Wenn es um die Suche nach außerirdischem Leben geht, neigen Wissenschaftler dazu, ein bisschen geozentrisch zu sein – d.h. sie suchen nach Planeten, die unseren ähneln. Dies ist verständlich, da die Erde der einzige Planet ist, von dem wir wissen, dass er Leben unterstützt. Als Ergebnis haben diejenigen, die nach außerirdischem Leben suchen, nach Planeten gesucht, die von Natur aus terrestrisch (felsig) sind, innerhalb ihrer bewohnbaren Zonen umkreisen und genügend Wasser auf ihrer Oberfläche haben.
Im Zuge der Entdeckung von mehreren Tausend Exoplaneten haben Wissenschaftler herausgefunden, dass viele tatsächlich „ Wasserwelten “ (Planeten, bei denen bis zu 50% ihrer Masse aus Wasser bestehen). Dies wirft natürlich einige Fragen auf, z. B. wie viel Wasser ist zu viel und könnte auch zu viel Land ein Problem sein? Um diese anzugehen, haben ein Forscherpaar der Harvard Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) durchgeführt eine Studie um zu bestimmen, wie das Verhältnis zwischen Wasser- und Landmassen zum Leben beitragen kann.
Die Studium - ' Abhängigkeit der biologischen Aktivität vom Oberflächenwasseranteil der Planeten “, die zur Veröffentlichung geprüft wird mitDas astronomische Journal– wurde von Manasvi Lingam verfasst, einem Postdoc beim CfA Institut für Theorie und Informatik (ITC) und Abraham Loeb – dem Direktor des ITC und dem Frank B. Baird Jr. Chair of Science an der Harvard University.
Künstlerische Darstellung, wie die Oberfläche eines potenziell bewohnbaren Planeten aussehen könnte, der einen Roten Zwergstern umkreist. Bild: M. Weiss/CfA
Zunächst sprechen Lingam und Loeb das anthropische Prinzip an, das in der Astronomie und Exoplanetenforschung eine große Rolle gespielt hat. Kurz gesagt besagt dieses Prinzip, dass, wenn die Bedingungen auf der Erde geeignet sind, sich an das Leben anzupassen, es um der Erschaffung von Leben willen existieren muss. Ausgedehnt auf das gesamte Universum argumentiert dieses Prinzip, dass die Gesetze der Physik so existieren, wie sie es tun, um Leben hervorzubringen.
Eine andere Sichtweise besteht darin, zu betrachten, wie unsere Einschätzungen der Erde in sogenannte „Beobachtungsselektionseffekte“ fallen – wobei die Ergebnisse direkt von der Art der verwendeten Methode beeinflusst werden. In diesem Fall ergeben sich die Effekte daraus, dass unsere Suche nach Leben jenseits der Erde und unseres Sonnensystems die Existenz eines entsprechend positionierten Beobachters erfordert.
Tatsächlich neigen wir dazu, anzunehmen, dass die Lebensbedingungen im Universum reichlich vorhanden sein werden, weil wir mit ihnen vertraut sind. Dies bedingt das Vorhandensein sowohl von flüssigem Wasser als auch von Landmassen, die für die Entstehung des Lebens, wie wir es kennen, wesentlich waren. Wie Lingam Universe Today per E-Mail erklärte, ist dies eine der Möglichkeiten, wie das anthropische Prinzip bei der Suche nach potenziell bewohnbaren Planeten auftaucht:
„Die Tatsache, dass die Land- und Wasseranteile der Erde vergleichbar sind, deutet auf anthropische Selektionseffekte hin, d. h. die Entstehung des Menschen (oder analoger bewusster Beobachter) könnte durch eine geeignete Mischung von Land und Wasser erleichtert worden sein.“
Das Konzept dieses Künstlers zeigt, wie jeder der TRAPPIST-1-Planeten basierend auf verfügbaren Daten über ihre Größe, Masse und Umlaufbahnentfernung aussehen könnte.
Credits: NASA/JPL-Caltech
Wenn man sich jedoch mit den vielen Supererden befasst, die in anderen Sternensystemen entdeckt wurden, haben statistische Analysen ihrer mittleren Dichte gezeigt, dass die meisten einen hohen Anteil an flüchtigen Stoffen aufweisen. Ein gutes Beispiel dafür ist der TRAPPIST-1-System , wo die theoretische Modellierung seiner sieben erdgroße Planeten hat angegeben, dass sie bis zu 40-50 Gew.-% Wasser enthalten könnten.
Diese „Wasserwelten“ hätten also sehr tiefe Ozeane und keine nennenswerten Landmassen, was drastische Folgen für die Entstehung von Leben haben könnte. Gleichzeitig gelten Planeten mit wenig bis gar keinem Wasser auf ihrer Oberfläche als keine guten Kandidaten für Leben, da Wasser für das Leben, wie wir es kennen, unerlässlich ist.
„Zu viel Landmasse ist ein Problem, da es die Menge an Oberflächenwasser einschränkt und dadurch die meisten Kontinente sehr trocken macht“, sagte Lingam. „Aride Ökosysteme sind typischerweise durch eine geringe Biomasseproduktion auf der Erde gekennzeichnet. Betrachtet man stattdessen das umgekehrte Szenario (d. h. hauptsächlich Ozeane), stößt man auf ein potenzielles Problem mit der Verfügbarkeit von Phosphor, der eines der wesentlichen Elemente für das Leben, wie wir es kennen, darstellt. Dies könnte daher zu einem Engpass bei der Menge an Biomasse führen.“
Um diese Möglichkeiten anzugehen, analysierten Lingam und Leob, wie Planeten mit zu viel Wasser oder zu viel Landmasse die Entwicklung von Exoplaneten-Biosphären beeinflussen könnten. Wie Lingam erklärte:
„[W]ie haben ein einfaches Modell entwickelt, um abzuschätzen, welcher Anteil des Landes trocken (d. h. Wüsten) und relativ unbewohnbar sein wird. Für das Szenario mit wasserdominierten Biosphären wird die Verfügbarkeit von Phosphor zum limitierenden Faktor. Hier haben wir ein Modell verwendet, das in einem unserer frühere Papiere die die Quellen und Senken von Phosphor berücksichtigt. Wir haben diese beiden Fälle kombiniert, Daten von der Erde als Benchmark verwendet und so ermittelt, wie die Eigenschaften einer generischen Biosphäre von der Land- und Wassermenge abhängen.“
Künstlerische Darstellung eines Sonnenuntergangs von der Oberfläche eines erdähnlichen Exoplaneten aus gesehen. Bildnachweis: ESO/L. Calçada
Sie fanden heraus, dass ein sorgfältiges Gleichgewicht zwischen Landmassen und Ozeanen (ähnlich wie hier auf der Erde) entscheidend für die Entstehung komplexer Biosphären ist. In Kombination mit numerischen Simulationen anderer Forscher zeigt die Studie von Lingam und Loeb, dass Planeten wie die Erde – mit ihrem Verhältnis von Ozeanen zu Landmasse (ungefähr 30:70) – wahrscheinlich ziemlich selten sind. Lingam fasste zusammen:
„Die grundlegende Schlussfolgerung ist daher, dass das Gleichgewicht von Land- und Wasseranteilen nicht zu stark in die eine oder andere Richtung gekippt werden kann. Unsere Arbeit zeigt auch, dass wichtige evolutionäre Ereignisse wie der Anstieg des Sauerstoffgehalts und das Auftauchen technologischer Arten durch den Land-Wasser-Anteil beeinflusst werden können und dass der optimale Wert nahe dem der Erde liegen könnte.“
Seit einiger Zeit suchen Astronomen nach Exoplaneten, auf denen erdähnliche Bedingungen vorherrschen. Dies ist als „Low Hanging Fruit“-Ansatz bekannt, bei dem wir versuchen, Leben zu finden, indem wir nach Biosignaturen suchen, die wir mit dem Leben, wie wir es kennen, in Verbindung bringen. Aber laut dieser neuesten Studie könnte das Auffinden solcher Orte wie die Suche nach Rohdiamanten sein.
Die Schlussfolgerungen der Studie könnten auch erhebliche Auswirkungen auf die Suche nach außerirdischer Intelligenz haben, was darauf hindeutet, dass auch diese ziemlich selten ist. Glücklicherweise geben Lingam und Loeb zu, dass nicht genug über Exoplaneten und ihr Verhältnis von Wasser zu Landmasse bekannt ist, um schlüssige Aussagen zu treffen.
Künstlerische Darstellung, wie ein erdähnlicher Exoplanet aussehen könnte. Bildnachweis: ESO.
'Es ist jedoch nicht möglich, vorherzusagen, wie sich dies auf SETI definitiv auswirkt', sagte Lingam. „Dies liegt daran, dass wir noch keine angemessenen Beobachtungsbeschränkungen für die Land-Wasser-Fraktionen von Exoplaneten haben und es noch viele Unbekannte in unserem aktuellen Wissen darüber gibt, wie sich technologische Arten (die an SETI teilnehmen können) entwickelt haben.“
Am Ende müssen wir geduldig sein und darauf warten, dass Astronomen mehr über extrasolare Planeten und ihre jeweilige Umgebung erfahren. Dies wird in den kommenden Jahren dank Teleskopen der nächsten Generation möglich sein. Dazu gehören bodengestützte Teleskope wie die der ESO Extrem großes Teleskop (ELT) und weltraumgestützte Teleskope wie das James Webb Weltraumteleskop (JWST) – die 2024 bzw. 2021 in Betrieb gehen sollen.
Mit Verbesserungen in der Technologie und Tausenden von Exoplaneten, die jetzt zum Studium zur Verfügung stehen, haben Astronomen begonnen, vom Entdeckungsprozess zur Charakterisierung überzugehen. In den kommenden Jahren wird das, was wir über die Atmosphären von Exoplaneten lernen, einen großen Beitrag dazu leisten, unsere theoretischen Modelle, Hoffnungen und Erwartungen zu beweisen oder zu widerlegen. Mit der Zeit werden wir vielleicht endlich in der Lage sein, festzustellen, wie viel Leben in unserem Universum existiert und welche Formen es annehmen kann.
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