ERINNERUNG: – Universe Today wird am Donnerstag, 15. Oktober, ein Interview mit Dr. Dirk Schulze-Makuch, Co-Autor der in diesem Artikel vorgestellten Forschung, gebenNS, 2020 um 8.30 Uhr PT. Klicken Sie auf das Video unten, um es live zu sehen oder den aufgezeichneten Stream danach zu sehen
Erde erden
Welcher Planet ist das?
C. NASA
Wenn du gesagt hättest Hoth , das ist eine gute Vermutung. Aber es ist tatsächlich die Erde, die in einem von zwei bekannten dargestellt ist 'Schneeball' Zustände. Die gesamte Oberfläche des Planeten war während der kryogenischen Periode vor 650 Millionen Jahren und während der huronischen Eiszeit vor 2 – 2,4 Milliarden Jahren unter Gletschereis eingeschlossen.
Wenn wir die Bewohnbarkeit in Betracht ziehen, neigen wir dazu, die Erde als DER Goldstandard der Planeten im Universum zu verwenden. Aber selbst die Erde hat aufgrund katastrophaler Ereignisse oder des Klimawandels eine beeinträchtigte Bewohnbarkeit erfahren. Was wäre außerdem, wenn es Planeten gibt, die die Erde überragen, da sie erdähnlich sind – besser optimiert für die Evolution von vielfältigem und komplexem Leben? In einem neue Studie , Autoren Dirk Schulze-Makuch, Professor des Zentrums für Astronomie und Astrophysik der Technischen Universität Berlin; Astrophysiker René Heller am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung; und Edward Guinan, Professor am Department of Astronomy der Villanova University, sagen:
„Die Tatsache, dass die Erde von Leben nur so wimmelt, lässt die Frage seltsam erscheinen, ob es in unserer Galaxie andere Planeten geben könnte, die für das Leben besser geeignet sind.“
Schulze-Makuch, Heller und Guinan 2020
Aber genau das wollten die Autoren herausfinden – Planeten, die noch bewohnbarer sind als die Erde oder'Super bewohnbar'
Planetenjagd
Die Studie untersuchte mehr als 4000 bestätigte Planeten und Planetenkandidaten, die in der KOI-Datenbank (Kepler Object of Interest) enthalten sind, auf der Suche nach überbewohnbaren Welten. Kepler ist ein Teleskop zur Planetenjagd startete 2009 auf der Suche nach Planeten außerhalb unseres Sonnensystems oder „Exoplaneten“. Obwohl es unwahrscheinlich ist, dass unsere Sonne der einzige Stern mit Planeten war, hatten wir bis 1992 keinen endgültigen Beweis für Exoplaneten, als wir mehrere Neutronensterne im Orbit fanden B1257+12 . Innerhalb weniger Jahre nach der Markteinführung entdeckte Kepler Tausende weitere mithilfe der 'Transitmethode'. Kepler erkennt die Schatten, die von fernen Welten geworfen werden, wenn sie unseren Blick auf ihre Elternsterne (ein Transit) kreuzen, die einen Teil des Sternenlichts blockieren. Kepler hat einen Teil des Himmels in der Nähe der Sternbilder Cygnus und Lyra abgetastet und bestätigt, dass das Universum wahrscheinlich noch mehr Planeten als Sterne hat. Natürlich wollen wir wissen, kann Leben auf diesen Welten existieren? Sind sie bewohnbar? Sind sie potentiellmehrbewohnbar als unsere eigene Welt?
Künstlerische Darstellung von Kepler, der planetare Transite sieht. Kepler sieht die Schatten der Welten, wenn sie das Gesicht ihrer entfernten Sterne überqueren und misst den Einbruch der Sternenhelligkeit – c. NASA
Leben, wie wir es kennen…
Wenn wir „bewohnbar“ definieren, sprechen wir wirklich von Bewohnbarkeit fürs Lebenwie wir wissendenn das ist das einzige Beispiel, das wir haben. Die Autoren verwendeten eine Liste von Umweltbedingungen, die die Biochemie des Lebens auf der Erde einschränken, einschließlich Temperatur, pH-Wert, Wasser, Sauerstoff, Druck, Strahlung und die Bereiche, in denen das Leben jeweils überlebt. Zum Beispiel sind einige Lebewesen, die in 11.100 m Tiefe des Marianengrabens, dem tiefsten Punkt unserer Ozeane, leben, einem tausendmal größeren Druck ausgesetzt als auf der Oberfläche des Planeten, und dennoch existiert an beiden Orten Leben. Wir können jedoch noch nicht alle diese Bedingungen auf einer fernen Welt mit den gleichen Details unseres eigenen Planeten messen. Stattdessen versuchen wir herauszufinden, welche allgemeinen Voraussetzungen zur Bewohnbarkeit der Erde geführt haben und wenden sie auf ferne Welten an. Was wir sehen KÖNNEN, ist die Art von Stern, die ein Exoplanet umkreist, wenn der Exoplanet seinen Stern in einer Entfernung umkreist, um eine Temperatur aufrechtzuerhalten, die für flüssiges Wasser (als bewohnbare Zone bezeichnet) förderlich ist, die Masse des Exoplaneten und das Alter abzuschätzen des Exoplaneten und Wirtssterns.
Superhabitable Bedingungen
Der Elternstern:
Unsere Sonne ist ein Zwergstern der Klasse G oder „dG“, der manchmal auch als gelber Zwerg bezeichnet wird. Da wir hier sind und diesen Stern umkreisen, könnte man schlussfolgern, dass Sterne der Klasse G ideal für die Entwicklung von komplexem Leben sind. Aber komplexes Leben erforderte über 3 Milliarden Jahre Evolution. Das technologische Leben erforderte 4 Milliarden. Wenn wir uns den Lebenszyklus unserer Sonne ansehen, haben wir es kaum geschafft. Unsere Sonne hat noch 5 Milliarden Jahre Zeit, bis ihr Wasserstoff-Brennstoff verbraucht ist, aber auf ihrem Weg erwärmt sie sich weiter und wird die Ozeane der Erde in nur einer Milliarde mehr verdampfen – ein Bruchteil der Gesamtzeit, die wir für unsere Entwicklung gebraucht haben. Massivere Sterne; Klasse F, A, B und O; verbrauchen ihren Wasserstoff viel schneller – einige in 5 Milliarden Jahren oder sogar nur ein paar Millionen Jahren – und lassen wenig Raum für die Entwicklung des Lebens … oder sogar den Anfang. Sterne mit geringerer Masse als unsere Sonne, Klasse K und M, leben länger und bieten mehr Zeit für die Evolution auf den Planeten in ihren Sonnensystemen. Sterne der Klasse M, die in der Größenordnung von Hunderten von Milliarden bis Billionen von Jahren brennen können, sind jedoch mit Vorbehalten verbunden. Ihre geringe Energieabgabe erfordert, dass Planeten so eng umkreisen, um die Temperaturen aufrechtzuerhalten, die für flüssiges Wasser förderlich sind, dass sie „gezeitenblockiert“ werden. Eine Seite des Planeten ist durch die Schwerkraft so verbunden, dass sie immer dem Stern zugewandt ist – genau wie unser Mond durch die Gezeiten mit der Erde verbunden ist. Die Temperaturschwankungen auf einem durch Gezeiten blockierten Planeten wären von einer Seite zur anderen extrem. Darüber hinaus macht die Nähe des Planeten zum Stern ihn anfällig für intensive Sonnenstrahlung von Superflares und Sonnenstürme. Also ist M wahrscheinlich raus. Damit bleiben Sterne der Klasse K übrig, die Gewichtsklasse knapp unter G, die nach Ansicht der Autoren „gut die günstigsten Umgebungen für überbewohnbare Planeten bieten könnten“. Statistisch gesehen ist dies eine gute Nachricht, da K-Sterne einen größeren Anteil an den Sternen unserer Galaxie ausmachen als G – 12 % gegenüber 8 %.
Masse:
Abgesehen davon, dass sie nicht den optimalsten Stern umkreist, hat die Erde möglicherweise auch nicht die optimale Masse für einen terrestrischen Planeten, der Leben trägt. Mehr Masse bedeutet mehr Oberfläche. Mehr Oberfläche bedeutet mehr Raum für die Entwicklung von Leben sowie eine dickere Atmosphäre aufgrund der erhöhten Schwerkraft. Aber Sie erreichen eine kritische Grenze. Planeten, die mehr als das 1,5-fache der Erdmasse haben, könnten tatsächlich entfernte Gasriesen sein, die als „Mini-Neptune“ klassifiziert werden. Wenn es sich tatsächlich um terrestrische Welten über 1,5 Erdmassen handelt, kann die erhöhte Schwerkraft die Mechanik der Plattentektonik, die Bewegung der Landmassen der Erde, behindern, die für das Recycling von Oberflächennährstoffen durch Erdbeben und Vulkanismus (ein Prozess, der zum Beispiel dem Mars fehlt) unerlässlich ist. Auch die Plattentektonik verteilt Land und Wasser gleichmäßig. In der Vergangenheit der einzige Superkontinent der ErdePangäaEs gab Wüsten im Landesinneren, da die zentralen Regionen des Kontinents vom Meerwasser entfernt waren, was zu einer schlechteren Bewohnbarkeit führte als die heutige Kontinentkonfiguration. Ein Planet mit größerer Masse schließt auch mehr Wärme in seinem Kern ein, was die tektonische Aktivität für längere Zeit antreibt. Darüber hinaus erzeugt ein sich drehender geschmolzener Planetenkern ein schützendes Magnetfeld um den Planeten, genauso wie unser Magnetfeld uns vor Sonnenstrahlung schützt (sichtbar bei Polarlicht). Die Autoren siedeln auf einem terrestrischen Planeten, der 1,5 mal so groß wie die Erde und etwa 10 % größer ist.
Animation des Zerfalls des Superkontinents Pangäa durch die Plattentektonik über Jahrmillionen –
C. USGS Public Domain
Temperatur:
Die Temperatur und Temperaturvariation eines Planeten sind hauptsächlich eine Funktion der Entfernung vom Mutterstern sowie der Neigung der Planetenachse. Für eine ideale Temperatur und eine stabile axiale Neigung muss sich ein Planet in der bewohnbaren Zone des Sterns befinden, in der flüssiges Wasser an der Oberfläche vorhanden wäre (wie bei der Erde) und einen großen Mond aufweisen. Die Anziehungskraft des Mondes auf die Erde verringert die Menge, die unser Planet „wackelt“. Wie ein Kreisel wackelt unsere Erde um ihre Achse, was bedeutet, dass der Nordstern in etwa 13.000 Jahren der Stern Vega und nicht Polaris sein wird, da die Richtung, in die der Nordpol zeigt, über den Himmel driftet. Ohne den Ankereffekt des Mondes wäre das Wackeln der Erdachse viel größer. Große Verschiebungen in der axialen Neigung des Planeten könnten extreme Temperatur- und Klimaänderungen auslösen, die daraus resultieren bei Massensterben . Wir wissen auch, dass die wärmsten und feuchtesten Orte der Erde dort sind, wo wir die größte Biomasse und Biodiversität finden – nämlich die Regenwälder. Wärmere und feuchtere Epochen der Erdgeschichte waren auch gleichbedeutend mit großen Explosionen des Lebens wie der Karbonzeit vor 350 Millionen Jahren, als die durchschnittliche globale Temperatur 5 Grad wärmer war als heute. Wir suchen also nach feuchten Exoplaneten in der bewohnbaren Zone mit einer globalen Durchschnittstemperatur von 5 Grad wärmer als die heutige Erde und mit einem großen Mond.
Alter:
Das Leben begann etwa 700 Millionen Jahre nach der Entstehung der Erde. Aber für die Entwicklung des komplexen vielzelligen Lebens brauchte es Äonen mehr Zeit. Mit mehr Zeit hat die Evolution mehr Möglichkeiten, Lebensweisen auszuprobieren. Es ist unklar, was der optimale Zeitpunkt für die Entwicklung von komplexem Leben ist, aber Sie wollen so viel Zeit wie möglich, bevor der Kern des Planeten abkühlt oder der Mutterstern seinen Brennstoff verbraucht. Darüber hinaus erhöht zu viel Zeit die Wahrscheinlichkeit, dass ein bestimmter Planet zufälligen katastrophalen Ereignissen wie Kometeneinschlägen ausgesetzt ist. Die Autoren wählen ein Alter von 5-8 Milliarden Jahren gegenüber 4,5 Milliarden Jahren der Erde.
Unter diesen Bedingungen kommen wir zu einem superhabitablen Planeten:
- Terrestrischer Planet, der innerhalb der bewohnbaren Zone eines Zwergsterns der K-Klasse kreist – im Vergleich zum G-Zwergstern der Erde
- 5-8 Milliarden Jahre alt – im Vergleich zu den 4,5 Milliarden Jahren der Erde
- 1,5-fache Erdmasse und 10 % größer als die Erde
- Mittlere Oberflächentemperatur 5 Grad Celsius wärmer – ähnlich der Karbonzeit der Erde
- Eine feuchte Atmosphäre von 25 – 30% O2Konzentration – ähnlich der karbonatmosphärischen O . der Erde2Konzentrationen (derzeit sind wir bei 21%)
- Plattentektonik führt zum Recycling der Oberflächennährstoffe des Planeten und zur gleichmäßigen Verteilung von Wasser und Land. Aufgrund der aktiven Plattentektonik verfügt der Planet wahrscheinlich auch über einen rotierenden geschmolzenen Kern, der ein schützendes Magnetfeld erzeugt
- Beherbergt einen großen Mond mit 1-10% der Masse des Planeten und kreist in einem Abstand von 10-100 Planetenradien – der Erdmond hat 1,2% der Erdmasse und kreist bei etwa 60 Erdradien
Gibt es Planeten, die die Bedingungen erfüllen!? Es ist ein solider ... vielleicht. All diese Kriterien können wir aus den Entfernungen, die wir mit aktuellen Technologien beobachten, nicht messen. Wir können zum Beispiel noch nicht feststellen, ob ein Exoplanet eine aktive Plattentektonik aufweist oder einen Mond beherbergt. Aber wir können die Masse eines Exoplaneten messen, ob er sich innerhalb der bewohnbaren Zone bewegt, sein Alter schätzen und den Mutterstern klassifizieren. Die Autoren scannen die über 4000 Kepler-Planeten nach Kriterien für Überbewohnbarkeit und finden 24 terrestrische Kandidaten, die zumindest einige der Bedingungen erfüllen. 9 Sterne umkreisen K, 16 sind zwischen 5 und 18 Milliarden Jahre alt und 5 befinden sich in einem Bereich von 10 Grad optimaler Temperatur. Von den 24 erfüllt ONE alle beobachtbaren Kriterien, KOI 5715.01, der einen orangen Zwergstern der K-Klasse etwa 3000 Lichtjahre von der Erde entfernt umkreist.
FEIGE. 1 aus Schulze-Makuch, Heller und Guinan 2020. Stern-Planet-Abstände (entlang der Abszisse) und Masse des Wirtssterns (entlang der Ordinate) von etwa 4500 extrasolaren Planeten und extrasolaren Planetenkandidaten. Die Temperaturen der Sterne werden mit Symbolfarben angezeigt (siehe Farbbalken). Planetenradien sind in den Symbolgrößen kodiert (siehe Größenskala unten). Die konservative bewohnbare Zone, definiert durch das Feucht-Gewächshaus und die maximalen Gewächshausgrenzen (Kopparapu et al., 2013) ist mit schwarzen durchgezogenen Linien umrandet. Die für die Parametrisierung dieser Grenzen benötigten Stellarleuchtkräfte wurden von Baraffe et al. (2015) als Funktion der Masse, wie entlang der Ordinate des Diagramms dargestellt. Daten von exoplaneten.org Stand 20.05.2019.
Ist jemand zu Hause?
Während die Kandidaten möglicherweise die Voraussetzungen für eine Superhabitability aufweisen, wissen wir nicht, ob sie tatsächlich bewohnt sind. Wir wissen zwar, welche Bedingungen das Leben (wie wir es kennen) braucht, um zu gedeihen, aber wir wissen nicht, welche Bedingungen für dieUrsprungdes Lebens.Sobald der Ball jedoch rollt, scheint das Leben in Richtung Komplexität getrieben.
In verwandten Forschungsarbeiten, die ebenfalls von Dirk Schulze-Makuch verfasst und von William Bains vom MIT begleitet wurden, argumentieren die beiden, dass, wenn Leben auf einem Planeten beginnt, Evolution führt unweigerlich zu komplexen, makroskopischen Formen bewohnbaren Umweltbedingungen und genügend Zeit gegeben. Schulze-Makuch und Bains überprüften „Schlüsselinnovationen“ oder wichtige evolutionäre Meilensteine des Lebens auf der Erde. Diese Meilensteine traten „viele Male unabhängig in sehr unterschiedlichen Gruppen von Organismen“ auf, was darauf hindeutet, dass diese Innovationen weder selten noch einzigartig im Evolutionsprozess hin zu immer komplexerem Leben sind. Und wenn diese großen Sprünge auf unserem eigenen Planeten viele Male passierten, unabhängig von Spezies oder Standort, könnten ähnliche Meilensteine auch auf anderen Welten passieren. Schlüsselinnovationen wurden auch durch Bedingungen katalysiert, die in anderen Welten üblich sind. Zum Beispiel ist die Photosynthese ein logischer Evolutionssprung, da die am leichtesten reichlich vorhandene Energiequelle für das Leben Sternenlicht auf der Oberfläche eines Planeten wäre. Wir könnten dann erwarten, dass sich auch außerirdisches Leben zur Photosynthese entwickelt hat. Andere fortschreitende Innovationen waren sauerstoffproduzierende Bakterien, die den O2-Gehalt unserer Atmosphäre anreicherten, komplexe innere Zellstrukturen, komplexe genetische Kodierung, Vielzelligkeit, große vielzellige Organismen und schließlich Intelligenz, die zu technologischer Intelligenz führte. Von allen innovativen Schritten des Lebens sind die beiden, die wir nicht vollständig verstehen, der Ursprung des Lebens selbst und die Entwicklung der technologischen Intelligenz – der Anfang und der jüngste. Abgesehen von diesen beiden Neuerungen kommen die Autoren zu dem Schluss, dass wir, wenn wir genügend Zeit haben, „wo Leben entstanden ist und genügend Energiefluss vorhanden ist, wir zuversichtlich sind, komplexes, tierähnliches Leben zu finden“. Dies mag kein technologisches Tierleben sein, aber WENN das Leben auf einer Welt begann, und insbesondere wenn diese Welt Überbewohnbarkeit aufweist, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass komplexes Tierleben auf dieser Welt lebt, wenn die Entwicklung des Lebens auf der Erde ein Hinweis ist. Und das ist … wow.
Derzeit lebt keiner der überbewohnbaren Kandidaten innerhalb von hundert Lichtjahren, was bedeutet, dass es schwierig ist, sie im Detail zu untersuchen. Aber angesichts der kommenden Fortschritte bei Teleskopen wie dem James Webb Weltraumteleskop und der Sternenschatten-Projekt , wenn ein näherer überhabitabler Kandidat entdeckt wird, ermutigen uns die Autoren, genauer hinzuschauen, indem sie dies sagen
„…im Hinblick auf die Suche nach extrasolarem Leben verdienen potenziell überbewohnbare Planeten eine höhere Priorität für die Nachverfolgung als die meisten erdähnlichen Planeten.“
Schulze-Makuch, Heller und Guinan 2020
In der Zwischenzeit gibt es EINE Welt, von der wir wissen, dass sie Leben hat. In Bezug auf die Bewohnbarkeit richten wir viel Schaden an. Es dauerte Milliarden von Jahren, bis die Bedingungen für unsere Ankunft auf der Erde vorbereitet waren. Wir kehren das alles schnell um. Lasst uns die Erde mit der gleichen Ehrfurcht und Ehrfurcht schätzen, die wir ihrem Cousin entgegenbringen würden, wenn wir sie unter den Sternen finden würden.
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