(Maksim Shutov/Unsplash) Die Art und Weise, wie ein Planet um seine Rotationsachse gegenüber seiner Umlaufebene um einen Stern geneigt ist – was wir als „axiale Neigung“ kennen – könnte der Schlüssel zur Entstehung komplexen Lebens sein.
Laut einer neuen Studie trägt eine geringfügige axiale Neigung wie die der Erde dazu bei, die Produktion von Sauerstoff zu steigern, der für das Leben, wie wir es kennen, lebenswichtig ist – und Planeten mit zu kleinen oder zu großen Neigungen sind möglicherweise nicht in der Lage, genügend Sauerstoff zu produzieren damit komplexes Leben gedeihen kann.
„Die Quintessenz ist, dass Welten, die geringfügig um ihre Achsen geneigt sind, mit größerer Wahrscheinlichkeit komplexes Leben entwickeln können.“ sagte die Planetenforscherin Stephanie Olson der Purdue University. „Dies hilft uns, die Suche nach komplexem, vielleicht sogar intelligentem Leben im Universum einzugrenzen.“
Es ist natürlich möglich, dass Leben außerhalb der Parameter entsteht, die wir hier auf der Erde kennen, aber dieser blassblaue Punkt ist die einzige Welt, von der wir mit Sicherheit wissen, dass sie Leben beherbergt. Daher ist es sinnvoll, unsere Suchen entsprechend zu modellieren.
Wenn wir anderswo in der Galaxie nach bewohnbaren Welten suchen, achten wir zunächst auf Folgendes: Ist sie relativ klein und felsig wie die Erde? Und umkreist es den Stern in einer Entfernung, die als bewohnbare Zone bezeichnet wird, die Goldlöckchen-Region, in der es nicht zu heiß und nicht zu kalt ist und in der die Temperaturen flüssiges Wasser auf der Oberfläche zulassen?
Diese Fragen sind gut, aber die Faktoren, die zur Entstehung von Leben beitragen, sind wahrscheinlich viel komplexer.
Man geht beispielsweise davon aus, dass das Vorhandensein eines Magnetfelds sehr wichtig ist, da es die Planetenatmosphäre vor Sternwinden schützt. Die Exzentrizität der Umlaufbahn des Planeten und Was für andere Planeten im System vorhanden sind, könnten ebenfalls von entscheidender Bedeutung sein.
Olson und ihr Team gingen etwas detaillierter vor und untersuchten das Vorhandensein und die Produktion von Sauerstoff. Insbesondere die Bedingungen auf dem Planeten, die sich auf die Menge an Sauerstoff auswirken können, die durch photosynthetisches Leben erzeugt wird.
Die meisten Organismen ( wenn auch nicht alle ) auf der Erde benötigen Sauerstoff für Atmung - Wir können nicht ohne leben. Doch die frühe Erde war sauerstoffarm. Unsere Atmosphäre wurde erst vor etwa 2,4 bis 2 Milliarden Jahren reich an Sauerstoff, einem Zeitraum, der als bekannt ist Tolles Oxidationsereignis . Auslöser war ein Boom Cyanobakterien , das große Mengen Sauerstoff als Stoffwechselabfallprodukt abpumpte und so die Entstehung mehrzelligen Lebens ermöglichte.
Olson und ihr Team versuchten mithilfe von Modellierungen zu verstehen, wie die Bedingungen entstanden, unter denen Cyanobakterien gedeihen konnten.
„Das Modell ermöglicht es uns, Dinge wie die Tageslänge, die Menge der Atmosphäre oder die Landverteilung zu ändern, um zu sehen, wie die Meeresumwelt und das sauerstoffproduzierende Leben in den Ozeanen reagieren.“ Olson erklärte .
Ihr Modell zeigte, dass mehrere Faktoren den Nährstofftransport in den Ozeanen so beeinflusst haben könnten, dass sie zum Aufstieg sauerstoffproduzierender Organismen wie Cyanobakterien beigetragen haben.
Mit der Zeit verlangsamte sich die Erdrotation Tage verlängert , und die Kontinente bildeten sich und wanderten. Jede dieser Veränderungen hätte dazu beitragen können, den Sauerstoffgehalt zu erhöhen, fanden die Forscher heraus.
Dann berücksichtigten sie die axiale Neigung. Die Erdachse steht nicht genau senkrecht zu ihrer Umlaufebene um die Sonne; Es ist in einem Winkel von 23,5 Grad zur Senkrechten geneigt – man stelle sich einen Desktop-Globus vor.
Diese Neigung ist der Grund, warum wir Jahreszeiten haben – die Neigung von der Sonne weg oder zur Sonne hin beeinflusst die saisonale Variabilität. Saisonale Temperaturänderungen beeinflussen auch die Ozeane und führen zu konvektiver Vermischung und Strömungen Verfügbarkeit von Nährstoffen .
Daher ist es vielleicht nicht überraschend, dass die axiale Neigung in der Studie des Teams einen signifikanten Einfluss auf die Sauerstoffproduktion hatte.
„Eine stärkere Neigung steigerte in unserem Modell die photosynthetische Sauerstoffproduktion im Ozean, teilweise durch eine Steigerung der Effizienz, mit der biologische Inhaltsstoffe recycelt werden“, erklärte die Planetenforscherin Megan Barnett der University of Chicago.
„Der Effekt ähnelte einer Verdoppelung der Menge an lebenserhaltenden Nährstoffen.“
Aber es gibt eine Grenze. Uranus zum Beispiel ist es um 98 Grad von der Senkrechten geneigt . Eine solch extreme Neigung würde zu einer Saisonalität führen, die möglicherweise zu extrem für das Leben ist. Eine kleine Neigung könnte auch zu nicht genügend Saisonalität führen, um das richtige Maß an Nährstoffverfügbarkeit zu fördern. Dies deutet darauf hin, dass es möglicherweise auch eine Goldlöckchen-Zone für die axiale Neigung gibt – weder zu extrem noch zu klein.
Dies ist ein weiterer Parameter, den wir nutzen können, um die Planeten an anderer Stelle in der Galaxie einzugrenzen, auf denen es wahrscheinlich Leben gibt, wie wir es kennen.
„Diese Arbeit zeigt, wie Schlüsselfaktoren, einschließlich der Saisonalität eines Planeten, die Möglichkeit, Sauerstoff aus Leben außerhalb unseres Sonnensystems zu finden, erhöhen oder verringern könnten.“ sagte der Biogeochemiker Timothy Lyons der University of California Riverside.
„Diese Ergebnisse werden uns bei der Suche nach diesem Leben mit Sicherheit als Orientierung dienen.“
Die Forschung wurde auf der vorgestellt 2021 Goldschmidt Geochemie-Konferenz .