Lebensfreundliche Wasserwelten (Originalartikel vom 08.06.2018)

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

(Originalartikel unter www.cfa.harvard.edu)

Künstlerische Darstellung einer möglichen Wasserwelt – ein erdgroßer Exoplanet, vollkommen von Wasser bedeckt – angelehnt an dem Beispiel des Doppelsternsystems Kepler-35A und B. NASA / JPL-Caltech

 

Gegenwärtig sind ungefähr fünfzig Exoplaneten bekannt, deren Durchmesser von Marsgröße bis zu mehreren Erddurchmessern reichen und die sich zudem in der lebensfreundlichen Zone ihrer Sterne befinden – dem Abstand ihrer Umlaufbahn, bei dem ihre Oberflächentemperaturen flüssiges Wasser erlauben. Diese Exoplaneten sind heute unsere besten Kandidaten, um Leben zu beherbergen.

Wenn allerdings die Gesamtmasse eines Exoplaneten in der lebensfreundlichen Zone zu einigen zehn Prozent aus Wasser besteht und falls es ihm an einer Atmosphäre mit Wasserstoff-/Heliumgas fehlt, wird er als „Wasserwelt“ bezeichnet. Einige Wissenschaftler haben vorgebracht, daß Wasserwelten unwahrscheinliche Örtlichkeiten für Leben sind. Es mangelt ihnen an einer festen Oberfläche, die den Karbonat-Silikat-Zyklus antreibt, ein Vorgang, bei dem Kohlendioxidgas, das für erforderlich gilt, die gastlichen Oberflächentemperaturen aufrecht zu erhalten, zwischen der Atmosphäre und dem Inneren des Planeten im Gleichgewicht gehalten wird. CfA-Astronom Amit Levi und sein Kollege Ramses Ramirez vom Earth-Life Science Institute in Tokyo haben die physikalischen und geologischen Mechanismen bei Wasserwelten neu untersucht. Sie haben gefunden, daß, wenn der Druck des atmosphärischen Kohlendioxids hoch genug ist, Meereis mit Chemikalien, ausgenommen Wasser, angereichert werden kann und absinkt; es treibt dann eine planetare Strömung an, die in der Tat den Gasdruck wieder ins Gleichgewicht bringt, auf eine Art, die dem Karbonat-Silikat-Zyklus ziemlich ähnlich ist.

Die beiden Wissenschaftler fanden heraus, daß sich der Planet ungefähr dreimal schneller als die Erde drehen muß, damit dieser Effekt wirkt; dies ermöglicht die Bildung einer polaren Eiskappe und das Entstehen eines Temperaturgradienten im Ozean, der hilft, den Mechanismus aufrecht zu erhalten. Zusätzlich wird dieser Temperaturgradient Frost-Tau-Zyklen fördern, die für die Entwicklung von Leben auf Wasserwelten gemäß den Beschränkungen aus der präbiotischen Chemie notwendig sind. Die beiden Forscher berechneten für diesen Prozeß eine neue „habitable Zone“ um sonnenähnliche und kleinere Sterne; diese lebensfreundliche Zone fällt weitgehend in die Grenzen der herkömmlichen habitablen Gebiete. Abschließend verweisen sie darauf, daß für sehr kleine Sterne (kleiner als etwa halbe Sonnengröße) der Mechanismus nicht wirksam sein dürfte, da Exoplaneten innerhalb der dortigen habitablen Zone vermutlich eine an ihren Stern gebundene Rotation besitzen und ihm immer die gleiche Seite zuwenden.

Literatur:
„The Ice Cap Zone: A Unique Habitable Zone for Ocean Worlds“
Ramses M. Ramirez and Amit Levi
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 477, 4627, 2018

oder

arXiv:1803.07717v2 [astro-ph.EP]