Eine neue Studie legt nahe, dass viele Exoplaneten - Welten, die ferne Sterne umkreisen - in ihrer Atmosphäre eine Überfülle an giftigen Gasen aufweisen könnten. Wenn ja, würde dies die Entwicklung komplexer Lebensformen erschweren.
Künstlerkonzept der 7 bekannten erdgroßen Planeten im TRAPPIST-1-System. Drei dieser Planeten befinden sich in der bewohnbaren Zone, aber wir wissen noch nicht, welche Arten von Gasen sich in der Atmosphäre der Planeten befinden. Bild über R. Hurt / NASA / JPL-Caltech / UC Riverside.
Wie häufig ist das Leben im Universum? Wir kennen die Antwort immer noch nicht, aber fortgesetzte Forschungen scheinen darauf hinzudeuten sollte es gibt viele Planeten (und Monde), die in der Lage sind, irgendeine Form von Biologie zu unterstützen. Aber was ist mit dem fortgeschrittenen Leben im Besonderen? Eine neue Studie legt nahe, dass die Anzahl der Welten mit höher entwickelten, komplexen Lebensformen geringer sein könnte, als manche Menschen hoffen.
Die von Experten begutachteten Ergebnisse stammen von Forschern der University of California Riverside (UCR) und weisen darauf hin, dass sich auf vielen Planeten giftige Gase in ihrer Atmosphäre ansammeln können, die die Entwicklung eines fortgeschritteneren Lebens erschweren würden. Diese Ergebnisse wurden in veröffentlicht Das astrophysikalische Tagebuch am 10. Juni 2019.
Laut Timothy Lyons, einem Biogeochemiker bei UCR:
Dies ist das erste Mal, dass die physiologischen Grenzen des Lebens auf der Erde berücksichtigt wurden, um die Verteilung des komplexen Lebens anderswo im Universum vorherzusagen.
Die Forschung hat Auswirkungen auf die „bewohnbare Zone“, die Region um einen Stern, in der bei bestimmten Temperaturen flüssiges Wasser auf der Oberfläche eines felsigen Planeten vorhanden sein könnte. Hohe Gehalte an giftigen Gasen können diese Zone einschränken oder in einigen Fällen sogar beseitigen. Wie Lyons erklärte:
Stellen Sie sich eine „bewohnbare Zone für komplexes Leben“ vor, die als sichere Zone definiert ist, in der es plausibel wäre, reiche Ökosysteme zu unterstützen, wie wir sie heute auf der Erde vorfinden. Unsere Ergebnisse zeigen, dass komplexe Ökosysteme wie das unsere in den meisten Regionen der bewohnbaren Zone nicht existieren können, wie traditionell definiert.
Diagramm, das die Grenzen der traditionellen Wohnzone zusammen mit Sterntypen und einigen bekannten Exoplanetenbeispielen darstellt. Bild über Chester Harman / Wikipedia / CC BY-SA 4.0.
Die Forscher verwendeten Computermodelle, um das atmosphärische Klima und die Photochemie unter verschiedenen Planetenbedingungen zu untersuchen. Eines der gefährlichsten Gase ist Kohlendioxid. Planeten fern von ihrem Stern - einschließlich der Erde - benötigen ihn, um die Temperaturen über dem Gefrierpunkt zu halten, da er ein großes Treibhausgas ist.
Aber es gibt einen Fang für Planeten, die weiter von ihren Sternen entfernt sind als die Erde. Sie würden mehr Kohlendioxid benötigen, um die Temperaturen warm zu halten, aber zu viel Gas kann für fortgeschrittenere Lebensformen wie Tiere und Menschen tödlich sein. Wie Edward Schwieterman, der Hauptautor der Studie, feststellte:
Um flüssiges Wasser am äußeren Rand der konventionellen Wohnzone zu erhalten, würde ein Planet zehntausende Male mehr Kohlendioxid benötigen als die Erde heute. Das geht weit über die Werte hinaus, von denen bekannt ist, dass sie für das Leben von Mensch und Tier auf der Erde giftig sind.
Für ein einfacheres Tierleben kann diese Art von Kohlendioxid die traditionelle bewohnbare Zone auf etwa die Hälfte reduzieren. Bei weiterentwickelten Tieren oder Menschen ist die bewohnbare Zone auf weniger als ein Drittel reduziert.
Künstlerkonzept von Kepler-186f, dem ersten erdgroßen Exoplaneten, der in der bewohnbaren Zone seines Sterns umkreist. Solche Welten können das Leben unterstützen, aber giftige Gase können die Entwicklung dieses Lebens einschränken. Bild über die NASA Ames / SETI Institut / JPL-Caltech / Astronomie.
Ein weiteres tödliches Gas ist Kohlenmonoxid. Es gibt nicht viel davon auf der Erde, weil die Sonne chemische Reaktionen in der Atmosphäre hervorruft, die es zerstören. Für einige Planeten, die rote Zwergsterne umkreisen - kleiner und kühler als die Sonne - kann die intensive ultraviolette Strahlung giftige Mengen an Kohlenmonoxid in ihrer Atmosphäre erzeugen. Wie Schwieterman sagte:
Dies wären sicherlich keine guten Orte für menschliches oder tierisches Leben, wie wir es auf der Erde kennen.
Dieselben Forscher haben jedoch bereits früher bemerkt, dass sich das Leben von Mikroben in einer solchen Umgebung gut entwickeln könnte.
Wie können wir also feststellen, welche Exoplaneten für das Leben geeignet sind und welche aufgrund von Faktoren wie giftigen Gasen wahrscheinlich nicht? Die einzige Möglichkeit, dies zu tun, besteht derzeit darin, ihre Atmosphären aus der Ferne mit Teleskopen zu untersuchen. Wie Christopher Reinhard, ein weiterer Mitautor des neuen Papiers, sagte:
Unsere Entdeckungen bieten eine Möglichkeit zu entscheiden, welche dieser unzähligen Planeten wir genauer beobachten sollten. Wir könnten sonst bewohnbare Planeten mit Kohlendioxid- oder Kohlenmonoxidgehalten identifizieren, die wahrscheinlich zu hoch sind, um ein komplexes Leben zu unterstützen.
Wie zu erwarten ist, ist die einfachste Art des Lebens die, die auf der Oberfläche des Planeten lebt und seine Atmosphäre wie auf der Erde verändert. Wenn ein Planet nur im Untergrund Leben hat (als kann Dies ist beispielsweise bei Mars oder Ozeanmonden wie Europa und Enceladus der Fall. Dies wäre viel schwerer zu finden, insbesondere aus einer Entfernung von vielen Lichtjahren. Wenn es ein sehr fortgeschrittenes Leben gäbe, wie in einer Zivilisation, die so weit entwickelt ist wie die Menschheit, könnten sie durch ihre Technosignaturen oder andere Auswirkungen auf die Umwelt des Planeten erkannt werden. Aber fortgeschrittenes Leben erfordert günstige planetarische Bedingungen.
Auf der Erde ist Kohlendioxid essentiell für das Pflanzenleben, das es aus der Luft aufnimmt und dann mit Wasser und Licht zu Kohlenhydraten kombiniert. Dieser Prozess wird als Photosynthese bezeichnet. Aber zu viel Kohlendioxid kann für komplexere Lebensformen tödlich sein. Bild über Jason Samfield / Flickr / CC BY-NC-SA / Das Gespräch.
Die neue Studie kann dazu beitragen, Grenzen für die mögliche Entwicklung von Leben in Abhängigkeit von der Toxizität der Atmosphäre ihrer Planeten zu setzen. Es ist auch eine Erinnerung daran, wie wertvoll unser eigener Planet ist, der voller Leben in vielen unglaublich unterschiedlichen Formen steckt. Wie von Schwieterman bemerkt:
Ich denke zu zeigen, wie selten und besonders unser Planet ist, verstärkt nur die Argumentation, ihn zu schützen. Soweit wir wissen, ist die Erde der einzige Planet im Universum, der menschliches Leben erhalten kann.
Fazit: Während wir noch nicht wissen, wie häufig oder ob nicht, das Leben im Universum sein kann, hilft die Bestimmung, welche Planeten reichlich giftige Gase in ihrer Atmosphäre haben, die Suche einzugrenzen, insbesondere nach komplexeren Arten von Leben, die an erinnern die auf der Erde.