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Florian Freistetter promovierte am Institut für Astronomie der Universität Wien und hat danach an der Sternwarte der Universität Jena und dem Astronomischen Rechen-Institut in Heidelberg als Astronom gearbeitet. Zur Zeit lebt er in Jena, bloggt über Wissenschaft und schreibt manchmal Bücher:

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26.12.11 · 08:10 Uhr

Die Himmelsmechanik von "A Game of Thrones"

Kategorie: Naturwissenschaften  ·  Kommentare: 21

Ich lese gerade wieder einmal "A Game of Thrones", den ersten Teil des fantastischen "A Song of Ice and Fire"-Zyklus von George R.R. Martin (auf deutsch "Das Lied von Eis und Feuer"). Es ist die meiner Meinung nach beste Fantasy-Geschichte, die je geschrieben wurde (und spätestens seit der Verfilmung des ersten Buches auch einer breiteren Öffentlichkeit bekannt). Ich möchte auch gar nicht viel über den Inhalt erzählen - lest es selbst! - aber ein Aspekt des Buches ist aus astronomischer Sicht ganz interessant. Die Geschichte spielt auf einer Welt, auf der ein sehr seltsamer Rhythmus der Jahreszeiten herrscht. Sommer und Winter sind mal länger und mal kürzer und kommen nicht regelmäßig sondern in willkürlichen Intervallen. Natürlich handelt es sich um ein Fantasy-Buch und keine Science-Fiction. Es braucht also nicht unbedingt eine vernünftige Erklärung für dieses Phänomen (und wenn, dann wird es vermutlich eher eine magische als eine wissenschaftliche sein). Aber als Astronom macht man sich trotzdem so seine Gedanken...

Bei uns auf der Erde entstehen die Jahreszeiten nicht dadurch, dass die Erde im Sommer näher an der Sonne ist als im Winter. Dann müsste ja auch überall auf der Erde gleichzeitig Sommer bzw. Winter herrschen. Wenn aber auf der Nordhalbkugel Sommer ist, dann ist es auf der südlichen Hemisphäre der Erde Winter, und umgekehrt. Abgesehen davon ist die Erde tatsächlich im (Nordhalkugel)Winter der Sonne der am nächsten. Die Erdbahn ist so annähernd kreisförmig, die Unterschiede im Abstand zur Sonne spielen keine große Rolle was die Jahreszeiten angeht. Die Jahreszeiten werden durch die Neigung der Erdachse erzeugt. Dadurch fällt das Sonnenlicht zu unterschiedlichen Zeiten im Jahr in unterschiedlicher Intensität auf die Erdoberfläche und die Sonne steht unterschiedlich lange am Himmel. Da sich die Neigung der Erdachse nicht ändert und die Erde auf ihre fast kreisfömigen Bahn die Sonne sehr regelmäßig umkreist, folgen auch die Jahreszeiten regelmäßig aufeinander. Sommer, Winter, Frühling und Herbst dauern - zumindest in den gemäßigten Breitengraden - alle etwa gleich lang.

Four_Seasons_by_Alfons_Mucha,_circa_1895.jpg

Die 4 Jahreszeiten von Alfred Mucha, 1895

Für die Welt von "A Game of Thrones" würde das nicht funktionieren. Da ist oft jahrelang Winter, dann wieder jahrelang Sommer. Mal kürzer, mal länger, ohne offensichtlichen Rhythmus. Würde es nur darum gehen, unterschiedlich lange Jahreszeiten zu erklären, wäre das kein großes Problem. Man bräuchte sich zum Beispiel nur einen Planeten vorstellen, der nicht auf einer kreisförmigen Bahn um seinen Stern kreist, sondern auf einer elliptischen Bahn. In diesem Fall wäre er zu bestimmten Zeiten seines Umlaufs wesentlich näher am Stern als zu anderen und das hätte dann tatsächlich auch Auswirkungen auf die Jahreszeiten. Da sich ein Planet in der Nähe des Sterns schneller bewegt als weiter entfernt (siehe Zweites Keplersches Gesetz) wäre der Winter hier immer deutlich länger als der Sommer. Da der Umlauf des Planeten um den Stern immer gleich lang dauert, wäre die Abfolge der Jahreszeiten aber immer noch regelmäßig. Das ist nicht das, was in "A Song of Ice and Fire" passiert. Man kann sich natürlich auch noch andere Konfigurationen ausdenken, bei denen die Bahn des Planeten die Jahreszeiten beeinflusst. Sie führen aber immer zu regelmäßigen Jahreszeiten. Um die Fantasy-Welt zu erklären, braucht man eine andere Lösung.

Meine Lieblingsvariante ist ein Sitnikov-Planet. Über diesen himmelsmechanischen Spezialfall habe ich früher schon mal geschrieben. Es handelt sich hier um ein Doppelsternsystem, bei der sich ein Planet genau im Massenschwerpunkt befindet und sich senkrecht zur Bahnebene der Doppelsterne auf und ab bewegt:

Sitnikov_Problem_Konfiguration.jpg

"m1" und "m2" sind die beiden Doppelsterne und "m3" ist der Planet, der sich nur entlang der z-Achse bewegt. Immer auf und ab - und dadurch ändert sich natürlich auch der Abstand zu den Sternen (wenn ihr das System in Bewegung sehen wollt, dann schaut euch dieses Applet an). Diese Bewegung kann regelmäßig sein, sie muss es aber nicht.Das Sitnikov hat jede Menge instabile Lösungen, bei der die Auf- und Ab-Bewegung des Planeten unregelmäßig ist. Sie kann sogar beliebig unregelmäßig sein. In meinem alten Artikel habe ich erklärt, dass man mathematisch zeigen kann, dass in der Sitnikov-Konfiguration jede beliebige Auf-und-Ab-Bewegung des Planeten möglich ist. Gehen wir also mal davon aus, dass "A Song of Ice and Fire" auf einem Sitnikov-Planeten spielt. Gehen wir außerdem davon aus, dass nur eine Halbkugel der Welt bewohnt ist. Dann können wir die seltsame Abfolge von Sommer und Winter in George Martins Buch leicht erklären. Im Sommer ist die bewohnte Halbkugel der Welt den Sternen zugewant. Wenn wir festlegen, das die "obere" Seite des Planeten bewohnt ist, dann ist das der Fall, wenn er sich auf seiner Auf-und-Ab-Bewegung unter der Ebene der Doppelsternebewegt. Natürlich wird es trotzdem kälter, je weiter er sich von der Ebene entfernt (was die "Zwischenwinter" erklären würde, die im Buch erwähnt werden). Wenn der Planet sich wieder der Ebene nähert, wird es wärmer und Sommer. Steht er dann schließlich über der Ebene, dann ist die bewohnte Seite von den Sternen abgewandt und es man bekommt die dunklen, eiskalten und gruseligen Winter vor denen sich die Protagonisten des Buchs fürchten. Die spezielle Mathematik des Sitnikov-Problems stellt sicher, dass alle Perioden beliebig unregelmäßig werden können. Lange Winter können also auf kurze Somme folgen, Lange Sommer auf noch längere Winter und jede Kombination, die man sich sonst noch so vorstellen kann. Das Buch erwähnt übrigens keine zweite Sonne. Wir müssen also davon ausgehen, dass einer der beiden Sterne schon erloschen ist und zu einem Neutronenstern oder schwarzen Loch geworden ist, das nicht leuchtet. Vielleicht handelt es sich auch um Kombination von Stern und braunem Zwerg. Wie auch immer: Wenn von den beiden Hauptkörpern einer leuchtet und der andere nicht, dann bringt das nochmal zusätzliche Unregelmäßigkeiten in den Ablauf der Jahreszeiten.

Der einzige Schönheitsfehler an der Sache ist nur, dass es in der Realität niemals ein Sitnikov-System geben kann. Es wurde von den Mathematikern/Astronomen nur entwickelt, weil sich damit besonders leicht verschiedenste Aspekte der Himmelsmechanik untersuchen lassen. Die Wahrscheinlichkeit, dass sich so ein System tatsächlich in der Natur bildet, ist allerdings so gering, dass man diesen Fall getrost unmöglich nennen kann. Aber hey - in einem Fantasy-Roman ist alles möglich ;)

Man kann sich natürlich auch wesentlich weniger komplexe Lösungen für das Jahreszeitenproblem ausdenken. Bei uns auf der Erde sorgt der Mond dafür, dass die Neigung der Erdachse stabil bleibt. Ohne Mond würde die Erdachse stärker schwanken und langfristig würde sich auch die Abfolge der Jahreszeiten ändern. Ich bin mir allerdings nicht sicher, ob das auch auf den kurzen Zeitskalen möglich ist, die im Buch erwähnt werden. Andererseits wird in der Geschichte ein alter Mythos erwähnt, demnach die Welt früher zwei Monde hatte (bis einer explodierte und die Drachen in die Welt setzte). Der Verlust eines Mondes kann durchaus interessante Auswirkungen auf die Neigung der Erdachse haben.

Und dann kann es sich natürlich auch noch um einen ganz normalen Planeten handeln, der einfach nur das Pech hat, einen veränderlichen Stern zu umkreisen. Unsere Sonne gibt, von kleinen Variationen abgesehen, immer gleich viel Strahlung ab. Es gibt aber auch jede Menge verschiedene Arten von veränderlichen Sternen, bei denen die Leuchtkraft mal schwächer und mal stärker ist, was natürlich auch großen Einfluss auf die Jahreszeiten hätte. Ich finde die Sitnikov-Lösung trotzdem am besten ;) Abgesehen davon ist es sowieso nur eine Gedankenspielerei um sich am zweiten Weihnachtsfeiertag die Zeit zu vertreiben. Für das Buch spielt es - zumindest bis jetzt (es sind ja noch nicht alle Bände veröffentlicht) - keine Rolle, warum die Jahreszeiten so sind wie sie sind. Es ist auch ohne Erklärung dieses himmelsmechanischen Aspektes das beste aller Fantasy-Bücher ;)

 

Autor: Florian Freistetter· 21 Kommentare· Permalink· Trackback-URL

Tags: · · · · · · · · · · · · · · · ·

Kommentare (21)

Kommentar-Direktlink Sven· 26.12.11 · 08:26 Uhr

Guten Morgen Florian,

aber das mit den Jahreszeiten ist doch ganz klar "der Mauer" bedingt. Der Artikel ist echt klasse, hat mich richtig amüsiert ihn zu lesen. :-)

Und ja, ich warte auch endlich auf Band 9!!!

Lieben Gruß und ein schönes Restfest.
Sven

Kommentar-Direktlink Dyrnberg· 26.12.11 · 09:31 Uhr

Grandioses Buch (das aber in späteren Teilen der Saga auch Längen hat.) [Das Schlechteste der Saga ist aber im Grunde der Titel: "A Song of Ice and Fire." Klingt nach Klischeekitsch meinem Empfinden nach.]

Wenn man in Minecraft die Himmelsmechanik integrieren kann, solltest Du deinen Artikel dem Bauer dieses Dings schicken: http://www.youtube.com/watch?v=tscbG9f4MLo

Kommentar-Direktlink MartinB· 26.12.11 · 09:50 Uhr

Ich gebe ja zu, dass ich irgendwo in Band 4 (der englischen Ausgabe) die Lust verlor, als 90% der Hauptcharaktere sinnlos hingemetzelt wurden und nur die übrig blieben, die ich am wenigsten mochte. Und bei dieser nervigen Drachenprinzessin musste ich mich immer beherrschen, das Buch nicht wütend in eine Ecke zu feuern. Aber Geschmäcker sind ja verschieden.

Faszinierende Jahreszeiten gab es übrigens auch bei Heliconia - ein Doppelsternsystem, bei dem der Planet dicht um einen der beiden Sterne kreist, der eine elliptische Umlaufbahn um den anderen hat:
http://en.wikipedia.org/wiki/Helliconia#Astronomy

Kommentar-Direktlink rolak· 26.12.11 · 09:53 Uhr

Ok - da ich nur die filmische Umsetzung kenne, mag mein Wissen um die Besonderheiten der Welt zu klein sein. Doch obgleich das mit den zwei Monden mir bekannt ist, fehlt mir jegliche Erinnerung an zwei Sonnen, was Sitnikov imho ausschließen würde, wahr­schein­lich­keits­unabhängig.
Was solls, es ist Fantasy, in Band 12 oder so stellt sich vielleicht heraus, daß der Magier, der damals in einem undurchdachten Experiment den einen Mond zerbröselte, damit das für den geregelten Ablauf der Natur zuständige Wesen derart verärgerte, daß die verän­der­lichen Jahreszeitenlängen sich als Schikane aus Rache erklären...

Kommentar-Direktlink Barton Fink· 26.12.11 · 11:16 Uhr

Starker Beginn' aber ganz schwache Fortsetzungen meiner Meinung nach!
Das letzte Buch war wirklich nur mehr sehr beliebig. Die Serie fand ich aber sehr gut!

Kommentar-Direktlink Barton Fink· 26.12.11 · 11:17 Uhr

Starker Beginn' aber ganz schwache Fortsetzungen meiner Meinung nach!
Das letzte Buch war wirklich nur mehr sehr beliebig. Die Serie fand ich aber sehr gut!

Kommentar-Direktlink Josh· 26.12.11 · 11:28 Uhr

Wie sähe die - wenn auch wenig wahrscheinliche - Entstehung eines solchen System aus?

Mein verschwommenes Wissen über Planetensysteme beinhaltet so was wie kreisende Gas/Materiewolken, in denen die Planeten allmählich "kondensieren", wodurch die stabile Rotationsmechanik zwangsläufig entsteht.

Diese Variante scheidet offenbar hier aus. Was bleibt dann?
EIn zufällig im exakt richtigen Punkt mit dem richtigen Vektor eingefangener "Streuner"?

Oder wäre eine allmähliche Entstehung aus Gas/Materie-Teilen auch hier denkbar?


Literarisch gesehen ist mein liebstes System doch eher die Riesenschildkröte mit der Scheibenwelt auf dem Rücken. Wenn schon unwahrscheinlich, dann richtig !! :-)

Kommentar-Direktlink IO· 26.12.11 · 11:30 Uhr

abo

Kommentar-Direktlink AndreasM· 26.12.11 · 12:20 Uhr

Das Traurige an der Serie ist, dass der Autor nach drei Büchern entschied, die Abfolge, die er ursprünglich im Sinn hatte, zu ändern. Hätte er nur einige Jahre an dieser Stelle vergehen lassen ...
So aber enthalten die mittleren Bücher (3 bis vermutlich 6) vor allem viele Längen, die irgendwelche Höhepunkte überhaupt erst vorbereiten.
Dem Autor scheint es ja auch selber immer schwerer zu fallen, diese Bücher zu schreiben und die Wahrscheinlichkeit für einen Abschluss zu Lebzeiten des Autors sinkt.

Kommentar-Direktlink Alice· 26.12.11 · 13:50 Uhr

Weisst du denn ob der Autor selbst irgendeine himmelsmechanische Konstellation im Sinn hatte oder ob er einfach nur die Tatsache mit den unvorhergesehen Jahreszeiten rein spannungstechnisch toll fand?
Himmelsmechanisch ist das Sitnikov System bestimmt interessant, aber ein variabler Stern klingt "plausibler". ;) Wenn der zweite Stern in dem Sitnikov System ein kompaktes Objekt wäre, dann würde man den ja doch sehen, vielleicht als eine Art "Loch" am Himmel mit verzerrten Sternen herum. Und auch Neutronensterne sind ja nicht unbedingt dunkel. Und wenn es ein Brauner Zwerg wäre, müsste der auch recht nahe an dem Planeten sein (wenn der andere Stern ein Hauptreihenstern ist), wegen des Massenschwerpunkts. Und das wär dann auch "mindestens" ein "Loch" am Himmel oder viel eher tatsächlich ziemlich hell, er wird ja vom anderen Stern beschienen!

Kommentar-Direktlink rolak· 26.12.11 · 14:16 Uhr

Da war ich ja wohl heute morgen mit Matschaugen oder SprunghaftemLesen™ geschlagen - egal warum, aber daß im post schon die Frage der fehlenden zweiten Sonne erörtert wird ist völlig an mir vorbeigegangen.
Vielleicht doch etwas reichlich Kaffee gestern...

Kommentar-Direktlink Greifenklaue· 26.12.11 · 15:08 Uhr

Ich hab endlich mal mit dem ersten Teil angefangen - liest sich gut an. Und wenn ich schonmal weiß, wie die Jahreszeiten funktionieren könnten, ist das ja nicht das schlechteste!

Author Profile Page Florian Freistetter· 26.12.11 · 19:15 Uhr

@MartinB: "Ich gebe ja zu, dass ich irgendwo in Band 4 (der englischen Ausgabe) die Lust verlor, als 90% der Hauptcharaktere sinnlos hingemetzelt wurden "

Gerade das fand ich gut. In Fantasy-Bücher werden dauernd die wildesten Schlachten geschlagen und trotzdem sterben immer nur die Nebenfiguren. In Game of Thrones passiert eben das, was halt passiert, wenn man dauernd probiert, sich gegenseitig umzubringen: Leute sterben, auch die "Wichtigen".

@rolak"Ok - da ich nur die filmische Umsetzung kenne, mag mein Wissen um die Besonderheiten der Welt zu klein sein. Doch obgleich das mit den zwei Monden mir bekannt ist, fehlt mir jegliche Erinnerung an zwei Sonnen, was Sitnikov imho ausschließen würde, wahr­schein­lich­keits­unabhängig."

Ich kenn dafür die TV-Serie nicht...

Kommentar-Direktlink Spoing· 26.12.11 · 20:03 Uhr

@Florian: Die folgen kann man sich auf der HBO-Homepage anschauen. Sind sehr gut gemacht und vom Aufwand und der Qualität durchaus mit der Herr der Ringe vergleichbar. Die Erste Staffel umfasst inhaltlich die erstan beiden Bücher. An "astromischen Informationen" erfährt man in den späteren Büchern bisher nichts weiteres. Somit reicht die TV-Version vollkommen für die Vorstellung der Himmelsmechanik.

Ach in der Deutschen Version werden sogar die Namen übersetzt, somit sollte man es auf englisch gucken, wenn man sich nicht die ganze Zeit aufregen will (John Schnee)

Das mit den strebenden Hauptcharakteren ging mir nur einmal zu weit, als 2 Kinderköpfe auf der Mauer platziert wurden. Allerdings verflog meine Aufregung darüber dann schnell wieder (will hier nix verraten).

Finde ich aber super, dass du das Thema hier aufgegriffen hast, denn die Frage, wie eine Welt mit unterschiedlich langen, zufälligen, Jahreszeiten wohl existieren könnte ging mir auch beim lesen durch den Kopf. Gerade die Legende mit dem zerstöten Mond blieb mir da auch im Kopf.

Zu der unterschiedlich starken Sonne: In dem Buch ist es ja durchaus so, dass die Sonne im tiefsten Winter teilweise garnichtmehr aufgeht, bzw. nur noch knapp den Horizont überschreited, somit muss es ja auch mit der Planetenneigung zusammenhängen.

Author Profile Page Florian Freistetter· 26.12.11 · 21:39 Uhr

@Spoing: "Zu der unterschiedlich starken Sonne: In dem Buch ist es ja durchaus so, dass die Sonne im tiefsten Winter teilweise garnichtmehr aufgeht, bzw. nur noch knapp den Horizont überschreited, somit muss es ja auch mit der Planetenneigung zusammenhängen. "

Das geht auch mit Sitnikov. Je nachdem, weit die beiden Sterne gerade auseinander sind und wie hoch der Planet über der Ebene steht, sieht man die Sonne nicht mehr. Natürlich kann der Planet auch eine geneigte Achse haben, das verstärkt den Effekt noch.

Kommentar-Direktlink MartinB· 27.12.11 · 10:47 Uhr

@Florian
Charaktere ermorden ist schon o.k. - aber hätte er nicht die ganzen nervigen Charaktere abschlachten können (den ätzenden John Snow, die olle Drachenprinzessin, wenn ich mich recht entsinne auc die selbstmitleidige Mutter, da gab es genug, aus deren Sicht zu lesen eine Strafe war...)?

Aber wie gesagt, Geschmäcker sind verschieden - obwohl du dir mit der Äußerung "bester Fantasy überhaupt" natürlich schon einen Platz in der "Nicht-Tolkien-über-alles-stell-Hölle" verdient hast ;-)

Kommentar-Direktlink ngl· 27.12.11 · 10:51 Uhr

So wirklich passt dieses System dann ja auch nicht ins Buch. Schließlich würden Tage und Nächte selbst bei einer kompletten umkippung des Planeten um 90° anders aussehen als im Buch beschrieben.

Eher hat die Sonne des Planeten unregelmäßige Zyklen, wo die Leistung um 0,5%-1% schwankt.

Kommentar-Direktlink ngl· 27.12.11 · 10:51 Uhr

So wirklich passt dieses System dann ja auch nicht ins Buch. Schließlich würden Tage und Nächte selbst bei einer kompletten umkippung des Planeten um 90° anders aussehen als im Buch beschrieben.

Eher hat die Sonne des Planeten unregelmäßige Zyklen, wo die Leistung um 0,5%-1% schwankt.

Kommentar-Direktlink Barton Fink· 27.12.11 · 13:49 Uhr

@MartinB: VORSICHT SPOILER!!!

Mit einem deiner nervigen Charaktäre musst nur bis zur letzten aktuellen Seite lesen...

@Florian:
Die Identifikationsfiguren um die Ecke bringen schadet auf lange Sicht meistens, vorallem die damit einhergehenden beliebig und damit uninteressant hinzugesetzten Handlungsstränge.
Beim ersten und zweiten Band dachte ich auch hier könnte ich einen kleinen "Herren der Ringe" in der Hand halten, doch statt diesen Bogen zu spannen reisst der Autor denselben schon im dritten (englischen) Band ein.
Nach diesem Band dachte ich, ich lese das Skriptum eines Serienopernschreibers, meine Euphorie kam zwar im 4ten Band wieder kurz auf nur um dann mit "A Dance with Dragons" wieder abzusterben.
Natürlich werde ich den 6ten Band (ich rede von den englischen Editionen) wieder kaufen... :-)

Kommentar-Direktlink Max· 28.12.11 · 01:33 Uhr

Passt denn in dieses Bild auch, dass es im Norden immer kälter ist? Und würde dabei die Sonne auch immer in der selben Himmelsrichtung auf bzw untergehen? Da sich Personen im Buch ja an dem Stand der Sonne orientieren, müsste das ja dann der Fall sein.

Author Profile Page Florian Freistetter· 28.12.11 · 09:01 Uhr

@Max: Hmm : Wie das mit Sonnenaufgang bzw- untergang ist, hängt von der detaillierten Konfiguration ab. Aber irgendwie würde man das sicher auch einbauen können.

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