Seit der Kepler-Weltraumteleskop ins All geschossen wurde, ist die Zahl der bekannten Planeten außerhalb unseres Sonnensystems (Exoplaneten) exponentiell gewachsen. Derzeit, 3.917 Planeten wurden in 2.918 Sternensystemen bestätigt, während 3.368 auf eine Bestätigung warten. Von diesen, ungefähr 50 Umlaufbahn innerhalb ihres Sterns zirkumstellare bewohnbare Zone (alias „Goldilocks Zone“) , die Entfernung, in der flüssiges Wasser auf der Oberfläche eines Planeten existieren kann.
Neuere Forschungen haben jedoch die Möglichkeit aufgeworfen, dass wir es als bewohnbare Zone betrachten, ist zu optimistisch. nach a neue Studie das kürzlich online erschienen ist, mit dem Titel „ Eine begrenzte bewohnbare Zone für komplexes Leben “ könnten bewohnbare Zonen viel enger sein als ursprünglich angenommen. Diese Funde könnten einen drastischen Einfluss auf die Zahl der Planeten haben, die Wissenschaftler als „potenziell bewohnbar“ betrachten.
Die Studie wurde von Edward W. Schwieterman, einem NASA Postdoctoral Program Fellow an der University of California, Riverside, geleitet und umfasste Forscher der Alternative Earths-Team (Teil von dem NASA Astrobiologisches Institut ), das Nexus für Exoplaneten-Systemwissenschaften (NExSS) und die NASA Goddard Institute for Space Studies .
Nach früheren Schätzungen basierend aufKeplerDaten kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass es wahrscheinlich 40 Milliarden erdähnliche Planeten allein in der Milchstraße, von denen 11 Milliarden wahrscheinlich wie Sterne unsere Sonne umkreisen (d. h. gelbe Zwerge vom Typ G). Andere Untersuchungen haben gezeigt, dass diese Zahl so hoch sein könnte wie 60 Milliarden oder auch 100 Milliarden , abhängig von den Parametern, mit denen wir bewohnbare Zonen definieren.
Diese Ergebnisse sind sicherlich ermutigend, da sie darauf hindeuten, dass die Milchstraße vor Leben nur so wimmeln könnte. Leider haben neuere Forschungen zu extrasolaren Planeten diese früheren Schätzungen in Zweifel gezogen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn Gezeiten-gesperrte Planeten diese Umlaufbahn Sterne vom Typ M (Roter Zwerg) sind besorgt.
Darüber hinaus hat die Erforschung der Entwicklung des Lebens auf der Erde gezeigt, dass Wasser allein kein Leben garantiert – auch nicht die Anwesenheit von Sauerstoffgas . Darüber hinaus betrachteten Schwieterman und seine Kollegen zwei weitere wichtige Biosignaturen, die für das Leben, wie wir es kennen, essentiell sind – Kohlendioxid und Kohlenmonoxid.
Zu viele dieser Verbindungen würden für komplexes Leben toxisch sein, während zu wenig bedeuten würde, dass frühe Prokaryonten nicht auftauchen würden. Wenn Leben auf der Erde ein Hinweis ist, sind grundlegende Lebensformen unerlässlich, wenn sich komplexere, sauerstoffverbrauchende Lebensformen entwickeln sollen. Aus diesem Grund versuchten Schwieterman und seine Kollegen, die Definition einer bewohnbaren Zone zu überarbeiten, um dies zu berücksichtigen.
Die heftigen Ausbrüche von Roten Zwergsternen, insbesondere jungen, können Planeten in ihrer sogenannten habitablen Zone unbewohnbar machen. Bildquelle: Quelle: NASA, ESA und D. Player (STScI)
Um fair zu sein, ist die Berechnung der Ausdehnung einer bewohnbaren Zone nie einfach. Die Oberflächentemperatur eines Planeten hängt neben der Entfernung von seinem Stern von verschiedenen Rückkopplungsmechanismen in der Atmosphäre ab – etwa dem Treibhauseffekt. Darüber hinaus geht die konventionelle Definition einer bewohnbaren Zone von der Existenz von „ Wie Erde ' Bedingungen.
Dies impliziert eine Atmosphäre, die reich an Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid und Wasser ist und durch den gleichen geochemischen Karbonat-Silikat-Kreislaufprozess stabilisiert wird, der auf der Erde existiert. Durch Sedimentation und Verwitterung werden Silikatgesteine kohlenstoffhaltig, während durch geologische Aktivität Kohlenstoffgesteine wieder silikatbasiert werden.
Dies führt zu einer Rückkopplungsschleife, die dafür sorgt, dass der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre relativ stabil bleibt und so eine Erhöhung der Oberflächentemperaturen (auch bekannt als Treibhauseffekt) ermöglicht. Je näher der Planet am inneren Rand der bewohnbaren Zone liegt, desto weniger Kohlendioxid wird dafür benötigt. Wie Schwieterman in einem kürzlich erschienenen Artikel von MIT-Technologie-Überprüfung :
„Aber für die mittleren und äußeren Regionen der bewohnbaren Zone müssen die atmosphärischen Kohlendioxidkonzentrationen viel höher sein, um die Temperaturen aufrechtzuerhalten, die für flüssiges Oberflächenwasser förderlich sind.“
Exoplanet Kepler 62f würde eine kohlendioxidreiche Atmosphäre benötigen, damit Wasser in flüssiger Form vorliegen kann. Künstlerische Illustration: NASA Ames/JPL-Caltech/T. Pyle
Zur Veranschaulichung verwendete das Team Kepler-62f als Beispiel eine Supererde, die einen Stern vom Typ K (etwas kleiner und dunkler als unsere Sonne) umkreist, der sich etwa 990 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet. Dieser Planet umkreist seinen Stern in ungefähr der gleichen Entfernung wie die Venus die Sonne, aber die geringere Masse des Sterns bedeutet, dass er sich am äußeren Rand der bewohnbaren Zone befindet.
Als er 2013 entdeckt wurde, dachte man, dieser Planet sei ein guter Kandidat für außerirdisches Leben, vorausgesetzt, es besteht ein ausreichender Treibhauseffekt. Schwieterman und seine Kollegen berechneten jedoch, dass dafür 1.000 Mal mehr Kohlendioxid (300 bis 500 Kilopascal) benötigt würde, als auf der Erde existierte, als sich komplexe Lebensformen erstmals entwickelten (vor ca. 1,85 Milliarden Jahren).
Diese Menge Kohlendioxid wäre jedoch für die meisten komplexen Lebensformen hier auf der Erde giftig. Infolgedessen wäre Kepler-62f kein geeigneter Kandidat für das Leben, selbst wenn es warm genug wäre, um flüssiges Wasser zu haben. Nachdem sie diese physiologischen Einschränkungen berücksichtigt hatten, kamen Schwieterman und sein Team zu dem Schluss, dass die bewohnbare Zone für komplexes Leben deutlich enger sein muss – ein Viertel der zuvor geschätzten.
Schwieterman und seine Kollegen berechneten auch, dass einige Exoplaneten wahrscheinlich einen höheren Kohlenmonoxidgehalt aufweisen, weil sie kühle Sterne umkreisen. Dies schränkt die bewohnbaren Zonen der Roten Zwergsterne erheblich ein, die 75 % der Sterne im Universum ausmachen – und von denen angenommen wird, dass sie die wahrscheinlichster Ort um Planeten zu finden, die in der Natur terrestrisch (d. h. felsig) sind.
Ein Diagramm, das die Grenzen der Habitable Zone (HZ) darstellt und wie die Grenzen vom Sterntyp beeinflusst werden. Bildnachweis: Wikipedia Commons/Chester Harman
Diese Ergebnisse könnten drastische Auswirkungen auf das haben, was Wissenschaftler als „potenziell bewohnbar“ betrachten, ganz zu schweigen von den Grenzen der bewohnbaren Zone eines Sterns. Als Schwieterman erklärt :
„Eine Schlussfolgerung ist, dass wir möglicherweise nicht erwarten, auf Planeten, die späte M-Zwerge umkreisen, oder auf potenziell bewohnbaren Planeten in der Nähe des äußeren Randes ihrer bewohnbaren Zonen Anzeichen für intelligentes Leben oder Technosignaturen zu finden.“
Um die Sache noch komplizierter zu machen, ist diese Studie eine von mehreren, die zusätzliche Beschränkungen auferlegt, was in letzter Zeit als bewohnbare Planeten angesehen werden könnte. Allein im Jahr 2019 wurden Forschungen durchgeführt, die zeigen, dass Rote-Zwerg-Sternsysteme möglicherweise nicht über die notwendigen verfügen rohes Material damit sich Leben bildet und diese roten Zwergsterne liefert möglicherweise nicht genügend Photonen damit die Photosynthese stattfindet.
All dies führt zu der eindeutigen Möglichkeit, dass das Leben in unserer Galaxie seltener ist als bisher angenommen. Aber um mit Sicherheit zu wissen, wo die Grenzen der Bewohnbarkeit liegen, bedarf es natürlich weiterer Studien. Glücklicherweise müssen wir nicht allzu lange warten, um es herauszufinden, da im kommenden Jahrzehnt mehrere Teleskope der nächsten Generation in Betrieb gehen werden.
Dazu gehören die James Webb Weltraumteleskop (JWST), die Extrem großes Teleskop (ELT) und die Riesen-Magellan-Teleskop (MITTLERE GREENWICH-ZEIT). Von diesen und anderen hochmodernen Instrumenten wird erwartet, dass sie viel detailliertere Studien und Charakterisierungen von Exoplaneten ermöglichen. Und wenn sie es tun, werden wir eine bessere Vorstellung davon haben, wie wahrscheinlich das Leben da draußen ist.
Weiterlesen: MIT-Technologie-Überprüfung , arXiv