Wie und warum sterben Planeten?

(Bild: © Vadim Sadovski / Shutterstock)

Die meisten Planeten können lange, lange existieren, aber sie können nicht ewig dauern. Hungrige Sterne und gewalttätige planetarische Nachbarn können eine Welt vollständig zerstören, während Einschläge und übermäßiger Vulkanismus eine bewohnbare Welt steril machen können, indem der Planet seines Wassers beraubt wird. Es gibt auch viele theoretische Wege, die das Ende eines Planeten bedeuten könnten, aber soweit wir wissen, nicht.

"Planeten sterben die ganze Zeit direkt in unserer galaktischen Nachbarschaft", schrieb Sean Raymond, ein Planetenmodellierer am Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux in Bordeaux, Frankreich, in seinem Blogserie darüber, wie Planeten sterben. Raymond hat unzählige Wege untersucht, wie Planeten ihr Ende finden könnten. Obwohl nicht alle Planeten sterben, finden die meisten schließlich ihren Weg in die Leichenhalle des Planeten.

Klimakatastrophe

Der Klimazyklus der Erde spielt eine wichtige Rolle, um sicherzustellen, dass der Planet weder zu heiß noch zu kalt ist, um das Leben zu erhalten. Aber es braucht nicht viel, bis das Klima in einer felsigen Welt wie der Erde aus dem Gleichgewicht gerät und Ereignisse auslöst, die entweder zu einem unglaublich heißen Planeten oder zu einer Schneeballwelt führen.

Auf der Erde wird die Temperatur durch die Menge an Kohlendioxid in der Atmosphäre reguliert. Kohlendioxid und andere Treibhausgase in der Atmosphäre (wie Wasser, Methan und Lachgas) wirken als Decke und halten den Planeten warm, indem sie verlangsamen, wie viel Sonnenstrahlung zurück in den Weltraum entweicht. Wenn sich Kohlendioxid in der Atmosphäre ansammelt, erwärmt es die Oberfläche des Planeten. es regnet mehr. Durch Regen wird dann ein Teil des Kohlendioxids aus der Atmosphäre entfernt und in den Karbonatgesteinen auf dem Meeresboden abgelagert, und der Planet beginnt sich abzukühlen.

Wenn sich Kohlendioxid schneller in der Atmosphäre ansammelt, als es wieder in die Gesteine ​​aufgenommen werden kann, kann es beispielsweise aufgrund einer erhöhten vulkanischen Aktivität einen außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt auslösen. Die Temperaturen können über den Siedepunkt von Wasser steigen, was ein Problem für die Erhaltung des Lebens sein kann, da alles Leben, wie wir es kennen, Wasser benötigt. Steigende Temperaturen können auch dazu führen, dass die Atmosphäre in den Weltraum entweicht und der Schutzschild entfernt wird, der die Strahlung von der Sonne eines Planeten und anderen Sternen ablenkt.

"Gewächshausheizung ist eine Tatsache für eine Atmosphäre und bis zu einem gewissen Grad wünschenswert", schrieb Raymond. "Aber die Dinge können außer Kontrolle geraten."

Hitze ist nicht der einzige Weg, wie das Klima tödlich werden kann. Wenn ein Planet kalt genug wird, verwandelt sich dieser Körper in einen Schneeballwelt, ein mit Eis bedecktes felsiges Objekt. Eis und Schnee sind hell und reflektieren einen Großteil der Wärme eines Sterns zurück in den Weltraum, wodurch sich die Welt noch weiter abkühlt. In einer Welt mit Oberflächenvulkanen können Eruptionen Kohlendioxid und andere Gase zurück in die Atmosphäre leiten und die Welt wieder aufheizen. Wenn die Schneeballbedingungen jedoch auf einem Planeten auftreten, auf dem es an Plattentektonik mangelt - und daher an Vulkanen -, kann die Welt dauerhaft in einem Schneeballzustand eingeschlossen sein.

Laut Raymond laufen alle potenziell lebenswichtigen Planeten Gefahr Klimakatastrophe, was einen Planeten unbewohnbar machen kann, ihn aber nicht vollständig zerstört.

Lava oder Leben

Das Ziehen benachbarter Welten kann auf die Umlaufbahn eines Planeten ziehen, was Druck auf das Innere des Planeten ausübt und die Wärme der mittleren Erdschicht, des Erdmantels, erhöht. Diese Hitze muss einen Weg finden, um zu entkommen, und die typischste Methode ist durch einen Vulkan.

Vulkanische Aktivitäten können die Umwelt eines Planeten erheblich beeinflussen. Laut der Universitätsgesellschaft für AtmosphärenforschungGas- und Staubpartikel, die von einem Vulkan in die Atmosphäre geworfen werden, können die Atmosphäre eines Planeten beeinflussen, den Planeten abkühlen und ihn vor einfallender Strahlung schützen. Im Jahr 1815 der Ausbruch von Mount Tambora, der größte Ausbruch in der Geschichte der Erde, warf so viel Asche auf, dass er die globalen Temperaturen senkte und 1816 zum sogenannten "Jahr ohne Sommer" machte.

Vulkane können auch den gegenteiligen Effekt verursachen - die globale Erwärmung -, da sie Treibhausgase in die Atmosphäre abgeben. Häufige und große Vulkanausbrüche könnten einen außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt auslösen, der eine bewohnbare Welt wie die Erde in etwas verwandeln würde eher wie Venus.

Wir müssen nicht lange nach einem realen Beispiel einer Vulkanwelt suchen. Jupiters Mond Io ist der vulkanisch aktivste Körper im Sonnensystem mit Hunderten von Vulkanen, die kontinuierlich ausbrechen. Wenn die Erde so stark gezerrt würde, wie Io durch die Gravitationskraft des Jupiter gezogen wird, hätte die Erde laut Raymond zehnmal mehr vulkanische Aktivität als Io.

Kometenkatastrophe

Felsige Asteroiden und eisige Kometen sind planetarische "Krümel", die ihren Nachbarwelten erhebliche Probleme bereiten können, insbesondere wenn sie von Eis- und Gasriesen geschleudert werden.

Während sich die Planeten in ihren endgültigen Umlaufbahnen niederlassen, können ihre Gravitationsschlepper Asteroiden und Kometen bewegen. Einige können in die Außenbezirke des Planetensystems gedrängt werden, während andere nach innen geschleudert werden und schließlich mit felsigen Welten kollidieren, in denen sich das Leben möglicherweise zu entwickeln versucht.

In unserem äußeren Sonnensystem schoben Neptuns letzte Bewegungen, als er sich in seiner permanenten Umlaufbahn niederließ, mehrere Kometen nach innen und passierten sie von Planet zu Planet, bis sie Jupiter erreichten. Jupiter warf einige dieser eisigen Körper nach außen, andere wurden in einer Zeit, die als die Erde bekannt war, nach innen zur Erde geschleudert Spätes schweres Bombardement.

Heute sammelt die Erde täglich etwa 100 Tonnen (90 Tonnen) interplanetares Material in Form von Staub an. Objekte, die größer als 100 Meter sind, stürzen nur etwa alle 10.000 Jahre an die Oberfläche, während Körper, die größer als 1 Kilometer sind, laut NASA nur einmal alle 100.000 Jahre abstürzen Zentrum für erdnahe Objektstudien.

Wenn Riesenplaneten diese zerstörerischen Krümel in Richtung Sonne werfen, kommt es häufiger zu Kollisionen und Stößen. Mittelgroße Objekte können Staub und Schmutz in die Atmosphäre werfen, was die atmosphärischen Prozesse stören kann. Riesige Stöße können noch schlimmere Auswirkungen haben, nicht nur wegen der Verwüstung am Nullpunkt, sondern auch, weil sie möglicherweise genug Schmutz aufwerfen, um eine zu verursachen Auswirkungen Winterund warf den Planeten in eine Mini-Eiszeit. Wenn genügend Auswirkungen hintereinander abgefeuert wurden, konnten die Klimaeffekte aufeinander aufbauen, bis sie die Welt schließlich unbewohnbar machten.

Basierend auf Beobachtungen der Planetenreste, die um andere Sterne herum gefunden wurden, berechnete Raymond, dass etwa 1 Milliarde erdähnliche Planeten in der Galaxie schließlich durch einen Beschuss mit Asteroiden zerstört werden.

Ein böser großer Bruder

Als das massereichste Objekt im Sonnensystem nach der Sonne, Jupiter wirkt wie ein schützender großer BruderDie kleineren felsigen Planeten werden vor Trümmern geschützt, und Riesen auf anderen Welten spielen wahrscheinlich die gleiche Rolle. Aber wenn ein Gasriese wie Jupiter instabil wird, könnte dies verheerende Auswirkungen auf die kleineren Welten um ihn herum haben.

Nachdem sich Sterne gebildet haben, wird die Scheibe mit Materialresten gibt Anlass zu Planeten. Gravitationsschlepper aus dem Gas und Staub in der Scheibe üben eine Kraft auf die Planeten aus und können die Gasriesen in den ersten Millionen Jahren in einer Linie halten. Sobald es jedoch verschwunden ist, können die Planeten ihre Umlaufbahnen leichter ändern. Da Riesenplaneten viel kleiner sind als ihre felsigen Geschwister, können ihre Gravitationsschübe einen signifikanten Unterschied bei der Verschiebung der Umlaufbahnen kleinerer Planeten bewirken. Aber große Welten sind nicht immun. Zwei Riesenplaneten können aneinander ziehen und sogar extrem nahe beieinander vorbeiziehen. Laut Raymond kollidieren diese Riesen selten und versetzen sich stattdessen gegenseitig in die Schwerkraft. Schließlich könnten einige Welten sein rausgeschmissen der Umlaufbahn vollständig und werden dazu gebracht, durch den Raum zu schweben an keine Sterne gebunden.

Raymond berechnete, dass rund 5 Milliarden felsige Welten von Gasriesen zerstört wurden. Der größte Teil der Zerstörung ereignete sich wahrscheinlich kurz nach der Bildung der Planeten. Eine Handvoll passierte jedoch wahrscheinlich später im Leben des Systems, nachdem das Leben Zeit hatte, sich zu entwickeln. Wenn nur 1% der Gasriesen später in ihrem planetarischen Leben instabil wurden, dann ist es möglich, dass 50 Millionen Planetensysteme bewohnte Welten zerstört haben, indem sie sie in ihren Stern geworfen haben.

Hervorragendes Naschen

Wie Planeten können Sterne ein Ende haben und ihre Transformation kann drastische Auswirkungen auf die Planeten haben, die sie umkreisen.

Rote ZwergsterneZum Beispiel kann es mehr als 100 Millionen Jahre dauern, bis sie ihre langfristige Helligkeit erreichen, zehnmal länger als unsere Sonne. Planeten, die einen roten Zwerg umkreisen, befinden sich möglicherweise einige Millionen Jahre lang in der bewohnbaren Zone. Wenn der Stern jedoch heller wird, kann jedes lebenserhaltende Wasser unter den höheren Temperaturen verdunsten.

Aber Planeten, die einen heißen roten Zwerg umkreisen, könnten immer noch Leben erhalten. "Wir wissen nicht, ob dieser Prozess Planeten vollständig austrocknet oder nur einige äußere Schichten des Ozeans abstreift", schrieb Raymond. "Wenn ein Planet genug Wasser in seinem Inneren hat (es wird angenommen, dass die Erde ein paar Mal sein Oberflächenwasser im Mantel hat), könnte er es aushalten, seine Ozeane zu verlieren, indem er später neue ausgast. Es ist ein komplexes Zusammenspiel zwischen Geologie und Astronomie und das Ergebnis ist vorerst unbekannt. " Raymond schätzte dass 100 Milliarden Planeten von ihrem roten Zwerg ausgetrocknet sein könnten.

Sonnensterne geben bewohnbaren Planeten mehr Zeit, sich am Wasser festzuhalten, und geben dem Leben eine Chance. Aber auch die Temperatur der Sonne ändert sich und wird über Milliarden von Jahren langsam heller. In einer Milliarde Jahren, sagte Raymond, wird der Planet nicht mehr in der bewohnbaren Zone sein; Wasser bleibt auf der Erdoberfläche nicht mehr flüssig. Stattdessen wird der Planet einen schnellen Treibhauseffekt erfahren und schließlich wie die Venus aussehen.

Wenn ein sonnenähnlicher Stern 10 Milliarden Jahre alt wird, geht ihm der Wasserstoff aus und er expandiert auf das 100- bis 200-fache seiner derzeitigen Größe. (Unsere Sonne ist 4,5 Milliarden Jahre alt, also haben wir einige Zeit, bevor dies geschieht.) Im Sonnensystem werden Venus und Merkur sein vom Stern verschluckt, während die wechselnde Schwerkraft der Sonne den Mars und die äußeren Planeten weiter nach außen drückt. Die Erde ist direkt am Rande und kann jedes Schicksal erleiden. Etwa 4 Milliarden felsige Welten werden wahrscheinlich von einem sich langsam aufhellenden Stern verzehrt.

Die massereichsten Sterne explodieren herein feurige Supernova nach einer relativ kurzen Lebensdauer von einigen Millionen Jahren. Um diese massiven Sterne herum wurden keine Planeten gefunden, aber das könnte daran liegen, dass so wenige massive Sterne zu suchen sind und Exoplaneten immer noch schwer zu finden sind, schrieb Raymond. In jedem Fall werden alle Planeten um diese Riesensterne wahrscheinlich durch den explosiven Tod des Sterns zerstört.

Dieser Artikel wurde von der Serie des Astronomen Sean Raymond über inspiriert Wie Planeten sterben.

Zusätzliche Ressourcen:

• Erfahren Sie mehr über die planetare Evolution auf Sean Raymonds PlanetPlanet-Blog.
• Lesen Sie mehr über die planetarische "Krümel", die die Erde erreichen, vom Zentrum für erdnahe Objekte.
• Erfahren Sie mehr über die Unterschiede zwischen verschiedene Arten von Sternen.