Die Erdatmosphäre könnte dank eines chemischen Prozesses eine wirklich seltene Sache sein

Das Leben hat derzeit eine Stichprobengröße von nur eins. Ohne einen oder zwei Außerirdische, die die Grenzen der Biologie erweitern, setzt die Evolutionsgeschichte der Erde die Grenzen dafür, ob wir erwarten können, dass andere Planeten komplexe Lebewesen wie uns hervorbringen.

Angesichts der Tatsache, dass viele Lebensformen dem eine große Schuld schulden Sauerstoff in unserer Atmosphäre , ist es bei unserer Suche nach Außerirdischen ganz natürlich, nach anderen Planeten Ausschau zu halten, die von einer ähnlichen Gasmischung umgeben sind. Doch eine neue Studie legt nahe, dass wir noch viel Geduld brauchen werden.

Forscher der Universität Neapel Federico II und des Astronomischen Observatoriums INAF Capodimonte in Italien untersuchten die Lichtstärke, die von zehn potenziell bewohnbaren Exoplaneten um verschiedene Arten von Sternen empfangen wurde, und konnten keine einzige Übereinstimmung mit der Erdatmosphäre finden.

Basierend auf dem, was wir von den Tausenden von Planeten beobachtet haben, die andere Sterne umkreisen, ist die Erde bereits Mitglied eines relativ exklusiven Clubs. Sobald Sie zahlreiche ausgeschlossen haben Gasriesen , geröstete Steinbällchen , Und gefrorene Supererden , es gibt nicht viele Kandidaten, die die Art von Biochemie haben könnten, mit der wir vertraut sind.

Wenn jedoch auch nur ein kleiner Bruchteil der Milliarden von Sternen ein paar große Körper haben, die nahe genug umkreisen, dass sich flüssiges Wasser auf ihren Oberflächen ansammeln kann, könnten wir nach oben blicken Hunderte Millionen Gärten Eden in unserer Galaxie.

Der Anbau selbst der einfachsten Gärten erfordert – zumindest nach irdischen Maßstäben – ausreichend Sonnenlicht. Es reicht auch nicht jede Art von Sonneneinstrahlung aus. Die Umwandlung von Kohlendioxid und Wasser in Glukose und diese ach so praktischen Sauerstoffmoleküle erfordert eine Lichtqualität, die energiereich genug ist, um Reaktionen auszulösen, ohne Proteine ​​zu zerstören.

Angesichts der Tatsache, dass Exoplaneten in bewohnbaren Zonen im Allgemeinen viel Sonnenlicht erhalten und die sauerstoffhaltige Photosynthese schon so früh in der Erdgeschichte stattfand, kann man mit Fug und Recht davon ausgehen, dass es sich hierbei um einen recht häufigen Prozess unter Sternen handelt.

Um diese Annahme zu überprüfen, maßen die Forscher das Licht, das auf verschiedene Planetenoberflächen fällt, sowie die Ausbreitung der Wellenlängen, aus denen die Strahlung besteht, und berechneten den Grad der „Exergie“, also die Menge an Arbeit, die aus dem Sonnenschein herausgequetscht werden könnte.

Wenn nur mehr dieser Sterne so schön wären wie unsere.

Die meisten sind rote Zwerge – temperamentvolle Sonnen Sie sind in der Lage, ihre inneren Planeten mit heftigen Winden zu durchkämmen, die ihre Atmosphäre schnell zerstören würden.

Unter der Annahme, dass es Planeten gäbe, die in der Lage wären, solche Ausbrüche zu überstehen, stellten die Forscher fest, dass die kühleren Temperaturen eines Roten Zwergs dennoch wahrscheinlich nicht die Intensität der richtigen Wellenlängen liefern würden, um die Photosynthese zu aktivieren.

„Da Rote Zwerge bei weitem die häufigste Sternart in unserer Galaxie sind, deutet dieses Ergebnis darauf hin, dass erdähnliche Bedingungen auf anderen Planeten möglicherweise viel seltener vorkommen, als wir vielleicht hoffen.“ sagt Garbe.

Hellere Sterne wären besser und würden viel Energie produzieren, aber sie werden wahrscheinlich nicht die Milliarden von Jahren leben, die erforderlich sind, um den Sauerstoffkomplex auszupumpen, den das Leben auf der Erde braucht, um in Gang zu kommen.

Alles in allem könnte ein Stern, der halb so hell wie unsere Sonne ist, sehen, wie die Photosynthese beginnt, es würde ihm aber schwer fallen, eine komplexe Biosphäre zu erzeugen.

Unter den Planeten, die als Fallstudien herangezogen wurden, wäre genau Null in der Lage, ausreichend Photosynthese anzutreiben, um eine mit Kohlendioxid gefüllte Atmosphäre in eine erdähnliche Richtung zu kippen.

„Diese Studie schränkt den Parameterraum für komplexes Leben stark ein, so dass es leider so aussieht, als ob der ‚Sweet Spot‘ für die Unterbringung einer reichen erdähnlichen Biosphäre nicht so groß ist.“ sagt Garbe.

Ein Planet, den wir kennen, kommt diesem Sweet Spot ziemlich nahe.

Kepler-442b umkreist einen orangefarbenen Zwerg mit etwa 60 Prozent der Sonnenmasse, etwa 1.200 Lichtjahre entfernt. Mit etwa der doppelten Masse der Erde und einer Rotation, die es ihr ermöglicht, Wärme abzugeben, sieht sie bisher wie ein potenzielles Paradies aus.

Die meisten Photosynthesereaktionen auf der Erde erreichen ihren Höhepunkt bei Wellenlängen um 700 Nanometer. Aber wenn eine Art außerirdisches Moos auf Kepler-442b eine Möglichkeit entwickeln würde, etwas längere Wellenlängen von etwa 800 Nanometern aufzusaugen, würde es von den Vorteilen von 20 Prozent mehr Photonen profitieren.

Wenn wir unsere Bibliothek bekannter Welten erweitern, ist es möglich, dass wir bessere Kandidaten für Biosphären wie unsere entdecken.

Die Evolution auf unserem eigenen Planeten schockiert uns weiterhin, sodass wir uns die vielfältigen Arten von Ökosystemen, die draußen im Kosmos möglich sind, nur vorstellen können. Soweit wir wissen, könnten chemosynthetische Eismonde die Mehrheit ausmachen. Vielleicht gibt es Variationen der Photosynthese, die wir angesichts der Grenzen unserer Erfahrung auf der Erde einfach nicht verstehen können.

Zu erfahren, dass wir ungewöhnlich sind, bedeutet nicht, dass wir unbedingt allein sind. Aber basierend auf dem, was wir entdecken, können wir uns einen Moment Zeit nehmen, um zu schätzen, dass unser Lebensgeschmack etwas ganz Besonderes ist.

Diese Studie wurde veröffentlicht in Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society .