Der nächstgelegene Planet, der jemals außerhalb des Sonnensystems entdeckt wurde, könnte mit einem Ozean am Tag bewohnbar sein

In von August 2016 bestätigten Astronomen der Europäischen Südsternwarte (ESO) die Existenz eines erdähnlichen Planeten um Proxima Centauri – den unserem Sonnensystem am nächsten gelegenen Stern. Darüber hinaus bestätigten sie, dass dieser Planet (Proxima b) innerhalb der Umlaufbahn seines Sterns kreiste bewohnbare Zone . Seitdem wurden mehrere Studien durchgeführt, um festzustellen, ob Proxima b tatsächlich bewohnbar sein könnte.

Leider waren die meisten dieser Forschungen nicht sehr ermutigend. Viele Studien haben zum Beispiel gezeigt, dass die Sonnenerfahrungen von Proxima b zu viel Fackelaktivität für den Planeten, eine Atmosphäre und flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche aufrechtzuerhalten. Allerdings in einem neuen NASA-geführte Studie , hat ein Team von Wissenschaftlern verschiedene Klimaszenarien untersucht, die darauf hindeuten, dass Proxima b noch genug Wasser haben könnte, um Leben zu erhalten.

Die Studie mit dem Titel „ Bewohnbare Klimaszenarien für Proxima Centauri b mit dynamischem Ozean “, erschien kürzlich in der wissenschaftlichen ZeitschriftAstrobiologie.Die Studie wurde von Anthony D. Del Genio vom Goddard Institute for Space Studies (GISS) der NASA geleitet und umfasste Mitglieder des NASA Goddard Space Flight Center (GSFC), der Columbia University und Trinnovim LLC – einem IT-Unternehmen, das institutionelle und Missionsunterstützung bietet für den GSFC.

Künstlerische Darstellung von Proxima b, die mit der Radial Velocity Methode entdeckt wurde. Bildnachweis: ESO/M. Kornmesser

Um es aufzuschlüsseln, stehen Planeten wie Proxima b – die Sterne vom Typ M (Roter Zwerg) umkreisen – vor vielen Herausforderungen, wenn es um die Bewohnbarkeit geht. Zum einen hätte seine enge Umlaufbahn um seinen Stern wahrscheinlich zu einem frühen Zeitpunkt seiner Geschichte zu einem außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt geführt. Es wäre auch intensiver Strahlung (Röntgenstrahlen und extremer ultravioletter Strahlung) und Sonnenwind ausgesetzt – was zu katastrophalen atmosphärischen und Wasserverlusten führen würde.

Es gibt jedoch vieles, was wir über die Evolutionsgeschichte von Proxima b nicht wissen, und es gibt Szenarien, in denen eine Bewohnbarkeit möglich sein könnte. Wie Anthony D. Del Genio Universe Today per E-Mail sagte:

„Zuallererst wissen wir nicht, ob Prox b überhaupt eine Atmosphäre hat und wenn ja, ob es Wasser enthält. Ohne diese kann das Leben, wie wir es kennen, nicht existieren. Es könnte sich um Prox b handeln, das ursprünglich ohne Atmosphäre gebildet wurde, oder dass es sich mit einer Atmosphäre, aber in einem wasserarmen Sternsystem, gebildet hat. Oder es könnte mit einer bescheidenen Atmosphäre und viel Wasser entstanden sein. Oder es könnte sich mit einer sehr dicken Atmosphäre gebildet haben. Wir wissen es nur noch nicht.

„Zweitens ist Proxima Centauri ein M-Stern oder ‚Roter Zwerg‘. Diese Sterne sind viel kleiner und kühler als unsere Sonne, daher muss ein Planet einem solchen Stern sehr nahe sein, damit er genug Sternenlicht erhält, um ein bewohnbares Klima zu haben . Das Problem dabei ist, dass M-Sterne dazu neigen, ihr ganzes Leben lang sehr aktiv zu sein.“

„Drittens sind M-Sterne in ihrem frühen Leben sehr hell und heiß, was bedeutet, dass Prox b, wenn es bewohnbar wäre, sich möglicherweise schon früh erwärmt und sein Wasser verloren hätte, bevor das Leben sich durchsetzen konnte.“

Künstlerische Darstellung eines flammenden Roten Zwergsterns, der von einem Exoplaneten umkreist wird. Bildnachweis: NASA, ESA und G. Bacon (STScI)

Die Flare-Aktivität ist ein besonders großes Problem, wenn es um Proxima Centauri geht, die selbst für Rote Zwerge variabel und instabil ist. Tatsächlich hat sich in den letzten Jahren zwei besonders starke Fackeln wurden vom System kommend gesichtet. Der zweite war so stark, dass er mit bloßem Auge gesehen werden konnte, was darauf hindeutet, dass jedem Planeten, der Proxima Centauri umkreist, im Laufe der Zeit seine Atmosphäre entfernt werden würde.

Wie sie in ihrer Studie zeigen, gibt es jedoch viele mögliche Szenarien, in denen Proxima b das Leben noch unterstützen könnte. Darüber hinaus gibt es eine Reihe von Unsicherheiten, wenn es um lebensfeindliche Dinge geht, die Proxima b etwas Spielraum geben könnten. Dazu gehört laut Del Genio die Möglichkeit, dass sich Proxima b weiter von seinem Stern entfernt bildete und allmählich nach innen wanderte, was bedeuten würde, dass es keinen frühen harten Bedingungen ausgesetzt war.

Zweitens könnte es mit dem Zehnfachen des Wassers der Erde gebildet worden sein; Selbst wenn die starke Strahlung von Proxima Centauri 90 % seines Wassers entfernt hätte, hätte es immer noch genug Wasser, um einen Ozean zu haben. Es könnte sich auch mit einer dicken Wasserstoffhülle gebildet haben, die entfernt worden sein könnte und einen „bewohnbaren Kern“ einer Atmosphäre hinterlassen hätte.

'Wir wissen es einfach nicht', sagte Del Genio. „Um zukünftigen Beobachtern Anhaltspunkte zu geben, stellen wir uns vor, dass er eine Atmosphäre und Wasser hat, und fragen uns angesichts des Sterns, den er umkreist und der Entfernung von diesem Stern, wie einfach oder schwierig es ist, sich eine Atmosphäre und einen Ozean vorzustellen die zusammen bewohnbare Bedingungen an der Oberfläche erzeugen könnten (definiert als warm genug, um flüssiges Wasser zu halten, aber nicht so warm, dass alles verdunstet).

Diese Infografik vergleicht die Umlaufbahn des Planeten um Proxima Centauri (Proxima b) mit derselben Region des Sonnensystems. Bildnachweis: Pale Red Dot

Um diese Möglichkeiten zu adressieren, führten Del Genio und seine Kollegen eine Reihe von 3D-Simulationen mit dem Auflösen von Orbital- und Klimaschlüsseln der Erde und außerirdischer Umgebungen mit Dynamik (ROCKE -3D)-Software. Als planetarische Adaption des NASA GISS Modell E2 Globale Klimamodellierung der Erde Software wurde ROCKE-3D verwendet, um vergangene und zukünftige Perioden in der Erdgeschichte und eine potenziell bewohnbare alte Venus zu simulieren.

Mit dieser Software modellierte das Team eine Reihe verschiedener Arten potenzieller Atmosphären für Prox b, darunter eine erdähnliche Atmosphäre (dominiert von Stickstoff mit geringen CO2-Mengen zur Erwärmung des Planeten) und eine marsähnliche Atmosphäre (reines CO2 .). ). Sie überlegten auch, ob seine Atmosphäre dünner oder dicker als die der Erde wäre, seine Ozeane mehr oder weniger salzig (sowie tiefer oder flacher) und ob der Ozean den gesamten Planeten bedeckte oder nicht.

Zu guter Letzt überlegten sie, ob der Planet durch Gezeiten mit seinem Stern verbunden ist oder (wie Merkur) eine 3:2-Orbitalresonanz hat – bei der sich der Planet bei jeder zweiten Umlaufbahn dreimal um seine Achse dreht. Wie Del Genio erklärte:

„Für jede Konfiguration, die wir uns vorstellen, führen wir ein globales 3-D-Klimamodell durch, das aus dem Klimamodell der Erde angepasst ist, das wir verwenden, um die Erwärmung des 21. Jahrhunderts aufgrund der Zugabe von Treibhausgasen in die Atmosphäre durch den Menschen zu prognostizieren. Das wesentliche Merkmal unseres Klimas hierfür ist, dass wir einen „dynamischen“ Ozean einbeziehen, d. h. einen Ozean mit Strömungen, die warmes Wasser an kühlere Orte transportieren. Frühere Studien zu Prox b hatten einen ‚Statis‘-Ozean verwendet, der sich erwärmt und abkühlt, sich aber nicht bewegt.“

Künstlerische Darstellung eines wässrigen Exoplaneten, der einen weit entfernten Roten Zwergstern umkreist. Neue Forschungen deuten darauf hin, dass Proxima b besonders wässrig sein könnte. Bildnachweis: CfA

Daraus fanden Del Genio und seine Kollegen, dass jeder denkbare Fall einen Planeten hervorbrachte, der zumindest etwas flüssiges Oberflächenwasser hatte. Sie fanden auch heraus, dass der Wärmetransport zwischen der sonnenzugewandten Seite und der dunklen Seite im Falle eines durch Gezeiten blockierten Planeten auch dazu führen könnte, dass der gesamte Planet bewohnbar ist.

„Wenn es also eine Atmosphäre und Wasser hat, hat Prox b ziemlich gute Chancen, bewohnbar zu sein“, sagte Del Genio. „Wir fanden auch heraus, dass die Meeresströmungen warmes Wasser von der Tagseite zur Nachtseite transportierten, wodurch Teile der Nachtseite bewohnbar blieben, obwohl sie kein Licht sehen. Und wenn der Ozean sehr salzig ist, könnte fast der gesamte Planet von Flüssigkeit bedeckt sein, aber mit Temperaturen unter dem üblichen Gefrierpunkt fast überall.“

Für diejenigen, die in letzter Zeit ständig mit schlechten Nachrichten über Proxima b verwöhnt wurden, ist diese neueste Forschung sehr ermutigend. Obwohl Beobachtungen gezeigt haben, dass Proxima Centauri variabel ist und einige bedeutende Fackeln erzeugt hat, gibt es immer noch viele Szenarien, in denen Proxima b noch bewohnbar sein könnte. Ob dies der Fall ist oder nicht, hängt jedoch von zukünftigen Beobachtungen ab. Wie Del Genio es ausdrückte:

„Leider scheint Prox b von der Erde aus gesehen nicht zu passieren, was es schwieriger macht, eine Atmosphäre zu erkennen und zu sagen, was sich darin befindet. In ziemlich naher Zukunft werden Astronomen jedoch in der Lage sein, die von Prox b an den Weltraum abgegebene Wärme zu überwachen, während es sich auf seiner Umlaufbahn bewegt. Unsere Ergebnisse zeigen, dass es möglich sein sollte, einen Planeten mit einer Atmosphäre ohne Atmosphäre und eine dünne kalte Atmosphäre von einer dicken warmen Atmosphäre zu unterscheiden.“

Künstlerische Darstellung eines bewohnbaren Exoplaneten, der einen Roten Zwergstern umkreist. Die Bewohnbarkeit der Planeten roter Zwergsterne ist mutmaßlich. Bildnachweis: ESO/M. Kornmesser.

Es könnte sich auch auf andere Gesteinsplaneten erstrecken, die Sterne vom Typ M (Roter Zwerg) umkreisen, was noch ermutigender ist. Angesichts der Tatsache, dass diese Sterne allein in der Milchstraße über 70 % der Sterne ausmachen, erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass sie potenziell bewohnbare Planeten unterstützen, die Chancen, außerirdisches Leben zu finden, erheblich.

In den kommenden Jahren wird erwartet, dass Instrumente der nächsten Generation eine wichtige Rolle bei der Erkennung und Charakterisierung von Exoplaneten spielen werden. Dazu gehören die James Webb Weltraumteleskop (JWST), die Weitfeld-Infrarot-Vermessungsteleskop (WFIRST) und bodengestützte Instrumente wie die Extrem großes Teleskop (ELT) und die Riesen-Magellan-Teleskop (MITTLERE GREENWICH-ZEIT). Und Sie können darauf wetten, dass ein Teil ihrer Zeit der Erforschung des der Erde am nächsten gelegenen Exoplaneten gewidmet wird!

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