Schneeball-Exoplaneten könnten für das Leben besser sein, als wir dachten

Wenn Astronomen einen neuen Exoplaneten entdecken, ist eine der ersten Überlegungen, ob sich der Planet in der bewohnbaren Zone oder außerhalb davon befindet. Dieses Etikett hängt weitgehend davon ab, ob die Temperatur des Planeten flüssiges Wasser zulässt oder nicht. Aber so einfach ist das natürlich nicht. Eine neue Studie legt nahe, dass gefrorene, eisige Welten mit vollständig gefrorenen Ozeanen tatsächlich bewohnbare Landflächen haben könnten, die bewohnbar bleiben.

Die neue Studie wurde im Journal of Geophysical Research: Planets der AGU veröffentlicht. Es konzentriert sich darauf, wie CO2 durch einen Planeten zirkuliert und wie es die Temperatur des Planeten beeinflusst. Der Titel lautet ' Bewohnbare Schneebälle: gemäßigte Landbedingungen, flüssiges Wasser und Auswirkungen auf CO ₂ Verwitterung . '

Ein Schneeballplanet ist ein erdähnlicher Planet, dessen Ozeane jedoch bis zum Äquator gefroren sind. Es ist getrennt von einer Eiszeit, in der Gletscher wachsen und sich polare Eisschilde ausdehnen und manchmal mehrere Kilometer dick werden. In einer Eiszeit bleiben die äquatorialen Ozeane eisfrei.

Aber ein Schneeballplanet ist noch gründlicher gefroren. Auf einem Schneeballplaneten sind alle Ozeane mit Eis bedeckt, einschließlich aller äquatorialen Ozeane. Wissenschaftler halten diese Planeten für bewohnbar, da es kein flüssiges Wasser auf der Oberfläche gibt.

Die Erde hat mindestens eine und vielleicht sogar drei erlebt Schneeballphasen in seiner Geschichte. Das Leben hat diese Phasen überstanden, weil die einzigen Lebensformen Meeresmikroorganismen waren. Die Frage ist also, wenn wir uns einen Schneeball-Exoplaneten in der bewohnbaren Zone seines Sterns ansehen, ist es möglich, dass dort doch Leben überlebt?

Die kryogene Periode umfasste die beiden extremsten Eiszeiten der Erde. Es gibt einige wissenschaftliche Kontroversen darüber, denn es gibt anhaltende Debatten darüber, ob die Erde während einer dieser extremen Eiszeiten ein Schneeball war oder ob einige Länder eisfrei blieben. Auf jeden Fall tauchte vor dem Cryogenian Leben in den Ozeanen auf und überlebte es auch. Bildquelle: Wikipedia.

Diese neue Forschung sagt ja, oder zumindest vielleicht.

Der Hauptautor dieser neuen Studie ist Adiv Paradise, ein Astronom und Physiker an der University of Toronto, Kanada. Paradise fasst die Situation kurz und bündig zusammen: „Sie haben diese Planeten, die Sie traditionell für nicht bewohnbar halten, und dies deutet darauf hin, dass sie es vielleicht sein können.“

'Wir wissen, dass die Erde durch ihre eigenen Schneeballepisoden bewohnbar war, weil das Leben vor unseren Schneeballepisoden entstand und das Leben lange danach geblieben ist', sagte Paradise in a Pressemitteilung . „Aber zu dieser Zeit war unser ganzes Leben in unseren Ozeanen. Es gibt nichts über das Land.“

Paradise und der Rest des Teams wollten der Idee nachgehen, dass selbst auf einem Schneeballplaneten einige Landgebiete lebenserhaltend bleiben könnten. Mit Computermodellen simulierten sie verschiedene Klimavariablen auf theoretischen Schneeballwelten. Sie passten die Konfiguration der Kontinente, die Menge des Sonnenlichts und andere Eigenschaften ihrer theoretischen Schneeballwelten an. Sie konzentrierten sich auch auf CO2.

CO2 ist natürlich ein Treibhausgas. Es ermöglicht der Atmosphäre eines Planeten, Wärme zu speichern, und es kann helfen, einen Planeten gemäßigt zu halten. Nicht genug davon, und ein Planet kann fest gefrieren. Zu viel, und die Temperaturen können über einen Bereich steigen, den das Leben überleben kann.

Kohlenstoffkreislaufdiagramm. Bildquelle: NASA Earth Observatory.

CO2 folgt a bekannter Zyklus im Leben eines Planeten. Die Menge, die in der Atmosphäre verbleibt, hängt von Niederschlägen und Erosion ab. Das Regenwasser nimmt CO2 auf und wandelt es in Kohlensäure um. Auf der Oberfläche eines Planeten reagiert die Kohlensäure mit Gesteinen. Diese Reaktionen bauen die Kohlensäure ab und sie bindet an Mineralien. Schließlich gelangt dieser Kohlenstoff in den Ozean und wird auf dem Meeresboden gespeichert.

Aber wenn die Oberfläche eines Schneeballplaneten erst einmal festgefroren ist, kann nichts davon passieren. Die Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre bleibt stehen. Es gibt keinen Niederschlag und kein exponiertes Land.

Aber in ihren Simulationen verloren einige ihrer modellierten Schneeballplaneten auch nach dem Einfrieren weiterhin atmosphärisches CO2. Das impliziert zwei Dinge: Es muss etwas eisfreies Land geben und es muss etwas Regen geben.

Diese Grafik zeigt die Beziehung zwischen Kohlendioxid, das durch vulkanische Aktivität erzeugt wird, und Kohlendioxid, das aus Regenfällen und Erosion für gemäßigte und Schneeballklimate entfernt wird. Planeten stecken in einem Schneeballzustand fest, wenn sich vulkanische Aktivität und Verwitterungsrate ausgleichen. Bildnachweis: AGU

In einigen Simulationen waren einige der Schneeballplaneten wärmer als andere. Einige von ihnen hatten Landflächen, die warm genug blieben, damit der Kohlenstoffkreislauf weiterlaufen konnte: Es gab sowohl Regen als auch freiliegendes Gestein. Diese nicht gefrorenen Gebiete befanden sich im Zentrum der Kontinente, weit entfernt von den gefrorenen Ozeanen. Einige Temperaturen in diesen Gebieten erreichten bis zu 10 Grad Celsius überleben auf Schneeballplaneten, genau wie während der Schneeballphasen der Erde.

Aber die Studie hat noch etwas anderes herausgefunden. Unter den richtigen Bedingungen (oder nicht den richtigen Bedingungen, wenn Sie mehr Leben dort draußen sehen möchten) kann ein Planet in einer Schneeballphase gefangen sein und sich nie wieder herausbewegen. Das ist alles bis zum Kohlenstoffzyklus , auch.

Wissenschaftler dachten früher, dass bei vulkanisch aktiven Planeten eine allmähliche Freisetzung von in Gesteinen gebundenem CO2 erfolgen würde und dass es mit der Zeit die Atmosphäre erwärmen würde, da es durch Regen nicht entfernt werden kann. Aber wenn die Studie richtig ist, dann könnte eine kleine Menge exponiertes Land und der darauf fallende Regen das freigesetzte CO2 ausgleichen und den Planeten in einem ewigen Zustand fast von Schneeballen halten. Nur ein kleiner Teil des Landes würde jemals eisfrei sein. In diesem Szenario könnte das Leben unwahrscheinlich sein.

Eine Reihe von Illustrationen, die zeigen, wie die Erde zu einem Schneeballplaneten geworden sein könnte. Bildquelle: NASA

Insgesamt zeigen die Ergebnisse dieser Studie, wie komplex Planeten sind. Jeder befindet sich in einer einzigartigen Situation, und die vorläufige Kennzeichnung von bewohnbar oder nicht bewohnbar ist nur ein Ausgangspunkt. Es gibt eine enorme Anzahl von Variablen, die jeden Exoplaneten, den wir entdecken, formen.

Man kann mit Sicherheit sagen, dass wir eine große Anzahl von Planeten in Bezug auf die Bewohnbarkeit ausschließen können. Heiße Jupiter , zum Beispiel, sind glühend heiße Gasplaneten und können niemals irgendeine Lebensform beherbergen, die wir uns vorstellen können.

Aber für Planeten in der bewohnbaren Zone oder an den Grenzen sind wir nicht in der Lage, sie auszuschließen, auch wenn sie wahrscheinlich kein Leben ermöglichen.

Mehr Wissenschaft erforderlich.

Quellen:

• Pressemitteilung: Studie legt nahe, dass gefrorene erdähnliche Planeten das Leben unterstützen könnten
• Forschungsbericht: Bewohnbare Schneebälle: gemäßigte Landbedingungen, flüssiges Wasser und Auswirkungen auf CO ₂ Verwitterung
• Wikipedia: Schneeball Erde
• Wikipedia: Kryogene Periode