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E-Book

Astrobiologie

AutorMathias Scholz
VerlagSpringer Spektrum
Erscheinungsjahr2015
Seitenanzahl559 Seiten
ISBN9783662470374
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis71,93 EUR

Unter welchen Bedingungen entsteht 'Leben' und wie ist es im Kosmos verbreitet? Damit beschäftigt sich der Autor und stellt wichtige Facetten einer jungen Wissenschaftsdisziplin ausführlich vor:

·         Was ist und wie funktioniert 'Leben'?

·         Entstehung des Lebens auf der Erde

·         Kosmische Voraussetzungen für 'Leben, wie wir es kennen'

·         Leben im Sonnensystem und darüber hinaus

·         Suche nach außerirdischen Zivilisationen

Zudem wird das spannende Gebiet der Astrochemie behandelt, welches erklärt wie sich die molekularen Grundbausteine des Lebens unter kosmischen Bedingungen bilden. Das Buch wendet sich an interessierte Studenten der Natur- und Ingenieurwissenschaften, Abiturienten, Dozenten, Lehrer und nicht zuletzt an Amateurastronomen.



Mathias Scholz ist Amateurastronom. Er hat von 1981-1986 Physik an der Universität Rostock studiert und war danach als Berechnungsingenieur und ab 1990 freiberuflich auf dem Gebiet der Umweltsimulation sowie im IT-Bereich tätig.

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Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Vorwort6
Inhaltsverzeichnis8
Abbildungsverzeichnis9
Tabellenverzeichnis17
Kapitel-120
Was ist „Astrobiologie“?20
Kapitel-223
Was ist und wie funktioniert „Leben“?23
2.1 Grundlegende Eigenschaften lebender molekularer Systeme24
2.1.1 Die acht Säulen des Lebens27
2.1.1.1 Kompartimentierung28
2.1.1.2 Metabolismus29
2.1.1.3 Katalyse31
2.1.1.4 Regulation32
2.1.1.5 Wachstum32
2.1.1.6 Programm32
2.1.1.7 Reproduktion33
2.1.1.8 Anpassung34
2.1.2 Definitionen des Begriffs „Leben“34
2.2 Basiselemente des Lebens40
2.2.1 Kohlenstoff41
2.2.2 Silizium46
2.2.3 Bor, Stickstoff, Phosphor, Schwefel und Germanium50
2.3 Wasser als universelles Lösungsmittel51
2.3.1 Das Wassermolekül53
2.3.2 Wasserstoffbrückenbindungen und Wassercluster54
2.3.3 Eigenschaften von Wasser56
2.3.3.1 Dichteanomalie56
2.3.3.2 Spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck57
2.3.3.3 Viskosität und Oberflächenspannung58
2.3.3.4 Eignung als Lösungsmittel59
2.3.3.5 Chemische Reaktionen in wässrigem Milieu62
2.3.3.6 Phasendiagramm63
2.3.4 Alternativen zu Wasser als biologisches Lösungsmittel65
2.4 Energiequellen des Lebens69
2.4.1 Energie und Entropie70
2.4.1.1 Leben und Entropie70
2.4.1.2 Gibbs-Helmholtz-Gleichung72
2.4.1.3 Chemisches Gleichgewicht74
2.4.1.4 Chemisches Potenzial76
2.4.2 Anabolismus und Katabolismus77
2.4.2.1 Energiespeicherung und Energienutzung – Adenosintriphosphat80
2.4.2.2 Wichtige Stoffwechselwege83
2.4.3 Astrobiologische Implikationen91
2.5 Moleküle des Lebens98
2.5.1 Polysaccharide99
2.5.2 Lipide100
2.5.3 Peptide und Proteine101
2.5.4 DNA und RNA105
2.6 Information und Leben111
2.7 Die minimalistische Zelle112
2.7.1 Grundlegender Aufbau einer primitiven lebenden Zelle113
2.7.2 Rezente minimalistische Lebensformen auf der Erde118
2.7.3 Last Universal Common Ancestor120
2.8 Selbstorganisation und Evolution128
2.8.1 Selbstorganisation129
2.8.2 Evolution133
2.9 Grenzen des Lebens138
2.9.1 Extremophile139
2.9.2 Astrobiologische Implikationen der Extremophile150
Kapitel-3153
Wie entsteht Leben? – das Rätsel der Abiogenese153
3.1?????Das Paradigma der „Ursuppe“ und ihre Zutaten156
3.2?????Astrochemie – Moleküle im All157
3.2.1?????Interstellares Medium159
3.2.2?????Molekülwolken in der Milchstraße168
3.2.3?????Physikalische Bedingungen und chemische Reaktionen im ISM171
3.2.3.1?????Interstellares Strahlungsfeld173
3.2.3.2?????Zusammensetzung und Komponenten der interstellaren Materie179
3.2.3.3?????Molekülbildung im interstellaren Gas184
3.2.4?????Spektroskopischer Nachweis von interstellaren Molekülen215
3.2.5?????Moleküle in Kometenkernen und primitiven Meteoriten217
3.2.5.1?????Kometenkerne223
3.2.5.2?????Primitive Meteorite243
3.2.5.2.1?????Systematik der kohligen Chondrite244
3.3?????Das Miller-Urey-Experiment254
3.3.1?????Versuchsaufbau255
3.3.2?????Die „Miller-Urey-Ursuppe“257
3.3.3?????Gehalt an organischen Stoffen258
3.4?????Hydrothermale Quellen und organische Moleküle261
3.5?????Der Planet Erde im Hadaikum und frühen Archaikum264
3.5.1?????Die Entstehung der Erde266
3.5.2?????Akkretions- und erste Aufschmelzphase269
3.5.3?????Mondimpakt269
3.5.3.1?????Ausbildung des metallischen Erdkerns272
3.5.3.2?????Ablauf des Mondimpakts273
3.5.3.3?????Astrobiologische Bedeutung des Mondes277
3.5.4?????Entstehung der ersten Erdkruste278
3.5.5?????Entstehung der Ozeane280
3.5.6?????Die erste sekundäre Erdatmosphäre284
3.5.7?????Das Zeitalter des „Letzten Großen Bombardements“286
3.5.8?????Einsetzen der Plattentektonik288
3.5.9?????Anlaufen des „Geodynamos“290
3.5.10?????Das Paradoxon der schwachen jungen Sonne293
3.5.10.1?????Hypothesen zur Erklärung des „Paradoxons der schwachen jungen Sonne“297
3.5.10.1.1?????Treibhauseffekt298
3.5.10.1.2?????Geringe Albedo305
3.5.10.1.3?????Geringfügig höhere Masse der Ursonne306
3.6?????Abiogenese308
3.6.1?????Wo und wann entstand das Leben auf der Erde?309
3.6.2?????Die chemische Evolution als schrittweiser Prozess314
3.6.3?????Grundlegende Voraussetzungen und Schrittfolgen für die Abiogenese315
3.6.4?????Denkbare Szenarien der Abiogenese319
3.6.4.1?????Oberflächenmetabolismus – der chemoautotrophe Ursprung des Lebens320
3.6.4.2?????Die Hypothese der RNA-Welt324
3.6.5?????Von der RNA-Welt zur Welt der Proteine334
3.6.5.1?????Die Entstehung des genetischen Codes334
3.6.5.2?????Etablierung der DNA als universeller molekularer Speicher genetischer Informationen341
3.6.6?????Astrobiologische ?????Implikationen342
Kapitel-4347
Kosmische Voraussetzungen für Leben – die Habitabilität ferner Welten347
4.1 Der Begriff der Habitabilität351
4.1.1 Muttersterne352
4.1.2 Die Leuchtkraft eines Sterns bestimmt die Gleichgewichtstemperatur eines Planeten355
4.1.3 Die Masse eines Planeten legt die mögliche Mächtigkeit einer Gashülle fest356
4.1.4 Bahnstabilität357
4.1.5 Meteoritenflussrate358
4.1.6 Thermische Entwicklung eines Planeten359
4.1.7 Achsenstabilität und Klima363
4.1.8 Tidal locking364
4.1.9 Habitabilität und Verfügbarkeit von Energiequellen364
4.2 Habitable Zonen365
4.2.1 Die galaktische habitable Zone367
4.2.2 Zirkumplanetare habitable Zonen – Habitabilität von Exomonden372
4.2.3 Zirkumstellare habitable Zonen379
4.3 Habitabilität und kosmische Katastrophen389
4.3.1 Hausgemachte Katastrophen390
4.3.2 Katastrophen mit Ursachen im Planetensystem399
4.3.3 Von Objekten außerhalb des Planetensystems verursachte Katastrophen418
4.3.4 Astrobiologische Implikationen kosmischer Katastrophen434
Kapitel-5437
Leben im Sonnensystem und darüber hinaus437
5.1 Mögliche Nischen des Lebens im Sonnensystem439
5.1.1 NASA und Mars – Follow the water…440
5.1.2 Eismonde im äußeren Sonnensystem471
5.1.3 Astrobiologische Implikationen für extraterrestrisches Leben im Sonnensystem509
5.2 Habitable extrasolare Planeten512
5.2.1 Beispiele für Exoplaneten in habitablen Zonen513
5.2.2 Abschätzung der Zahl potenziell habitabler Planeten im Milchstraßensystem518
5.2.3 Biomarker in den Atmosphären von Exoplaneten520
Kapitel-6523
SETI – die Suche nach außerirdischen Zivilisationen523
Literatur534
Sachverzeichnis552

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