Die ESOs letzte Ankündigung dass sie einen Exoplaneten-Kandidaten entdeckt haben, der Proxima Centauri umkreist – was wochenlange Spekulationen bestätigt – war sicherlich eine aufregende Nachricht! Dieser neueste Fund ist nicht nur der nächste extrasolarer Planet zu unserem eigenen Sonnensystem, aber die ESO hat auch angegeben, dass es felsig ist, in Größe und Masse der Erde ähnlich ist und sich innerhalb der bewohnbaren Zone des Sterns bewegt.
Inmitten dieser Nachrichten gab es jedoch einige Kontroversen über bestimmte Labels. Wenn beispielsweise ein Planet wie Proxima b als „erdähnlich“, „bewohnbar“ und/oder „ terrestrisch “, stellt sich natürlich die Frage, was das wirklich bedeutet. Für jeden Begriff gibt es besondere Implikationen, die wiederum einer Klärung bedürfen.
Für den Anfang bedeutet die Bezeichnung eines Planeten als „erdähnlich“ im Allgemeinen, dass er in seiner Zusammensetzung der Erde ähnlich ist. Hier kommt der Begriff „terrestrisch“ ins Spiel, denn er bezeichnet einen Gesteinsplaneten, der hauptsächlich aus Silikatgestein und Metallen besteht, die zwischen einem Metallkern und einem Silikatmantel und -kruste unterschieden werden.
Dies gilt für alle Planeten im inneres Sonnensystem , und wird oft verwendet, um felsige Exoplaneten von Gasriesen zu unterscheiden. Dies ist im Zusammenhang mit der Exoplanetenjagd wichtig, da die Mehrheit der 4.696 Exoplaneten-Kandidaten - von welchem 3.374 wurden bestätigt (Stand 18. August 2016) – waren Gasriesen.
Was macht das?nichtbedeutet, zumindest nicht automatisch, dass der Planet so bewohnbar ist wie die Erde. Die bloße terrestrische Natur ist kein Hinweis darauf, dass der Planet über eine geeignete Atmosphäre oder ein ausreichend warmes Klima verfügt, um die Existenz von flüssigem Wasser oder mikrobiellem Leben auf seiner Oberfläche zu unterstützen.
Darüber hinaus bedeutet erdähnlich im Allgemeinen, dass ein Planet in Masse und Größe der Erde ähnlich ist. Dies ist jedoch nicht dasselbe wie die Zusammensetzung, da viele entdeckte Exoplaneten als „erdgroß“ oder „ Super-Erden “ – also Planeten mit etwa der 10-fachen Masse der Erde – allein aufgrund ihrer Masse.
Dieser Begriff unterscheidet einen Exoplanetenkandidaten auch von solchen mit 15 bis 17 Massen (die oft als „Neptun-groß“ bezeichnet werden) und solchen mit Massen ähnlich oder um ein Vielfaches größer als die des Jupiter (d.h. Super-Jupiter ). In all diesen Fällen sind Größe und Masse die Qualifizierer, nicht die Zusammensetzung.
Ergo, einen Planeten zu finden, der in Größe und Masse größer ist als die Erde, aber deutlich kleiner als die eines Gasriesen, bedeutet nicht, dass er irdisch ist. Tatsächlich haben einige Wissenschaftler empfohlen, dass der Begriff „ Mini-Neptun “ verwendet werden, um Planeten zu beschreiben, die massereicher als die Erde sind, aber nicht unbedingt aus Silikatmineralien und Metallen bestehen.
Und Schätzungen von Größe und Masse sind nicht gerade Metriken, um zu bestimmen, ob ein Planet „bewohnbar“ ist oder nicht. Dieser Begriff ist besonders klebrig, wenn es um Exoplaneten geht. Wenn Wissenschaftler dieses Wort mit extrasolaren Planeten verbinden wie Nächstes b , Gliese 667 Cc , Kepler-452b , beziehen sie sich im Allgemeinen auf die Tatsache, dass der Planet innerhalb des „ bewohnbare Zone “ (auch bekannt als Goldlöckchen-Zone).
Dieser Begriff beschreibt die Region um einen Stern, in der ein Planet durchschnittliche Oberflächentemperaturen erfährt, die es ermöglichen, dass flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche vorhanden ist. Planeten, die zu nahe um ihren Stern kreisen, erfahren eine intensive Hitze, die Oberflächenwasser in Wasserstoff und Sauerstoff umwandelt – ersterer entweicht in den Weltraum, letzterer verbindet sich mit Kohlenstoff zu CO².
Das ist, was Wissenschaftler glauben, passiert Venus , wo dicke Wolken aus CO² und Wasserdampf a außer Kontrolle geratener Treibhauseffekt . Das hat Venus aus einer Welt gemacht, die hatte einmal Ozeane in die höllische Umgebung, die wir heute kennen, wo die Temperaturen heiß genug sind, um Blei zu schmelzen, die atmosphärische Dichte außerhalb der Diagramme liegt und Schwefelsäure aus ihren dicken Wolken regnet.
Kepler-62f, ein Exoplanet, der etwa 40 % größer als die Erde ist. Es befindet sich etwa 1200 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt im Sternbild Leier. Bildnachweis: NASA/Ames/JPL-Caltech
Bei Planeten, die über die bewohnbare Zone eines Sterns hinaus kreisen, wird das Wassereis festgefroren, und das einzige flüssige Wasser wird wahrscheinlich in unterirdischen Reservoirs gefunden (dies ist auf dem Mars der Fall). Daher ist das Auffinden von Planeten, die in Bezug auf die durchschnittliche Oberflächentemperatur genau richtig sind, ein wesentlicher Bestandteil des „low-hanging fruit“-Ansatzes bei der Suche nach Leben in unserem Universum.
Aber nur weil ein Planet warm genug ist, um Wasser auf seiner Oberfläche zu haben, bedeutet das natürlich nicht, dass das Leben auf ihm gedeihen kann. Wie unser eigenes Sonnensystem schön demonstriert, kann ein Planet die notwendigen Lebensbedingungen haben, aber dennoch zu einer sterilen Umgebung werden, weil ihm eine schützende Magnetosphäre fehlt.
Das ist, was Wissenschaftler glauben, passiert März . Der Mars liegt innerhalb der Goldlöckchen-Zone unserer Sonne (wenn auch am äußeren Rand davon) und soll einst eine Atmosphäre und flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche. Aber heute beträgt der atmosphärische Druck auf der Marsoberfläche nur 1% des Erddrucks, und die Oberfläche ist trocken, kalt und ohne Leben.
Als Grund dafür wurde festgestellt, dass der Mars vor 4,2 Milliarden Jahren seine Magnetosphäre verloren hat. Entsprechend MAVEN-Mission der NASA, Dies führte dazu, dass die Marsatmosphäre im Laufe der nächsten 500 Millionen Jahre durch den Sonnenwind langsam abgetragen wurde. Das wenige übrig gebliebene Atmosphäre reichte nicht aus, um die Wärme zu speichern, und das Oberflächenwasser verdunstete.
Vor Milliarden von Jahren war der Mars eine ganz andere Welt. Flüssiges Wasser floss in langen Flüssen, die in Seen und flache Meere mündeten. Eine dichte Atmosphäre bedeckte den Planeten und hielt ihn warm. Bildnachweis: NASA
Ebenso sind Planeten, die keine schützenden Magnetosphären haben, auf ihrer Oberfläche einer starken Strahlung ausgesetzt. Auf der Marsoberfläche ist die durchschnittliche Strahlendosis beträgt etwa 0,67 Millisievert (mSv) pro Tag, das ist etwa ein Fünftel dessen, was der Mensch hier auf der Erde im Laufe eines Jahres ausgesetzt ist.
Ähnliche Situationen können wir auf extrasolaren Planeten erwarten, auf denen keine Magnetosphäre existiert. Im Wesentlichen hat die Erde das Glück, dass sie nicht nur an einem ziemlich bequemen Ort um unsere Sonne kreist, sondern dass ihr Kern zwischen a solider innerer Kern und ein flüssiger, rotierender Außenkern . Es wird angenommen, dass diese Rotation für die Erzeugung eines Dynamoeffekts verantwortlich ist, der wiederum das Magnetfeld der Erde erzeugt.
Wenn wir jedoch wieder unser eigenes Sonnensystem als Modell verwenden, stellen wir fest, dass Magnetfelder nicht ganz ungewöhnlich sind. Während die Erde der einzige terrestrische Planet in unserem Sonnensystem ist (alle Gasriesen haben starke Felder), Jupiters Mond Ganymed hat auch eine eigene Magnetosphäre.
Ebenso sind Orbitalparameter zu berücksichtigen. Zum Beispiel könnte ein Planet mit ähnlicher Größe, Masse und Zusammensetzung aufgrund seiner Umlaufbahn immer noch ein ganz anderes Klima als die Erde haben. Zum einen kann es mit seinem Stern fest verbunden sein, was bedeuten würde, dass eine Seite ihm ständig zugewandt ist und daher viel wärmer ist.
Künstlerische Darstellung von Planeten, die einen Roten Zwergstern im TRAPPIST-1-System durchlaufen. Bildnachweis: NASA/ESA/STScl
Andererseits kann es eine langsame Rotationsgeschwindigkeit und eine schnelle Bahngeschwindigkeit haben, was bedeutet, dass es nur wenige Umdrehungen pro Bahn erfährt (wie es bei . der Fall ist). Quecksilber ). Nicht zuletzt könnte die Entfernung zu ihrem jeweiligen Stern dazu führen, dass sie weit mehr Strahlung empfängt als die Erde – unabhängig davon, ob sie eine Magnetosphäre hat oder nicht.
Dies ist vermutlich bei der Fall Proxima Centauri b , der seinen Roten Zwergstern in einer Entfernung von 7 Millionen km (4,35 Millionen Meilen) umkreist – nur 5% der Entfernung der Erde von der Sonne. Es umkreist auch Proxima Centauri mit einer Umlaufzeit von 11 Tagen und hat entweder eine synchrone Rotation oder eine 3:2-Umlaufresonanz (d. h. drei Umdrehungen pro zwei Umlaufbahnen).
Aus diesem Grund unterscheidet sich das Klima wahrscheinlich stark von dem der Erde, wobei das Wasser entweder auf seiner der Sonne zugewandten Seite (bei einer synchronen Rotation) oder in seiner tropischen Zone (bei einer 3:2-Resonanz) begrenzt ist ). Außerdem wäre die Strahlung, die er von seinem Roten Zwerg erhält, deutlich höher, als wir es hier auf der Erde gewohnt sind.
Was also genau bedeutet „erdähnlich“? Die kurze Antwort ist, es kann viele Dinge bedeuten. Und in dieser Hinsicht ein ziemlich zweifelhafter Begriff. Wenn erdähnlich Ähnlichkeiten in Masse, Größe und Zusammensetzung bedeuten kann und darauf hinweisen kann, dass der Planet innerhalb der bewohnbaren Zone seines Sterns umkreist – aber nicht unbedingt alle der oben genannten –, dann ist dies kein sehr zuverlässiger Begriff.
Künstlerische Darstellung der erdähnlichen Planeten, die in anderen Sternensystemen beobachtet wurden. Bildquelle: JPL
Der einzige Weg, um Klarheit zu schaffen, wäre am Ende, einen Planeten als „erdähnlich“ zu bezeichnen, wenn er tatsächlich Ähnlichkeiten in Bezug auf Größe, Masse und Zusammensetzung aufweist. Das Wort „terrestrisch“ kann sicherlich zur Not ersetzt werden, aber nur, wenn die Zusammensetzung des Planeten mit einiger Sicherheit bekannt ist (und nicht nur seine Größe und Masse).
Und Wörter wie „bewohnbar“ sollten wahrscheinlich nur verwendet werden, wenn sie von Wörtern wie „möglicherweise“ begleitet werden. Denn innerhalb der bewohnbaren Zone eines Sterns zu sein, bedeutet sicherlich, dass es diePotenzialfür das Leben. Aber es bedeutet nicht unbedingt, dass dort Leben entstanden sein könnte oder dass eines Tages Menschen dort leben könnten.
Und sollten diese Worte auf Proxima b zutreffen? Vielleicht, aber man sollte bedenken, dass die ESO die Entdeckung eines Exoplaneten mit Hilfe der Radialgeschwindigkeit Methode. Bis er durch direkte Nachweismethoden bestätigt wird, bleibt er ein möglicher Exoplanet (kein bestätigter).
Aber selbst diese einfachen Maßnahmen würden wahrscheinlich nicht ausreichen, um alle Unklarheiten oder Kontroversen auszuräumen. Genau genommen ist die Planetenjagd – wie alle Aspekte der Weltraumforschung und -wissenschaft – ein spaltendes Thema. Und neue Erkenntnisse haben immer die Möglichkeit, Kritik und Meinungsverschiedenheiten von mehreren Seiten gleichzeitig auf sich zu ziehen.
Und Sie dachten, dass Plutos Klassifizierung die Dinge verwirrt! Nun, Pluto hat nichts in der Exoplaneten-Datenbank! Seien Sie also auf viele Jahre der Klassifikationsdebatten und Kontroversen vorbereitet!
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