(NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill) Bei der Suche nach bewohnbaren Exoplaneten geht es um mehr – viel mehr – als darum, ob sie den richtigen Abstand zu ihrem Stern für flüssiges Wasser haben. Ist der Planet zum Beispiel felsig wie die Erde? Mars , Und Venus ? Gibt es Plattentektonik und ein Magnetfeld? Hat es eine Atmosphäre?
Es gibt noch eine weitere wichtige Frage: Wird die Welt durch andere Exoplaneten im Orbit um denselben Stern beeinträchtigt? Um dies besser zu verstehen, untersuchen Astronomen die gewaltige Anziehungskraft des Gasriesen Jupiter hat auf der Umlaufbahn unseres eigenen Planeten.
Die Technik wurde in einem neuen Papier beschrieben, das angenommen wurde Das Astronomische Journal und hochgeladen auf arXiv .
Obwohl die Planeten in unserem Sonnensystem ziemlich weit voneinander entfernt sind, sind sie dennoch nahe genug, dass sie sich gegenseitig in ihren Umlaufbahnen beeinflussen, wenn auch nur ein wenig.
Für die Erde bedeutet das, dass Wechselwirkungen mit Jupiter und Saturn (hauptsächlich) die elliptische Form ihrer Umlaufbahn verlängern und ihre axiale Neigung beeinflussen können, wodurch sogenannte glaziale und interglaziale Klimazyklen entstehen Milankovitch-Zyklen .
Im Großen und Ganzen hat dies das Gedeihen des Lebens trotz der Eiszeitereignisse nicht verhindert. Aber was wäre, wenn der Einfluss Jupiters stärker wäre und die Erdumlaufbahn noch länger und exzentrischer würde? Was würde das für die Bewohnbarkeit der Erde bedeuten?
„Wenn die Umlaufbahn der Erde so variabel wäre wie die Umlaufbahn von Quecksilber In unserem Sonnensystem wäre die Erde nicht bewohnbar. Das Leben gäbe es hier nicht“, erklärte der Astronom Jonti Horner von der University of Southern Queensland gegenüber Energyeffic.
'Der Exzentrizität der Umlaufbahn des Merkur kann bis zu 0,45 betragen. Wenn die Exzentrizität der Erde so hoch wäre, wäre die Erde näher an der Sonne als die Venus, wenn sie der Sonne am nächsten ist, und so weit entfernt wie der Mars, wenn sie am weitesten von der Sonne entfernt ist.
Es war nicht bekannt, ob Jupiter eine Veränderung dieser Größenordnung bewirken könnte, also starteten Horner und ein internationales Team von Kollegen ein Projekt, um das herauszufinden. Sie erstellten Simulationen des Sonnensystems und bewegten Jupiter, um zu sehen, was passieren würde.
Die Ergebnisse waren ziemlich überraschend. Das Team stellte fest, dass ihre Simulation funktionierte, was bedeutete, dass sie eine Simulation des Systems durchführen konnten, um zu bestimmen, wie die Planeten gravitativ interagieren und wie die Planeten den Stern tatsächlich umkreisen, und dies anhand unseres Verständnisses des Einflusses des Sonnensystems auf Milankovitch-Zyklen abzubilden.
Sie zeigten aber auch, wie schnell alles auseinanderfallen kann.
„Eines der Dinge, die wir sofort herausgefunden haben, war, dass es eigentlich ganz einfach ist, unser Sonnensystem instabil zu machen“, sagte Horner gegenüber Energyeffic.
„In etwa drei Vierteln unserer Simulationen platzieren wir Jupiter, während wir ihn bewegen, an Orten, an denen das Sonnensystem innerhalb von 10 Millionen Jahren auseinanderfiel.“ Die Planeten begannen miteinander zu kollidieren und wurden aus dem Sonnensystem geschleudert.'
Auch wenn das ein wenig alarmierend klingt, sind diese Ergebnisse für die Exoplanetenforschung eigentlich nicht relevant, da alle Exoplanetensysteme, die lange genug existieren, um von uns entdeckt zu werden, höchstwahrscheinlich stabil sind.
Tatsächlich gab es bei unserer Suche nach außerirdischen Welten tatsächlich einige gute Neuigkeiten – im verbleibenden Viertel der Simulationen, die das Team bis zum Abschluss durchführte, war die Erde eigentlich ziemlich normal und bewohnbar.
Dies, so die Forscher, widerspreche dem Seltene Erden-Hypothese Das legt nahe, dass die Bedingungen, die das Leben auf der Erde hervorgebracht haben, so einzigartig sind, dass sie nirgendwo sonst im Universum wiederholt werden können.
„Die Erde befand sich ziemlich genau in der Mitte.“ Es war nicht schnell. Es war nicht langsam. Es war nicht groß, es war nicht klein. „Es war wirklich durchschnittlich“, sagte Horner.
„Was zumindest für diese Art von Orbitaleinflüssen und Orbitalstörungen darauf hindeutet, dass es sich nicht um seltene Erden handelt, sondern dass die meisten Planeten, die man in den von uns simulierten Systemen auf der Erdumlaufbahn findet, genauso für Leben geeignet wären wie die Erde, wenn nicht sogar besser.“ der Gesichtspunkt der zyklischen [Klima-]Schwankungen.“
Dies sind wichtige Beobachtungen, denn das ultimative Ziel der Forschung besteht darin, einen Test zu entwickeln, der dabei hilft, einzugrenzen, welche Exoplaneten einer zukünftigen Beobachtung wert sind.
Irgendwann in der Zukunft wird unsere Technologie ausgereift genug sein, um viele kleinere, erdgroße Exoplaneten in der bewohnbaren Zone zu entdecken. Da jedoch die begrenzte Teleskopzeit sehr gefragt ist, müssen wir andere erste Schritte identifizieren, die wir unternehmen können, um zu beurteilen, ob es sich lohnt, einen bestimmten Exoplaneten weiter zu untersuchen.
Eine Möglichkeit wäre, die Auswirkungen anderer Exoplaneten im Orbit um denselben Stern auf die potenzielle Bewohnbarkeit zu untersuchen.
„Wir werden niemals Planetensysteme finden, in denen sich nur ein Planet befindet und nichts anderes“, erklärte Horner.
Und hier kommen die Simulationen ins Spiel. Sie könnten dazu dienen, nicht nur die Dynamik des Systems zu bestimmen, sondern auch die Wahrscheinlichkeit, dass der betreffende Exoplanet über lange Zeiträume bewohnbar geblieben ist.
Es wird noch einige Zeit vergehen, bis die Arbeit des Teams in großem Maßstab umgesetzt werden kann. Unsere aktuellen Instrumente sind nicht leistungsstark genug, um die betreffenden Exoplaneten aufzuspüren. Das wird sich in den nächsten zehn Jahren ändern, wenn immer fortschrittlichere Teleskope in den Himmel fliegen.
Das bedeutet auch, dass noch mehr Arbeit vor uns liegt. Das Team hofft, dass ihre Arbeit dazu führt, dass Planetenastronomen sofort mit Simulationen beginnen können, wenn bewohnbare Exoplaneten entdeckt werden. Das bedeutet, dass die Simulationen angepasst werden müssen, um zu sehen, was passiert, wenn man sich um andere Planeten des Sonnensystems wie die Venus bewegt , Mars und Saturn.
„Ich denke, diese Komplexität ist es, mit der wir uns befassen werden“, sagte Horner.
„Und später werden wir auch versuchen, diese Arbeit mit den von Menschen entwickelten Klimamodellen zu verknüpfen, um zu sehen, ob sich daraus eine vollständig prädiktive Klimalösung entwickeln lässt.“
„Mit anderen Worten: Wenn Sie die Umlaufbahnen der Planeten kennen, können Sie dann vorhersagen, wie variabel das Klima sein wird, anstatt nur vorherzusagen, wie variabel die Umlaufbahn sein wird?“ Es bringt Klimawissenschaft und Astronomie auf brillante Weise zusammen.“
Die Forschung wurde angenommen Das Astronomische Journal , und ist verfügbar unter arXiv .