und dort wieder in Sternen geklumpt sind.
Die mittlere Teilchendichte beträgt (für die ausschließlich direkt beobachtbare) leuchtende Materie
etwa nbaryon = 10 −6 cm −3 , während für die Photonenzahl der universellen 3 ◦ K Hintergrundstrahlung
etwa gilt nphoton= 500 cm −3 . Wir bestimmen die freie Weglänge l für Photonen in unserem beobachtbaren
Universum: l = 1/σn, wobei wir für σ den Thompson Streuquerschnitt σ = 6.65·10 −25 cm 2
benutzen können. Wir erhalten l = 10 30 cm, d. h. das heutige Universum ist – mit R = 10 28 cm –
durchsichtig.
Eines der Hauptprobleme der Astrophysik ist seit langer Zeit zu verstehen, wie sich aus einem ursprünglich
ausgesprochen homogenen Substrat (Isotropie der Hintergrundstrahlung!) die heute beobachtete
Hierarchie entwickelt hat (Kosmogonie).
§ gr. = das Schöne, das Wohlgeordnete; im Gegensatz zu Chaos
g.