Der als Proxima b bekannte außersolare Planet hat seit seiner Bekanntgabe im August 2016 einen besonderen Platz in der Öffentlichkeit eingenommen. Als Exoplanet unseres Sonnensystems hat seine Entdeckung Fragen nach der Möglichkeit seiner Erforschung aufgeworfen die nicht allzu ferne Zukunft. Noch verlockender sind die Fragen nach seiner möglichen Bewohnbarkeit.
Trotz zahlreicher Studien, die versucht haben aufzuzeigen, ob der Planet für das Leben, wie wir es kennen, geeignet sein könnte, wurde nichts Bestimmtes produziert. Glücklicherweise hat ein Team von Astrophysikern der University of Exeter mit Hilfe von Meteorologieexperten des britischen Met Office die ersten vorläufigen Schritte unternommen, um festzustellen, ob Proxima b ein bewohnbares Klima hat.
Laut ihrer Studie, die kürzlich in der Zeitschrift erschien Astronomie & AstrophysikDas Team führte eine Reihe von Simulationen mit dem neuesten Met Office Unified Model (UM) durch. Dieses numerische Modell wird seit Jahrzehnten zur Untersuchung der Erdatmosphäre verwendet. Die Anwendungen reichen von der Wettervorhersage bis zu den Auswirkungen des Klimawandels.
Mit diesem Modell simulierte das Team, wie das Klima von Proxima b aussehen würde, wenn es eine ähnliche atmosphärische Zusammensetzung wie die Erde hätte. Sie führten auch Simulationen durch, wie der Planet aussehen würde, wenn er eine viel einfachere Atmosphäre hätte - eine, die aus Stickstoff mit Spuren von Kohlendioxid besteht. Zu guter Letzt berücksichtigten sie Variationen in der Umlaufbahn des Planeten.
Angesichts der Entfernung des Planeten von seiner Sonne - 0,05 AU (7,5 Millionen km; 4,66 Millionen Meilen) - gab es beispielsweise Fragen zu den Umlaufbahnmerkmalen des Planeten. Einerseits könnte es gezeitengesperrt sein, wobei ein Gesicht ständig in Richtung Proxima Centauri zeigt. Auf der anderen Seite könnte sich der Planet in einer 3: 2-Umlaufresonanz mit seiner Sonne befinden, wo er sich alle zwei Umlaufbahnen dreimal um seine Achse dreht (ähnlich wie Merkur mit unserer Sonne).
In beiden Fällen würde dies dazu führen, dass eine Seite des Planeten ziemlich viel Strahlung ausgesetzt ist. Angesichts der Natur von roten Zwergsternen vom Typ M, die im Vergleich zu anderen Arten von Sternen sehr variabel und instabil sind, würde die der Sonne zugewandte Seite periodisch bestrahlt. In beiden Orbital-Szenarien würde der Planet auch signifikanten Temperaturschwankungen ausgesetzt sein, die das Vorhandensein von flüssigem Wasser erschweren würden.
Beispielsweise würden auf einem gezeitengesperrten Planeten die atmosphärischen Hauptgase auf der nachtseitigen Seite wahrscheinlich gefrieren, wodurch die Tageslichtzone freigelegt und trocken bleibt. Und auf einem Planeten mit einer 3: 2-Orbitalresonanz würde ein einzelner Sonnentag höchstwahrscheinlich sehr lange dauern (ein Sonnentag auf Merkur dauert 176 Erdentage), wodurch eine Seite zu heiß wird und die andere Seite zu kalt trocknet und trocken.
Unter Berücksichtigung all dessen ermöglichten die Simulationen des Teams einige entscheidende Vergleiche mit früheren Studien, ermöglichten es dem Team jedoch auch, darüber hinauszugehen. Wie Dr. Ian Boutle, Honorary University Fellow an der University of Exeter und Hauptautor des Papiers, in einer Pressemitteilung der Universität erklärte:
„Unser Forschungsteam hat mithilfe einer Reihe von Simulationen verschiedene Szenarien für die wahrscheinliche Umlaufbahnkonfiguration des Planeten untersucht. Wir haben nicht nur untersucht, wie sich das Klima verhalten würde, wenn der Planet „gezeitengesperrt“ wäre (wobei ein Tag die gleiche Länge wie ein Jahr hat), sondern auch untersucht, wie eine Umlaufbahn ähnlich wie Merkur, die sich dreimal um ihre Achse dreht, für Alle zwei Umlaufbahnen um die Sonne (eine 3: 2-Resonanz) würden die Umwelt beeinträchtigen. “
Am Ende waren die Ergebnisse recht günstig, da das Team feststellte, dass Proxima b in beiden Atmosphären und in beiden Orbitalkonfigurationen ein bemerkenswert stabiles Klima aufweisen würde. Im Wesentlichen zeigten die UM-Softwaresimulationen, dass es immer noch Regionen auf dem Planeten geben würde, in denen Wasser in flüssiger Form existieren könnte, wenn sowohl die Atmosphären als auch die Gezeiten- und 3: 2-Resonanzkonfigurationen berücksichtigt würden.
Natürlich führte das 3: 2-Resonanzbeispiel dazu, dass größere Bereiche des Planeten in diesen Temperaturbereich fielen. Sie fanden auch heraus, dass eine exzentrische Umlaufbahn, in der sich der Abstand zwischen dem Planeten und Proxima Centauri im Verlauf einer einzelnen Umlaufzeit erheblich verändert, zu einer weiteren Erhöhung der potenziellen Bewohnbarkeit führen würde.
Wie Dr. James Manners, ein weiterer Ehrenuniversitätsstipendiat und einer der Mitautoren des Papiers, sagte:
„Eines der Hauptmerkmale, die diesen Planeten von der Erde unterscheiden, ist, dass das Licht seines Sterns hauptsächlich im nahen Infrarot liegt. Diese Lichtfrequenzen interagieren viel stärker mit Wasserdampf und Kohlendioxid in der Atmosphäre, was sich auf das Klima auswirkt, das in unserem Modell entsteht. “
Natürlich muss noch viel mehr Arbeit geleistet werden, bevor wir wirklich verstehen können, ob dieser Planet das Leben, wie wir es kennen, unterstützen kann. Studien über die Bedingungen von Proxima b sind nicht nur von großer Bedeutung, um festzustellen, ob es dort derzeit ein indigenes Leben gibt oder nicht.
In der Zwischenzeit sind Studien wie diese äußerst hilfreich, um vorherzusagen, welche Arten von Umgebungen wir auf fernen Planeten finden könnten. Dr. Nathan Mayne - der wissenschaftliche Leiter für Exoplanetenmodellierung an der University of Exeter und Mitautor des Papiers - wies auch darauf hin, dass Klimastudien dieser Art für Wissenschaftler hier zu Hause Anwendung finden könnten.
"Mit dem Projekt in Exeter versuchen wir nicht nur, die etwas verwirrende Vielfalt der entdeckten Exoplaneten zu verstehen, sondern dies auch zu nutzen, um hoffentlich unser Verständnis dafür zu verbessern, wie sich unser eigenes Klima entwickelt hat und entwickeln wird", sagte er. Darüber hinaus hilft es zu veranschaulichen, wie die Bedingungen hier auf der Erde genutzt werden können, um vorherzusagen, was in außersolaren Umgebungen existieren kann.
Das klingt vielleicht ein bisschen erdzentriert, aber es ist durchaus vernünftig anzunehmen, dass Planeten in anderen Sternensystemen Prozessen und Mechanismen unterliegen, die denen auf den Sonnenplaneten ähneln. Und dies ist etwas, wozu wir immer gezwungen sind, wenn wir nach bewohnbaren Planeten und Leben jenseits unseres Sonnensystems suchen. Bis wir direkt dorthin gehen können, werden wir gezwungen sein, das, was wir nicht wissen, an dem zu messen, was wir tun.
