In den letzten Jahrzehnten haben Astronomen viele Planeten entdeckt, von denen sie glauben, dass sie „erdähnlich“ sind, was bedeutet, dass sie terrestrisch (dh felsig) erscheinen und ihre Sterne in der richtigen Entfernung umkreisen, um die Existenz von flüssigem Wasser auf ihren Oberflächen zu unterstützen . Leider haben neuere Forschungen gezeigt, dass viele dieser Planeten tatsächlich „Wasserwelten“ sein können, in denen Wasser einen erheblichen Anteil der Masse des Planeten ausmacht.
Für die wissenschaftliche Gemeinschaft schien dies darauf hinzudeuten, dass diese Welten nicht sehr lange bewohnbar bleiben konnten, da sie den Kreislauf von Mineralien und Gasen, der das Klima auf der Erde stabil hält, nicht unterstützen könnten. Laut einer neuen Studie eines Forscherteams der University of Chicago und der Pennsylvania State University könnten diese „Wasserwelten“ jedoch bewohnbarer sein als wir denken.
Ihre Studie mit dem Titel „Bewohnbarkeit exoplanetischer Wasserwelten“ erschien kürzlich in Das astrophysikalische Journal. Die Studie wurde von Edwin S. Kite durchgeführt, einem Assistenzprofessor am Department of Geophysical Sciences der University of Chicago; und Eric B. Ford, Professor am Center for Exoplanets and Habitable Worlds der Pennsylvania State University, am Institute for CyberScience und am Pennsylvania State Astrobiology Research Center.
Für ihre Studie konstruierten Kite und Ford Modelle für felsige Planeten, die ein Vielfaches des Wassers der Erde hatten, unter Berücksichtigung der Entwicklung der Meerestemperatur und -chemie über einen Zeitraum von mehreren Milliarden. Ziel war es, einige lang gehegte Annahmen in Bezug auf die Bewohnbarkeit von Planeten anzusprechen. Zu den wichtigsten zählt, dass Planeten ähnliche Bedingungen wie die Erde haben müssen, um das Leben über lange Zeiträume zu unterstützen.
Zum Beispiel konnte der Planet Erde über lange Zeiträume stabile Temperaturen aufrechterhalten, indem er Treibhausgase in Mineralien abbaute (was zu einer globalen Abkühlung führte) und sich durch Freisetzung von Treibhausgasen über Vulkane aufwärmte. Ein solcher Prozess wäre in Wasserwelten nicht möglich, in denen die gesamte Oberfläche (und sogar ein erheblicher Massenanteil) des Planeten aus Wasser besteht.
Auf diesen Welten würde Wasser die Absorption von Kohlendioxid durch Gesteine verhindern und die vulkanische Aktivität unterdrücken. Um dies zu beheben, haben Kite und Ford eine Simulation mit Tausenden von zufällig generierten Planeten erstellt und die Entwicklung ihres Klimas im Laufe der Zeit verfolgt. Sie stellten fest, dass Wasserwelten immer noch in der Lage sein würden, das Temperaturgleichgewicht über Milliarden von Jahren aufrechtzuerhalten. Wie Kite kürzlich in einer Pressemitteilung von UChicago News erklärte:
„Dies widerspricht wirklich der Idee, dass man einen Erdklon braucht - das heißt einen Planeten mit etwas Land und einem flachen Ozean… Die Überraschung war, dass viele von ihnen mehr als eine Milliarde Jahre lang stabil bleiben, nur durch das Glück der Auslosung. Wir gehen davon aus, dass es in der Größenordnung von 10 Prozent liegt. "
Für diese Planeten, die genau den richtigen Abstand zu ihren Sternen haben, zeigten die Simulationen, dass die richtige Menge an Kohlenstoff vorhanden war. Und obwohl sie nicht genug Mineralien und Elemente aus der in den Ozeanen gelösten Kruste hatten, um Kohlenstoff aus der Atmosphäre zu ziehen, hatten sie genug Wasser, um Kohlenstoff zwischen der Atmosphäre und dem Ozean zu zirkulieren. Dieser Prozess reichte offenbar aus, um das Klima über mehrere Milliarden Jahre stabil zu halten.
"Wie viel Zeit ein Planet hat, hängt im Wesentlichen von Kohlendioxid ab und wie er sich in den ersten Jahren zwischen Ozean, Atmosphäre und Gesteinen verteilt hat", sagte Kite. "Es scheint, dass es einen Weg gibt, einen Planeten langfristig bewohnbar zu halten, ohne den geochemischen Kreislauf, den wir auf der Erde sehen."
Die Simulationen basierten auf Planeten, die Sterne wie unsere eigenen umkreisen - Sterne vom Typ G (gelber Zwerg) -, aber die Ergebnisse waren auch für Sterne vom Typ M (roter Zwerg) optimistisch. In den letzten Jahren haben Astronomen festgestellt, dass diese Systeme aufgrund ihrer natürlichen Langlebigkeit und der Tatsache, dass sie mit der Zeit langsamer heller werden, vielversprechend für die Förderung des Lebens sind - wodurch das Leben viel länger entstehen kann.
Während rote Zwerge im Vergleich zu unserer Sonne auch dafür bekannt sind, variabel und instabil zu sein, was zu zahlreichen Fackeln führt, die die Atmosphäre eines Planeten zerstören könnten, ist die Tatsache, dass eine Ozeanwelt in der Lage wäre, genug Kohlenstoff zu zirkulieren, um die Atmosphäre auf einer konstanten Temperatur zu halten ermutigend. Unter der Annahme, dass einige der Planeten, die rote Zwerge umkreisen, eine schützende Magnetosphäre haben, könnten auch sie in der Lage sein, lebenslange Bedingungen über lange Zeiträume aufrechtzuerhalten.
In den letzten Jahren hat die Flut von Exoplanetenentdeckungen dazu geführt, dass sich der Schwerpunkt von Exoplanetenstudien von der Erkennung zur Charakterisierung verlagert hat. Dies wiederum hat Wissenschaftler dazu veranlasst, über die Art von Bedingungen zu spekulieren, unter denen Leben entstehen und gedeihen könnte. Während der Ansatz der „niedrig hängenden Früchte“ immer noch das wichtigste Mittel ist, mit dem Wissenschaftler potenziell bewohnbare Planeten finden - wo Wissenschaftler Planeten suchen, die ähnliche Bedingungen wie die Erde haben -, ist klar, dass andere Möglichkeiten bestehen.
In den kommenden Jahren mit dem Einsatz von weltraumgestützten Teleskopen wie dem James Webb Weltraumteleskop (JWST) und bodengestützte Teleskope wie das 30-Meter-Teleskop, das extrem große Teleskop und das Riesen-Magellan-Teleskop können Astronomen die Atmosphäre von Exoplaneten charakterisieren und feststellen, ob es sich tatsächlich um Wasserwelten oder Planeten mit kontinentalen Krusten (wie die Erde) handelt ).
Mit denselben Teleskopen können Astronomen auch in diesen Atmosphären nach Biosignaturen suchen, um nicht nur festzustellen, ob sie „potenziell bewohnbar“, sondern auch „potenziell bewohnt“ sind.
