In den letzten Jahrzehnten wurden in unserer Galaxie Tausende von außersolaren Planeten entdeckt. Bis zum 28. Juli 2018 wurden in 2.814 Planetensystemen insgesamt 3.374 extra-solare Planeten bestätigt. Während die Mehrheit dieser Planeten Gasriesen waren, war eine zunehmende Anzahl terrestrischer (d. H. Felsiger) Natur und es wurde festgestellt, dass sie in den jeweiligen bewohnbaren Zonen (HZ) ihrer Sterne umkreisen.
Wie der Fall des Sonnensystems zeigt, bedeuten HZs jedoch nicht unbedingt, dass ein Planet das Leben unterstützen kann. Obwohl sich Venus und Mars am inneren und äußeren Rand des HZ der Sonne befinden, ist keiner von beiden in der Lage, das Leben auf seiner Oberfläche zu unterstützen. Und da immer mehr potenziell bewohnbare Planeten entdeckt werden, deutet eine neue Studie darauf hin, 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“ wurde kürzlich online veröffentlicht. Die Studie wurde von Dr. Ramses M. Ramirez durchgeführt, einem Wissenschaftler am Earth-Life Science Institute des Tokyo Institute of Technology. Dr. Ramirez befasst sich seit Jahren mit der Erforschung potenziell bewohnbarer Welten und erstellt Klimamodelle, um die Prozesse zu bewerten, die Planeten bewohnbar machen.
Wie Dr. Ramirez in seiner Studie angedeutet hat, ist die allgemeinste Definition einer bewohnbaren Zone die kreisförmige Region um einen Stern, in der Oberflächentemperaturen auf einem umlaufenden Körper ausreichen würden, um das Wasser in einem flüssigen Zustand zu halten. Dies allein bedeutet jedoch nicht, dass ein Planet bewohnbar ist, und zusätzliche Überlegungen müssen berücksichtigt werden, um festzustellen, ob dort wirklich Leben existieren könnte. Wie Dr. Ramirez dem Space Magazine per E-Mail sagte:
„Die beliebteste Inkarnation der HZ ist die klassische HZ. Diese klassische Definition geht davon aus, dass die wichtigsten Treibhausgase in potenziell bewohnbaren Planeten Kohlendioxid und Wasserdampf sind. Es wird auch angenommen, dass die Bewohnbarkeit auf solchen Planeten durch den Carbonat-Silikat-Zyklus aufrechterhalten wird, wie dies für die Erde der Fall ist. Auf unserem Planeten wird der Carbonat-Silikat-Zyklus von der Plattentektonik angetrieben.
„Der Carbonat-Silikat-Zyklus reguliert den Kohlendioxidtransfer zwischen Atmosphäre, Oberfläche und Erdinnerem. Es wirkt über lange Zeiträume als Planetenthermostat und stellt sicher, dass nicht zu viel CO2 in der Atmosphäre (der Planet wird zu heiß) oder zu wenig (der Planet wird zu kalt) vorhanden ist. Das klassische HZ geht auch (typischerweise) davon aus, dass bewohnbare Planeten über Gesamtwasserinventare (z. B. Gesamtwasser in den Ozeanen und Meeren) verfügen, die ähnlich groß sind wie die auf der Erde. “
Dies kann als „niedrig hängende Frucht“ -Ansatz bezeichnet werden, bei dem Wissenschaftler nach Anzeichen von Bewohnbarkeit gesucht haben, basierend auf dem, was wir als Menschen am besten kennen. Angesichts der Tatsache, dass das einzige Beispiel für Bewohnbarkeit der Planet Erde ist, konzentrierten sich Exoplanetenstudien darauf, Planeten zu finden, deren Zusammensetzung (d. H. Felsig), Umlaufbahn und Größe „erdähnlich“ sind.
In den letzten Jahren wurde diese Definition jedoch durch neuere Studien in Frage gestellt. Während sich die Exoplanetenforschung von der bloßen Erkennung und Bestätigung der Existenz von Körpern um andere Sterne wegbewegt 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 HZ ergänzt, indem sie berücksichtigt haben, dass bewohnbare Planeten unterschiedliche atmosphärische Zusammensetzungen haben können:
„Zum Beispiel berücksichtigen sie den Einfluss zusätzlicher Treibhausgase wie CH4 und H2, die beide für die frühen Bedingungen auf der Erde und auf dem Mars als wichtig angesehen wurden. Die Zugabe dieser Gase macht die bewohnbare Zone breiter als es die klassische HZ-Definition vorhersagen würde. Das ist großartig, weil Planeten, von denen angenommen wird, dass sie sich außerhalb des HZ befinden, wie TRAPPIST-1h, sich jetzt möglicherweise innerhalb des HZ befinden. Es wurde auch argumentiert, dass Planeten mit dichten CO2-CH4-Atmosphären nahe dem äußeren Rand des HZ heißerer Sterne bewohnt sein könnten, da es schwierig ist, solche Atmosphären ohne das Vorhandensein von Leben aufrechtzuerhalten. “
Eine solche Studie wurde von Dr. Ramirez und Lisa Kaltenegger, einer außerordentlichen Professorin am Carl Sagan Institute der Cornell University, durchgeführt. Laut einem Papier, das sie 2017 produzierten und das in der Astrophysical Journal Letters,Exoplanetenjäger könnten Planeten finden, die eines Tages aufgrund vulkanischer Aktivität bewohnbar werden würden - was durch die Anwesenheit von Wasserstoffgas erkennbar wäre (H.2) in ihrer Atmosphäre.
Diese Theorie ist eine natürliche Erweiterung der Suche nach „erdähnlichen“ Bedingungen, die berücksichtigt, dass die Erdatmosphäre nicht immer so war, wie sie heute ist. Grundsätzlich theoretisieren Planetenforscher, dass die frühe Erdatmosphäre vor Milliarden von Jahren reichlich mit Wasserstoffgas versorgt wurde (H.2) Aufgrund der vulkanischen Ausgasung und der Wechselwirkung zwischen Wasserstoff- und Stickstoffmolekülen in dieser Atmosphäre wurde die Erde lange genug warm gehalten, damit sich Leben entwickeln konnte.
Im Fall der Erde entkam 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 entsteht, der die Oberfläche warm hält. In dieser Hinsicht könnte das Vorhandensein von Wasserstoffgas in der Atmosphäre eines Planeten die HZ eines Sterns verlängern.
Laut Ramirez gibt es auch den Zeitfaktor, der bei der Bewertung von HZ normalerweise nicht berücksichtigt wird. Kurz gesagt, Sterne entwickeln sich im Laufe der Zeit und geben je nach Alter unterschiedliche Strahlungswerte ab. Dies hat zur Folge, dass sich die Reichweite des HZ eines Sterns ändert, der möglicherweise keinen Planeten umfasst, der derzeit untersucht wird. Wie Ramirez erklärte:
„[I] t hat gezeigt, dass M-Zwerge (wirklich coole Sterne) so hell und heiß sind, wenn sie sich zum ersten Mal bilden, dass sie alle jungen Planeten austrocknen können, von denen später bestimmt wird, dass sie in der klassischen HZ sind. Dies unterstreicht den Punkt, dass nur weil sich ein Planet derzeit in der bewohnbaren Zone befindet, dies nicht bedeutet, dass er tatsächlich bewohnbar ist (geschweige denn bewohnt). Wir sollten in der Lage sein, auf diese Fälle zu achten.
Schließlich stellt sich die Frage, welche Arten von Astronomen des Sternensystems bei der Suche nach Exoplaneten beobachtet haben. Während viele Umfragen den gelben Zwergstern vom Typ G (was unsere Sonne ist) untersucht haben, wurde in letzter Zeit viel Forschung auf Sterne vom Typ M (roter Zwerg) konzentriert, da sie langlebig sind und als die meisten angesehen werden wahrscheinlich Ort, um felsige Planeten zu finden, die innerhalb der HZs ihrer Sterne kreisen.
„Während sich die meisten früheren Studien auf Einzelsternsysteme konzentriert haben, deuten neuere Arbeiten darauf hin, dass bewohnbare Planeten in binären Sternensystemen oder sogar in Systemen von roten Riesen oder weißen Zwergen zu finden sind. Potenziell bewohnbare Planeten können auch die Form von Wüstenwelten oder sogar Ozeanwelten annehmen sind viel feuchter als die Erde “, sagt Ramirez. "Solche Formulierungen erweitern nicht nur den Parameterraum potenziell bewohnbarer Planeten, nach denen gesucht werden soll, erheblich, sondern ermöglichen es uns auch, die Welten herauszufiltern, in denen das Leben am wahrscheinlichsten (und am wenigsten) ist."
Letztendlich zeigt diese Studie, dass das klassische HZ nicht das einzige Instrument ist, mit dem die Möglichkeit eines außerirdischen Lebens bewertet werden kann. Aus diesem Grund empfiehlt Ramirez, dass Astronomen und Exoplanetenjäger in Zukunft das klassische HZ durch die zusätzlichen Überlegungen ergänzen sollten, die durch diese neueren Formulierungen aufgeworfen werden. Auf diese Weise können sie möglicherweise ihre Chancen maximieren, eines Tages Leben zu finden.
"Ich empfehle Wissenschaftlern, den frühen Stadien der Planetensysteme besondere Aufmerksamkeit zu widmen, da dies dazu beiträgt, die Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, dass ein Planet, der sich derzeit in der heutigen bewohnbaren Zone befindet, es tatsächlich wert ist, weiter untersucht zu werden, um mehr Beweise für das Leben zu erhalten", sagte er. „Ich empfehle auch, die verschiedenen HZ-Definitionen zusammen zu verwenden, damit wir am besten bestimmen können, welche Planeten am wahrscheinlichsten das Leben beherbergen. Auf diese Weise können wir diese Planeten ordnen und bestimmen, für welche wir den größten Teil unserer Teleskopzeit und -energie verwenden möchten. Auf dem Weg dorthin würden wir auch testen, wie gültig das HZ-Konzept ist, einschließlich der Bestimmung, wie universell der Carbonat-Silikat-Zyklus im kosmischen Maßstab ist. “
