Künstlerische Darstellung eines Supererde-Exoplaneten. (ESA/Hubble, M. Kornmesser) Unsere Blaupause für die Bewohnbarkeit von Exoplaneten ist nur eine Welt im gesamten Kosmos: die Erde. Unser Zuhause ist der einzige Planet, von dem wir mit Sicherheit wissen, dass Leben entstanden ist.
Aber die Bedingungen für das Leben, wie wir es kennen, sind möglicherweise nicht auf erdähnliche Planeten beschränkt, und jetzt haben Wissenschaftler eine Art von Exoplaneten identifiziert, auf denen möglicherweise Milliarden von Jahren lang bewohnbare Bedingungen herrschen.
Der Schlüssel liegt in flüssigem Wasser, das langfristig haftet. Hier auf der Erde war die Anwesenheit von flüssigem Wasser für die Entstehung von Leben von entscheidender Bedeutung. Im weiteren Sinne könnten Exoplaneten, die möglicherweise in der Lage sind, flüssiges Wasser zurückzuhalten, eine bessere Chance haben, das Leben, wie wir es derzeit verstehen, zu fördern.
Neue Forschungen unter der Leitung der Astronomin Marit Mol Lous von der Universität Zürich in der Schweiz kommen zu dem Schluss, dass eine schöne, dichte Atmosphäre aus Wasserstoff und Helium tatsächlich sehr lange Temperaturen und lebensfreundliche Bedingungen aufrechterhalten kann.
„Einer der Gründe dafür, dass Wasser auf der Erde flüssig sein kann, ist seine Atmosphäre.“ sagt der theoretische Astrophysiker Ravit Helled der Universität Zürich in der Schweiz.
„Mit seinem natürlichen Treibhauseffekt speichert es genau die richtige Menge Wärme, um die richtigen Bedingungen für Ozeane, Flüsse und Regen zu schaffen.“
Allerdings sah die Erdatmosphäre nicht immer so aus wie heute. Jetzt besteht es hauptsächlich aus Stickstoff, gefolgt von Sauerstoff, mit nur Spuren von Wasserstoff und Helium.
Als der Planet neu entstand, hatte er eine sogenannte Uratmosphäre, die hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium bestand: den Hauptbestandteilen der Staub- und Gaswolke, aus der die Sonne und das Sonnensystem entstanden.
Die Erde verlor ihre ursprüngliche Atmosphäre schon sehr früh, wahrscheinlich als Ergebnis mehrerer Prozesse , einschließlich Strahlung einer sehr heißen jungen Sonne und Meteoritenbeschuss.
Aber es ist möglich, dass a Super-Erde-Exoplanet – einer, der massereicher als die Erde, aber weniger massereich als Neptun ist – könnte seine ursprüngliche Atmosphäre viel länger behalten als die Erde.
„Solche massiven Uratmosphären können auch einen Treibhauseffekt auslösen – ähnlich wie die heutige Erdatmosphäre.“ Held erklärt . „Wir wollten daher herausfinden, ob diese Atmosphären dazu beitragen können, die notwendigen Bedingungen für flüssiges Wasser zu schaffen.“
Um diese Untersuchung durchzuführen, griff das Team auf Simulationen zurück und modellierte Exoplaneten mit unterschiedlichen Kernmassen, Atmosphärenmassen und Umlaufbahnabständen von ihren Wirtssternen, die das Team als sonnenähnlich modellierte.
Ihre Ergebnisse zeigten, dass Exoplaneten mit einer dicken Uratmosphäre tatsächlich warm genug sein könnten, um das Vorhandensein von flüssigem Wasser bis zu 10 Milliarden Jahre lang aufrechtzuerhalten.
So könnte einer dieser Exoplaneten aussehen. (Thibaut Roger/Universität Bern/Universität Zürich)
Aber es gibt Vorbehalte. Um die intensive Sternstrahlung zu vermeiden, die eine Uratmosphäre zerstören kann, muss der Exoplanet ziemlich weit vom Stern entfernt sein – etwa doppelt so weit wie die Erde von der Sonne. Für das Sonnensystem ist das so weit von der Sonne entfernt wie jedes Wasser auf der Oberfläche eines Planeten wahrscheinlich eingefroren .
Aber die Sonne ist nicht die einzige Wärmequelle, die ein Planet genießen kann; Einige Welten, darunter auch die Erde, können ihre eigene Wärme erzeugen. Dies kann auf verschiedenen Wegen geschehen, beispielsweise durch geothermische Prozesse und das Vorhandensein von radioaktive Elemente die beim Verfall Wärme erzeugen.
Wenn also ein Supererde-Exoplanet in dieser Entfernung von seinem Mutterstern sowohl eine Uratmosphäre als auch eine ausreichende innere Erwärmung hätte, um sich warm zu halten, wären die Bedingungen für flüssiges Wasser an der Oberfläche erfüllt, sagten die Forscher.
„Für viele mag das eine Überraschung sein“ sagt der theoretische Astrophysiker Christoph Mordasini der Universität Bern.
„Astronomen gehen normalerweise davon aus, dass flüssiges Wasser in Regionen um Sterne herum vorkommt, die genau die richtige Strahlungsmenge erhalten: nicht zu viel, damit das Wasser nicht verdunstet, und nicht zu wenig, damit nicht alles gefriert.“
„Da die Verfügbarkeit von flüssigem Wasser eine wahrscheinliche Voraussetzung für Leben ist und es wahrscheinlich viele Millionen Jahre gedauert hat, bis Leben auf der Erde entstand, könnte dies den Horizont für die Suche nach außerirdischen Lebensformen erheblich erweitern.“ Basierend auf unseren Ergebnissen könnte es sogar auf sogenannten frei schwebenden Planeten entstehen, die keinen Stern umkreisen.
Dieses interne Erwärmungsmodell könnte hypothetisch das Leben auf Welten mit dicken Eishüllen wie dem Saturnmond unterstützen Enceladus Und Jupiter Der Mond Europa , Und Monde umkreisende Schurken-Exoplaneten, die unverankert durch die Galaxie treiben.
Für das Teammodell ist es erforderlich, dass viele Teile zur richtigen Zeit genau am richtigen Ort sind. Das ist nicht unmöglich – schließlich existiert die Erde und damit auch alles Leben auf ihr –, aber es kann sein, dass es nicht ohne weiteres geschieht.
„Obwohl unsere Ergebnisse aufregend sind, sollten sie mit Vorsicht betrachtet werden.“ Damit solche Planeten lange Zeit über flüssiges Wasser verfügen, müssen sie über die richtige Atmosphäre verfügen. „Wir wissen nicht, wie häufig das vorkommt“, Sagt Mordasini .
„Und selbst unter den richtigen Bedingungen ist unklar, wie wahrscheinlich es ist, dass in einem so exotischen potenziellen Lebensraum Leben entsteht.“ Das ist eine Frage für Astrobiologen. Dennoch haben wir mit unserer Arbeit gezeigt, dass unsere erdzentrierte Vorstellung von einem lebensfreundlichen Planeten möglicherweise zu eng ist.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturastronomie .