Mit all diesen neuen Planeten, die in der bewohnbaren Zone gefunden wurden, ist es vielleicht an der Zeit, die bewohnbare Zone zu verfeinern

In den letzten Jahrzehnten haben Tausende von extrasolare Planeten wurden in unserer Galaxie entdeckt. Ab 28. Juli 2018 , wurden insgesamt 3.374 extrasolare Planeten in 2.814 Planetensystemen bestätigt. Während die meisten dieser Planeten Gasriesen waren, war eine zunehmende Zahl terrestrischer (d. h. felsiger) Natur und kreiste innerhalb ihrer jeweiligen Sterne bewohnbare Zonen (HZ).

Wie der Fall des Sonnensystems zeigt, bedeuten HZs jedoch nicht unbedingt, dass ein Planet Leben unterstützen kann. Obwohl sich Venus und Mars am inneren bzw. äußeren Rand des HZ der Sonne befinden, ist beides nicht in der Lage, Leben auf seiner Oberfläche zu unterstützen. Und da ständig mehr potenziell bewohnbare Planeten entdeckt werden, a neue Studie schlägt vor, dass es an der Zeit sein könnte, unsere Definition von bewohnbaren Zonen zu verfeinern.

Die Studie mit dem Titel „ Eine umfassendere bewohnbare Zone, um Leben auf anderen Planeten zu finden “, erschien vor kurzem online. Die Studie wurde von Dr. Ramses M. Ramirez durchgeführt, einem Forscher der Earth-Life Science Institute am Tokyo Institute of Technology . Dr. Ramirez beschäftigt sich seit Jahren mit der Erforschung potenziell bewohnbarer Welten und erstellt Klimamodelle, um die Prozesse zu bewerten, die Planeten bewohnbar machen.

Ein Diagramm, das die Grenzen der Habitable Zone (HZ) darstellt und wie die Grenzen vom Sterntyp beeinflusst werden. Bildnachweis: Wikipedia Commons/Chester Harman

Wie Dr. Ramirez in seiner Studie feststellte, ist die allgemeinste Definition einer bewohnbaren Zone die kreisförmige Region um einen Stern, in der die Oberflächentemperaturen eines umkreisenden Körpers ausreichen würden, um Wasser in einem flüssigen Zustand zu halten. Dies allein bedeutet jedoch nicht, dass ein Planet bewohnbar ist, und es müssen zusätzliche Überlegungen in Betracht gezogen werden, um festzustellen, ob dort wirklich Leben existieren könnte. Wie Dr. Ramirez Universe Today per E-Mail sagte:

„Die beliebteste Inkarnation des HZ ist das klassische HZ. Diese klassische Definition geht davon aus, dass die wichtigsten Treibhausgase auf potenziell bewohnbaren Planeten Kohlendioxid und Wasserdampf sind. Es geht auch davon aus, dass die Bewohnbarkeit auf solchen Planeten durch den Karbonat-Silikat-Zyklus aufrechterhalten wird, wie es bei der Erde der Fall ist. Auf unserem Planeten wird der Karbonat-Silikat-Kreislauf durch die Plattentektonik angetrieben.

„Der Karbonat-Silikat-Zyklus reguliert den Transfer von Kohlendioxid zwischen Atmosphäre, Oberfläche und Erdinnerem. Es wirkt als planetarischer Thermostat über lange Zeiträume und sorgt dafür, dass nicht zu viel CO2 in der Atmosphäre (der Planet wird zu heiß) oder zu wenig (der Planet wird zu kalt) ist. Auch die klassische HZ geht (typischerweise) davon aus, dass bewohnbare Planeten über Gesamtwasservorräte (z. B. Gesamtwasser in den Ozeanen und Meeren) verfügen, die der Größe der Erde ähnlich sind.“

Dies kann als „Low-hanging Fruit“-Ansatz bezeichnet werden, bei dem Wissenschaftler nach Anzeichen für Bewohnbarkeit gesucht haben, basierend auf dem, was wir Menschen am besten kennen. Angesichts der Tatsache, dass das einzige Beispiel für die Bewohnbarkeit der Planet Erde ist, haben sich Exoplanetenstudien darauf konzentriert, Planeten zu finden, die in Zusammensetzung (d. h. felsig), Umlaufbahn und Größe „erdähnlich“ sind.

Diagramm, das die bewohnbare Zone von GJ 625 im Vergleich zur Sonne zeigt. Bildnachweis: IAC

In den letzten Jahren wurde diese Definition jedoch durch neuere Studien in Frage gestellt. Da sich die Exoplanetenforschung von der bloßen Erkennung und Bestätigung der Existenz von Körpern um andere Sterne entfernt und sich der Charakterisierung zugewandt hat, sind neuere Formulierungen von HZs entstanden, die versucht haben, die Vielfalt potenziell bewohnbarer Welten zu erfassen.

Wie Dr. Ramirez erklärte, haben diese neueren Formulierungen die traditionellen Vorstellungen von HZs ergänzt, indem sie berücksichtigten, dass bewohnbare Planeten unterschiedliche atmosphärische Zusammensetzungen haben können:

„Sie betrachten zum Beispiel den Einfluss zusätzlicher Treibhausgase wie CH4 und H2, die beide als wichtig für die frühen Bedingungen sowohl auf der Erde als auch auf dem Mars angesehen wurden. Die Zugabe dieser Gase macht die bewohnbare Zone breiter, als dies von der klassischen HZ-Definition vorhergesagt würde. Das ist großartig, denn Planeten, von denen angenommen wird, dass sie außerhalb des HZ liegen, wie TRAPPIST-1h, können sich jetzt darin befinden. Es wurde auch argumentiert, dass Planeten mit dichten CO2-CH4-Atmosphären in der Nähe des äußeren Randes des HZ heißerer Sterne bewohnt sein könnten, weil es schwierig ist, solche Atmosphären ohne das Vorhandensein von Leben zu erhalten.“

Eine solche Studie wurde von Dr. Ramirez und Lisa Kaltenegger, außerordentliche Professorin an der Carl Sagan Institute an der Cornell University . Laut einem Papier, das sie produzierten im Jahr 2017 , das in der . erschienAstrophysikalische Zeitschriftenbriefe,Exoplanetenjäger könnten Planeten finden, die eines Tages aufgrund der Anwesenheit von bewohnbar werden würden vulkanische Aktivität – die durch die Anwesenheit von Wasserstoffgas (H₂) in ihrer Atmosphäre.

Stellartemperatur versus Entfernung vom Stern im Vergleich zur Erde für die klassische habitable Zone (blau schattiert) und die vulkanische habitable Zone Extension (rot schattiert). Quelle: R. Ramirez, Carl Sagan Institute, Cornell

Diese Theorie ist eine natürliche Erweiterung der Suche nach „erdähnlichen“ Bedingungen, die davon ausgeht, dass die Erdatmosphäre nicht immer so war, wie sie heute ist. Grundsätzlich vermuten Planetenwissenschaftler, dass die frühe Erdatmosphäre vor Milliarden von Jahren reichlich Wasserstoffgas (H₂) aufgrund der vulkanischen Ausgasung und der Wechselwirkung zwischen Wasserstoff- und Stickstoffmolekülen in dieser Atmosphäre hat die Erde lange genug warm gehalten, damit sich Leben entwickeln konnte.

Im Fall der Erde entwich dieser Wasserstoff schließlich in den Weltraum, was vermutlich für alle terrestrischen Planeten der Fall ist. Auf einem Planeten mit ausreichender vulkanischer Aktivität könnte jedoch das Vorhandensein von Wasserstoffgas in der Atmosphäre aufrechterhalten werden, wodurch ein Treibhauseffekt ermöglicht würde, der ihre Oberflächen warm halten würde. In dieser Hinsicht könnte das Vorhandensein von Wasserstoffgas in der Atmosphäre eines Planeten die HZ eines Sterns verlängern.

Hinzu kommt laut Ramirez der Faktor Zeit, der bei der Bewertung von HZs typischerweise nicht berücksichtigt wird. Kurz gesagt, Sterne entwickeln sich im Laufe der Zeit und strahlen je nach Alter unterschiedlich stark aus. Dies hat den Effekt, dass sich die HZ eines Sterns ändert, was einen Planeten, der derzeit untersucht wird, möglicherweise nicht umfasst. Wie Ramirez erklärte:

„[I] Es wurde gezeigt, dass M-Zwerge (wirklich coole Sterne) bei ihrer ersten Entstehung so hell und heiß sind, dass sie alle jungen Planeten austrocknen können, von denen später bestimmt wird, dass sie sich im klassischen HZ befinden. Dies unterstreicht den Punkt, dass nur weil sich ein Planet derzeit in der bewohnbaren Zone befindet, dies nicht bedeutet, dass er tatsächlich bewohnbar (geschweige denn bewohnt) ist. Wir sollten in der Lage sein, auf diese Fälle aufzupassen.

Schließlich stellt sich die Frage, welche Arten von Sternensystemastronomen bei der Jagd nach Exoplaneten beobachtet haben. Während viele Umfragen den gelben Zwergstern vom Typ G untersucht haben (was unsere Sonne ist), viel recherchieren wurde fokussiert auf Sterne vom Typ M (Roter Zwerg) in letzter Zeit wegen ihrer Langlebigkeit und der Tatsache, dass sie glaubten, die meisten zu sein wahrscheinlicher Ort, um Gesteinsplaneten zu finden diese Umlaufbahn innerhalb der HZs ihrer Sterne.

„Während sich die meisten früheren Studien auf Einzelsternsysteme konzentriert haben, kürzliche Arbeit deutet darauf hin, dass bewohnbare Planeten in Doppelsternsystemen oder sogar Roten Riesen oder Weißen Zwergen vorkommen können, potenziell bewohnbare Planeten können auch die Form von Wüstenwelten oder sogar Ozeanwelten annehmen, die viel feuchter sind als die Erde“, sagt Ramirez. „Solche Formulierungen erweitern nicht nur den Parameterraum potenziell bewohnbarer Planeten, nach denen gesucht werden soll, sondern ermöglichen es uns auch, die Welten herauszufiltern, die am (und am wenigsten) wahrscheinlich Leben beherbergen.“

Letztlich zeigt diese Studie, dass die klassische HZ nicht das einzige Instrument ist, mit dem die Möglichkeit außerirdischen Lebens bewertet werden kann. Daher empfiehlt Ramirez, dass in Zukunft Astronomen und Exoplanetenjäger das klassische HZ um die zusätzlichen Überlegungen dieser neueren Formulierungen ergänzen sollten. Auf diese Weise können sie möglicherweise ihre Chancen, eines Tages ein Leben zu finden, maximieren.

„Ich empfehle Wissenschaftlern, den frühen Stadien von Planetensystemen besondere Aufmerksamkeit zu schenken, da dies hilft, die Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, dass ein Planet, der sich derzeit in der heutigen bewohnbaren Zone befindet, tatsächlich es wert ist, weiter auf weitere Beweise für Leben hin untersucht zu werden“, sagte er. „Ich empfehle auch, die verschiedenen HZ-Definitionen zusammen zu verwenden, damit wir am besten feststellen können, welche Planeten am wahrscheinlichsten Leben beherbergen. Auf diese Weise können wir diese Planeten einordnen und bestimmen, für welche wir die meiste Zeit und Energie unseres Teleskops verwenden. Auf dem Weg dorthin würden wir auch die Validität des HZ-Konzepts testen, einschließlich der Universalität des Karbonat-Silikat-Zyklus im kosmischen Maßstab.“

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