Bei der Suche nach potenziell bewohnbaren Exoplaneten sind Wissenschaftler gezwungen, den Ansatz der niedrig hängenden Früchte zu wählen. Da die Erde der einzige Planet ist, von dem wir wissen, dass er das Leben unterstützen kann, kommt es bei dieser Suche im Wesentlichen darauf an, nach Planeten zu suchen, die „erdähnlich“ sind. Aber was ist, wenn die Erde nicht der Maßstab für Bewohnbarkeit ist, von dem wir alle glauben, dass er es ist?
Dies war das Thema eines Hauptvortrags, der kürzlich auf dem Goldschmidt-Geochemiekongress vom 18. bis 23. August in Barcelona, Spanien, gehalten wurde. Hier erklärte ein Team von von der NASA unterstützten Forschern, wie eine Untersuchung der Definition von bewohnbaren Zonen (HZ) zeigt, dass einige Exoplaneten möglicherweise bessere Bedingungen für das Gedeihen des Lebens haben als die Erde selbst.
Die Präsentation basiert auf einer Studie mit dem Titel „Eine begrenzte bewohnbare Zone für komplexes Leben“, die in der Juni 2019-Ausgabe von veröffentlicht wurde Das astrophysikalische Journal. Die Studie wurde von Forschern von Caltech, dem Goddard Institute for Space Studies der NASA, dem Astrobiology Institute der NASA, dem Postdoctoral Program der NASA, dem Virtual Planetary Laboratory NExSS, dem Blue Marble Space Institute of Science und mehreren Universitäten durchgeführt.
Wie sie in ihrer Studie angeben, werden HZ üblicherweise als Entfernungsbereich von einem Wirtsstern definiert, innerhalb dessen flüssiges Wasser auf der Oberfläche existieren kann. Dies berücksichtigt jedoch nicht die atmosphärische Dynamik, die zur Gewährleistung der Klimastabilität erforderlich ist - einschließlich einer Carbonat-Silikat-Rückkopplung, um die Oberflächentemperaturen in einem bestimmten Bereich zu halten.
Da nur indirekte Methoden verfügbar sind, um die Bedingungen auf entfernten Exoplaneten zu messen, sind Astronomen auf hochentwickelte Modelle für das Planetenklima und die Planetenentwicklung angewiesen. Während der Präsentation ihrer Synthese dieses Ansatzes während der Hauptvorlesung beschrieb Dr. Stephanie Olson von der University of Chicago (Mitautorin der Studie) die Suche nach den besten Lebensumgebungen für Exoplaneten:
„Die Suche der NASA nach Leben im Universum konzentriert sich auf sogenannte Habitable Zone-Planeten, Welten, die das Potenzial für flüssige Wassermeere haben. Aber nicht alle Ozeane sind gleichermaßen gastfreundlich - und einige Ozeane werden aufgrund ihrer globalen Zirkulationsmuster bessere Lebensräume sein als andere.
„Unsere Arbeit zielte darauf ab, die Exoplaneten-Ozeane zu identifizieren, die die größte Kapazität für ein weltweit reichhaltiges und aktives Leben haben. Das Leben in den Ozeanen der Erde hängt von der Aufwärtsbewegung (Aufwärtsströmung) ab, die Nährstoffe aus den dunklen Tiefen des Ozeans in die sonnenbeschienenen Teile des Ozeans zurückführt, in denen das photosynthetische Leben lebt. Mehr Auftrieb bedeutet mehr Nährstoffversorgung, was mehr biologische Aktivität bedeutet. Dies sind die Bedingungen, nach denen wir bei Exoplaneten suchen müssen. “
Für ihre Studie haben Olsen und ihre Kollegen mithilfe der ROCKE-3D-Software modelliert, welche Bedingungen auf verschiedenen Arten von Exoplaneten wahrscheinlich sind. Dieses allgemeine Zirkulationsmodell (GCM) wurde vom Goddard Institute for Space Studies (GISS) der NASA entwickelt, um verschiedene Punkte in der Geschichte der Erde und anderer terrestrischer Planeten des Sonnensystems (wie Merkur, Venus und Mars) zu untersuchen.
Diese Software kann auch verwendet werden, um zu simulieren, wie Klima und Lebensräume der Ozeane auf verschiedenen Arten von Exoplaneten aussehen würden. Nachdem sie eine Vielzahl möglicher Exoplaneten modelliert hatten (basierend auf den bisher über 4000 entdeckten Exoplaneten), konnten sie bestimmen, welche Arten von Exoplaneten am wahrscheinlichsten blühende Biosphären entwickeln und erhalten.
Dies bestand in der Verwendung eines Ozeanzirkulationsmodells, das identifizierte, welche Exoplaneten am effizientesten aufsteigen und somit in der Lage sein würden, Ozeane unter gastfreundlichen Bedingungen zu erhalten. Was sie fanden, war, dass Planeten mit höherer atmosphärischer Dichte, langsameren Rotationsraten und der Anwesenheit von Kontinenten alle höhere Aufwärtsraten ergeben.
Eine wichtige Erkenntnis daraus ist, dass die Erde aufgrund ihrer relativ schnellen Rotationsrate möglicherweise nicht optimal bewohnbar ist. "Dies ist eine überraschende Schlussfolgerung", sagte Dr. Olson, "es zeigt uns, dass die Bedingungen auf einigen Exoplaneten mit günstigen Ozeanzirkulationsmustern besser geeignet sein könnten, ein Leben zu unterstützen, das häufiger oder aktiver ist als das Leben auf der Erde."
Dies ist eine Art gute / schlechte Nachrichtensituation. Einerseits erschüttert es die Illusion, dass die Erde der Maßstab ist, an dem andere potenziell bewohnbare Exoplaneten gemessen werden können. Auf der anderen Seite deutet dies darauf hin, dass das Leben in unserem Universum möglicherweise zahlreicher ist als frühere konservative Schätzungen.
Aber wie Olsen angedeutet hat, wird es aufgrund von Einschränkungen in unserer Technologie immer eine Lücke zwischen dem Leben und dem geben, was von uns erkannt werden kann. Diese Studie ist insofern von Bedeutung, als sie Astronomen dazu ermutigt, ihre Bemühungen auf die Untergruppe der Exoplaneten zu richten, die höchstwahrscheinlich „große, global aktive Biosphären bevorzugen, in denen das Leben am einfachsten zu erkennen ist - und in denen Nichterkennungen am sinnvollsten sind“.
Dies wird im kommenden Jahrzehnt dank des Einsatzes von Teleskopen der nächsten Generation wie dem möglich sein James Webb Weltraumteleskop (JWST), von denen Astronomen erwarten, dass sie maßgeblich zur Charakterisierung der Atmosphäre und der Oberflächenumgebung von Exoplaneten beitragen. Andere Teleskope, die sich noch auf dem Reißbrett befinden, könnten noch weiter gehen - auch dank solcher Studien.
"Idealerweise wird diese Arbeit das Teleskopdesign beeinflussen, um sicherzustellen, dass zukünftige Missionen", sagte Dr. Olson, "wie die vorgeschlagenen LUVOIR- oder HabEx-Teleskopkonzepte, die richtigen Fähigkeiten haben; Jetzt wissen wir, wonach wir suchen müssen, also müssen wir anfangen zu suchen. “
Wenn es darum geht, nach Beweisen für das Leben außerhalb unseres Sonnensystems (oder innerhalb seines Sonnensystems) zu suchen, ist es möglicherweise noch wichtiger, zu wissen, wonach gesucht werden muss, als über die ausgefeiltesten Werkzeuge zu verfügen, mit denen dies möglich ist. In den kommenden Jahren werden Astronomen von modernster Technologie und verbesserten Methoden profitieren und alles, was wir bisher gelernt haben, nutzen, um Beweise für ein anderes Leben als unser eigenes zu finden.
