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Donnerstag, 31. März 2011

Bergbau auf Asteroiden in fernen Planetensystemen als Hinweis auf technologisch entwickelte Zivilisationen

Künstlerische Darstellung eines Exo-Planetensystems mit Asteroidengürtel (Illu.) | Copyright: NASA/JPL-Caltech

Cambridge/ USA - Science-Fiction-Autoren wie Weltraumvisionäre sehen im sogenannten "Asteroid Mining", also dem Abbau von Bodenschätzen auf Asteroiden, schon heute Wege zukünftiger Rohstoffgewinnung über die auf der Erde vorhandenen Rohstoffreserven hinaus. Außerirdische Zivilisationen könnten diese Technologie bereits anwenden - zumindest zeichnet eine aktuelle Untersuchung von schottischen und US-Astronomen ein solches Szenario und vermutet, dass derartige Arbeiten und ihre Randerscheinungen von der Erde aus entdeckt und als solche erkannt werden könnten. Dadurch ergäben sich auch neue Ziele für SETI, die Suche nach außerirdischer Intelligenz.

Sollten zukünftig die irdischen Bodenschätze zur Konstruktion der für unsere derzeitig technologisch entwickelte und ausgerichtete Zivilisation notwendigen Produkte nicht mehr ausreichen, könnten sich zahlreiche erz- und mineralreiche Objekte des Asteroidengürtels als Ausweichkandidaten für den Bergbau der fernen Zukunft anbieten.

Die Astronomen Duncan Forgan von der "University of Edinburgh" und Martin Elvis vom "Harvard Smithsonian Center for Astrophysics" haben dieses Szenario auch für hypothetische, bereits an diesem Punkt und wohlmöglich darüber hinaus angelangte und technologisch entwickelte außerirdische Zivilisationen durchgespielt und unter dem Titel "Extrasolar Asteroid Mining as Forensic Evidence for Extraterrestrial Intelligence" (Extrasolarer Bergbau auf Asteroiden als forensische Hinweise auf außerirdische Intelligenz) vorab auf "arxiv.org" präsentiert. In einer zukünftigen Ausgabe des Fachmagazins "International Journal of Astrobiology" wird die Arbeit ebenfalls schon bald veröffentlichet werden.

Die Forscher kommen in ihrem Artikel zu dem Schluss, dass entsprechende Aktivitäten auf Asteroiden in Trümmergürteln, wie sie dem Asteroidengürtel unseres Sonnensystems zwischen Mars und Jupiter gleichen, bei entsprechender Größe und Intensität, Signaturen entstehen lässt, wie sie schon mit derzeitigen und zukünftige Teleskopprojekten entdeckt und identifiziert werden könnten. Zudem wäre der Nachweis mehrerer der in der Studie erarbeiteten Merkmale gemeinsam in einem Planetensystem ein deutliches Indiz nicht nur für dortiges außerirdisches Leben, sondern auch für dessen technologisch fortgeschrittene Entwicklung.

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Ausgehend von den irdischen und somit menschlichen Voraussetzungen für einen Abbau auf erdfernen Körpern im Sonnensystem, vermuten Forgan und Elvis, dass Bergbau auf extrasolaren Asteroiden unterschiedliche Signaturen erzeugen würde:

- Zunächst sollte der Transport bestimmter Substanzen von einem zu einem anderen Ort auch in einem fernen Planetensystem eine charakteristische chemische Signatur im Trümmergürtel um den sonnenfernen Stern erzeugen. Diese Trümmergürtel sollten von Natur aus bestimmte Verhältnisse zwischen den darin vorhandenen Elementen aufweisen, wie beispielsweise mittels Spektroskopie, also der spektralen Analyse des Sternenlichts, analysiert werden kann. Massiver Bergbau auf einem oder mehreren Körpern würde ganz gewiss dieser Verhältnisse verzerren.

- Zweitens sei davon auszugehen, dass entsprechender Bergbau die Größenverteilung der Objekte in den extrasolaren Asteroidengürteln verändern würde. Da es aus technischer Sicht sinnvoller sei, eher große als kleine Körper für den Abbau von Rohstoffen zu nutzen, sollte die Anzahl entsprechend großer Körper hier in einem Verhältnis zusehends schwinden, wie es eine künstlich herbeigeführte Ursache nahe legen würde.

- Zur gleichen Zeit würden entsprechende Arbeiten wahrscheinlich große Mengen an Staub erzeugen, dessen Mengenverhältnis im Asteroidengürtel also in vergleichbarem Maßstab zunehmen müsste. Da entsprechende Arbeiten vermutlich so nahe wie möglich zum Heimatplaneten der die Rohstoffe abbauenden Zivilisation durchgeführt werden würde, könnte dieser entstehende Staub zudem Ringsysteme um nahe gelegene Planeten entstehen lassen (...wir berichteten bereits darüber, wie so etwas am Beispiel der Erde aussehen könnte).

- Schlussendlich, sollten sich entsprechende Aktivitäten auch durch thermale Signaturen abzeichnen, da gerade der entstehende Staub die Wärmeenergie des Zentralgestirns abstrahlen würde, was entsprechend veränderte Asteroidengürtel und herbeigeführte Staubgürtel vergleichsweise einfach sicht- und erkennbar machen würde.

Die Forscher weisen jedoch zugleich darauf hin, dass alle diese Merkmale, für sich und einzeln genommen, auch durch natürliche Prozesse entstehen könnten. Es handele sich also in keinem Fall um einzigartige Hinweise auf außerirdische Bergbauaktivitäten. Sollten jedoch eine Vielzahl oder gar alle Merkmale zusammen in einem Planetensystem entdeckt werden, sei dies ein starker Hinweis darauf, dass diesem System unbedingt mehr Aufmerksamkeit und weiterführende Studien auch im Rahmen der Suche nach außerirdischer Intelligenz (Search for ExtraTerrestrial Intelligence, SETI) gewidmet werden sollten. Tatsächlich könnten die erarbeiteten Signaturen von zukünftigen Planetensuch-Missionen geradezu beiläufig entdeckt werden.

Des Weiteren verweist der "arxiv-Blog" auf eine zusätzliche potentielle Signatur außerirdischen Bergbaus, wie er von Forgan und Elvis erstaunlicherweise nicht diskutiert wird: "Jegliche Form von Antreiben und Maschinen, die entsprechenden Zivilisationen nutzen würden, benötigen irgendeine Antriebsenergie und diese wiederum erzeugt wahrscheinlich ihre ganz eigene Signaturen: Vielleicht künstliche Schadstoffwolken, Abgase oder möglicherweise sogar verbrauchte und beschädigte Reaktoren. Kurzum: Schadstoffbelastungen. Wie wir alle wissen, hinterlassen ungewollte Nebeneffekte von Technologien leider meist die größten Wunden auf und an einem Planeten."

Quellen: grenzwissenschaft-aktuell.de / arxiv.org / technologyreview.com

Untersuchung belegt Klimabeeinflussung durch Kondensstreifen

Kondensstreifen unmittelbar hinter einer Linienmaschine | Copyright: NASA

Oberpfaffenhofen-Wessling/ Deutschland - Flugzeuge entlassen nicht nur enorme Mengen von Abgasen in die Luft, auch die Kondensstreifen, wie sie in Höhen zwischen acht und dreizehn Kilometern Höhe entstehen, beeinflussen das Klima durch die damit erzeugte Wolkenbildung. Wissenschaftler des "Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt" (DLR) haben nun erstmals eine Methode entwickelt, um den Klimaeffekt des Luftverkehrs in Hinblick auf Kondensstreifen und der daraus folgenden Wolkenbildung zu bestimmen. Die Datenauswertung zeigt: Die Kondensstreifen-induzierte Bewölkung bildet die größte Komponente des gesamten Strahlungsantriebs des zivilen Luftverkehrs und trägt damit heute stärker zur Erderwärmung in einem Jahr bei als das gesamte bislang von der modernen Luftfahrt ausgestoßene Kohlendioxid im gleichen Zeitraum.

Kondensstreifen bilden sich aus Wasserdampf in Verbindung mit den Rußpartikeln, wie sie von Flugzeugen ausgestoßen werden. Schon kurz nach dem Ausstoß bilden sich in der eisigen Atmosphäre Eiskristalle und aus diesen Kondensstreifen können sich später Zirruswolken entwickeln. Diese durch den Menschen verursachten Eiswolken sowie die Kondensstreifen werden zusammengefasst als "Kondensstreifen-Zirren" bezeichnet. Bislang gab es keine Informationen zu dieser Wolkenklasse.

Nun haben Wissenschaftler am "DLR-Institut für Physik der Atmosphäre" (dlr.de) ein Computermodell entwickelt, mit dem der Zyklus dieser Wolkenklasse - von ihrer Entstehung bis zur Auflösung - auf globaler Ebene bestimmt werden kann. "Wir haben Kondensstreifen-Zirren in einem Klimamodell eingeführt und können nicht nur deren Klimawirkung, sondern auch die Reaktion der natürlichen Wolken auf diese neue Wolkenklasse erstmals bestimmen. Damit eröffnen wir uns die Möglichkeit zu ganz neuartiger Forschung", erklärt Dr. Ulrike Burkhardt.

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Dieses globale Klimamodell, so die Pressemitteilung des DLR, liefere insbesondere Daten zum Bedeckungsgrad, den optischen Eigenschaften und dem globalen Strahlungsantrieb der Kondensstreifen-Zirren. Diese Größen wurden von den DLR-Wissenschaftlern erstmals abgeschätzt und aktuell im Fachmagazin "Nature Climate Change" veröffentlicht.

Der Beitrag des Luftverkehrs zur globalen Klimaveränderung wird anhand des Strahlungsantriebs bewertet - ein Maß für die Störung des Klimasystems. Kondensstreifen-Zirren verursachen netto einen Strahlungsantrieb von 31 Milliwatt pro Quadratmeter. Dieser Wert übertrifft knapp die Klimastörung des von Flugzeugtriebwerken ausgestoßenen Kohlendioxids. Der Strahlungsantrieb von Kondensstreifen alleine wird sogar um das Neunfache übertroffen. Die Kondensstreifen-induzierte Bewölkung (contrail-induced cloudiness, CIC) ist damit der größte Faktor beim Strahlungsantrieb des zivilen Flugverkehrs.

Der Strahlungsantrieb der Kondensstreifen-Zirren zeigt Spitzenwerte in Mitteleuropa und dem Osten der USA (oben). Der Bedeckungsgrad durch Kondensstreifen-Zirren ist in Westeuropa und im Südosten der USA am stärksten (unten). | Quellen: Nature Climate Change, dlr.de

"In dem Ergebnis bereits berücksichtigt sind Wechselwirkung mit natürlichen Wolken. Denn die zusätzlich entstandenen Kondensstreifen-Zirren entziehen der Atmosphäre Feuchtigkeit, so dass die natürliche Bewölkung zurückgeht. Der direkt wärmende Strahlungsantrieb wird dabei um etwa 20 Prozent kompensiert. Anhand der neuen Berechnungsmethode können die DLR-Wissenschaftler den Einfluss der Kondensstreifen-Zirren auf das Klima umfassend bestimmen", so das DLR.

Für die Reduzierung von Kondenstreifen-Zirren gibt es derweil verschiedene Ansätze: So führt schon die Reduktion der Rußpartikel und des Wasserdampfs, etwas durch Veränderung der Antriebssysteme zu weniger Kondenstreifen und in deren Folge somit auch zu weniger Wolkenbildung. Auch haben unterschiedliche Treibstoffe möglicherweise Auswirkung auf die optische Dichte der Abgase. Zudem kann der Strahlungshaushalt schon von Seiten der Flugführung gesenkt werden. "Die Bildung von Kondensstreifen-Zirren wird durch Feuchtigkeit in der Atmosphäre begünstigt. Werden bevorzugt trockene Gebiete durchflogen, entstehen dort keine oder weniger dieser menschenbedingten Wolken." Aus diesen Einsichten können zukünftig Strategien entwickelt werden, mit denen sich die Kondensstreifenbildung deutlich reduzieren lassen könnte. Basierend auf den neuen Abschätzungen des DLR können nun Vorgehensweisen für den Klimaschutz erarbeitet werden, welche diesen wichtigen Effekt von Kondensstreifen-Zirren mit einbeziehen. Gleichzeitig unternehmen die Atmosphären- und Klimaforscher laufend Anstrengungen, die Modellvorhersagen zu optimieren.

So wurde, ebenfalls am DLR-Institut für die Physik der Atmosphäre, das Kondensstreifen-Vorhersage Werkzeug "CoCiP" entwickelt. Mit dem computerbasierten "Contrail Cirrus Prediction Tool" lassen sich Kondensstreifen-Zirren infolge eines einzelnen Flugzeuges oder einer Flotte von Flugzeugen, Flug für Flug, regional oder global mit verhältnismäßig wenig Rechenzeit simulieren.

Das Ergebnis eine Kondensstreifen-Simulation mit "CoCip" | Quelle/Copyright: dlr.de

Die Methode berechnet Kondensstreifen-Zirren für gegebene Flugverkehrsdaten und Vorhersagedaten von numerischen Wettervorhersagen (NWV): "Die Eigenschaften der anfänglichen Abgasfahne hängen dabei von den Eigenschaften des Flugzeugs ab. Die Entwicklung der einzelnen Kondensstreifen ist abhängig von Wind, Temperatur, Feuchtigkeit und Eiswassergehalt in der Umgebung. Diese Felder werden anhand von NWV-Daten bestimmt. Die Bahn der Abgasfahne folgt dem horizontalen und vertikalen Wind. Scherung und turbulente Mischung beeinflussen die Dicke, Breite und Schräglage der Kondensstreifen. Der Eiswassergehalt wird als Funktion der Eisübersättigung in der Umgebung bestimmt unter der Annahme von Eissättigung im Kondensstreifen. Das Modell simuliert zudem die Abnahme der Zahl der Eispartikeln durch Turbulenz, Aggregation und Sedimentation. Der Klima-Strahlungsantrieb infolge der Kondensstreifen wird aus den Eigenschaften der Kondensstreifen und der vom NWP-Modell bereits bekannten Strahlungsflüsse ohne Kondensstreifen berechnet."

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