Leben kann es wahrscheinlich nicht auf ganz so vielen Planeten geben, wie wir einst dachten

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Als das Kepler-Weltraumobservatorium 2009 gestartet wurde, begann es, Planeten um andere Sterne herum mit einer Geschwindigkeit zu finden, die Astronomen begeisterte. Diese Daten führten zu der Schätzung, dass unsere Galaxie etwa 40 Milliarden erdähnliche Planeten enthalten muss, die in den bewohnbaren Zonen von sonnenähnlichen Sternen und Roten Zwergen kreisen.

Die habitable Zone ist die Region um einen Stern, in der flüssiges Wasser auf der Oberfläche eines Planeten existieren kann. Es ist wichtig, weil die Beweise auf der Erde darauf hindeuten, dass flüssiges Wasser für das Leben von entscheidender Bedeutung ist. Und wenn das Leben auf erdähnlichen Welten leicht beginnt, deuten die Zahlen von Kepler darauf hin, dass unsere Galaxie von Leben nur so wimmelt. Das Rennen ist also eröffnet, um Beweise dafür zu finden. Verschiedene weltraumgestützte Teleskope werden entwickelt, um nach der einzigartigen spektroskopischen Signatur zu suchen, die das Leben hervorbringen muss.

Eine zentrale Herausforderung wird jedoch darin bestehen, die besten Ziele zu finden – Planeten, auf denen die Bedingungen für komplexes Leben am förderlichsten erscheinen. Und Astrobiologen haben begonnen, darauf hinzuweisen, dass flüssiges Wasser allein nicht ausreicht. Wenn man von der Erde ausgeht, ist auch der Anteil anderer Moleküle wichtig. Zum Beispiel tötet zu viel Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid das komplexe Leben, wie wir es kennen.

Heute haben Edward Schwieterman vom NASA Astrobiology Institute in Riverside, Kalifornien, und einige Kollegen die Definition einer bewohnbaren Zone überarbeitet, um die Kohlenmonoxid- und Kohlendioxidwerte zu berücksichtigen. Als Ergebnis sagen sie, dass die bewohnbare Zone für komplexes Leben deutlich kleiner sein muss – etwa ein Viertel so breit, wie es die vorherige Definition zulässt. Unsere Ergebnisse haben eine Reihe wichtiger Implikationen für die Suche nach Biosignaturen von Exoplaneten und komplexem Leben jenseits unseres Sonnensystems, sagen Schwieterman und Co.

Zuerst etwas Hintergrund. Die Größe einer bewohnbaren Zone ist schwierig zu berechnen, da die Oberflächentemperaturen von verschiedenen Rückkopplungsprozessen in der Atmosphäre abhängen, beispielsweise vom Treibhauseffekt. Die konventionelle Definition einer bewohnbaren Zone spezifiziert eine Atmosphäre, die Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser enthält, stabilisiert durch denselben Karbonat-Silikat-Rückkopplungsprozess, der auf der Erde existiert.

Der Karbonat-Silikat-Kreislauf ist ein langfristiger Prozess, bei dem Silikatgesteine ​​mit Wasser und Kohlendioxid zu Karbonatgesteinen reagieren, die dann durch hohe Drücke und Temperaturen sowie durch Vulkanismus wieder in Silikatgesteine ​​und Kohlendioxidgas umgewandelt werden. Dies führt zu einer Rückkopplungsschleife, die den Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre relativ stabil hält und es einem Treibhauseffekt ermöglicht, die Oberflächentemperaturen zu erhöhen.

Am inneren Rand der bewohnbaren Zone können relativ niedrige Kohlendioxidwerte Temperaturen erzeugen, die hoch genug für flüssiges Wasser sind. Auf der Erde variierten die erforderlichen Kohlendioxidwerte im Laufe der Geschichte von zehn bis zu Hunderten von Teilen pro Million.

Aber für die mittleren und äußeren Regionen der bewohnbaren Zone müssen die atmosphärischen Kohlendioxidkonzentrationen viel höher sein, um Temperaturen aufrechtzuerhalten, die für flüssiges Oberflächenwasser förderlich sind, sagen Schwieterman und Co.

Ein Exoplanet beispielsweise, der oft als guter Kandidat für außerirdisches Leben angesehen wird, ist Kepler-62f. Dieser Planet ist etwa dreimal so schwer wie die Erde und umkreist seinen Wirtsstart im Sternbild Lyra in etwa der gleichen Entfernung wie die Venus. Da der Wirt jedoch weniger hell als die Sonne ist, erhält Kepler-62F etwa die gleiche Menge Sonnenlicht wie der Mars, sodass er sich am äußeren Rand der bewohnbaren Zone befindet.

Der Treibhauseffekt könnte Kepler-62f leicht warm genug für flüssiges Wasser machen. Aber Schwieterman und Co. haben berechnet, dass drei bis fünf Bar Kohlendioxid erforderlich wären, um den Trick zu machen. Das ist 1.000-mal mehr, als je in der Geschichte des komplexen Lebens hier auf der Erde existiert hat.

Das Team weist darauf hin, dass diese Kohlendioxidkonzentrationen heute für das komplexeste Leben auf der Erde giftig sind und dass erhöhte Konzentrationen in der Vergangenheit vermutlich ein wesentlicher Faktor für das Massensterben waren. Bei der Definition bewohnbarer Zonen müssen die physiologischen Grenzwerte für die Verträglichkeit von Kohlendioxid berücksichtigt werden. Daher ist Kepler-62f vielleicht doch kein so guter Kandidat.

Kohlenmonoxid bedroht auch komplexes Leben. Schwieterman und Co. berechnen, dass Planeten, die kühle Sterne umkreisen, wahrscheinlich einen höheren Kohlenmonoxidgehalt aufweisen, da die photochemischen Bedingungen seiner Produktion förderlicher sind. Dies stellt eine weitere Einschränkung für bewohnbare Zonen dar.

Die abschließende Berechnung des Teams besteht darin, herauszufinden, wie diese Einschränkungen unser derzeitiges Verständnis der Größe der bewohnbaren Zone verändern. Eine Implikation ist, dass wir möglicherweise nicht erwarten, Anzeichen von intelligentem Leben oder Technosignaturen auf Planeten zu finden, die späte M-Zwerge umkreisen, oder auf potenziell bewohnbaren Planeten nahe dem äußeren Rand ihrer bewohnbaren Zonen, sagen Schwieterman und Co.

Dies wird erhebliche Auswirkungen auf die zukünftige Suche nach Biosignaturen von anderen Planeten haben. Astronomen könnten sich durchaus entscheiden, sich auf wärmere, sonnenähnliche Sterne zu konzentrieren, wo die Bedingungen für komplexes Leben wahrscheinlich günstiger sind.

Doch die Konstrukteure zukünftiger Weltraumteleskope müssen nicht vor fehlenden Zielen fürchten. Auch wenn die habitable Zone deutlich kleiner ist als bisher angenommen, dürfte es allein in unserer Galaxie viele hundert Millionen Kandidaten geben. Das sollte für die derzeit geplanten Missionen mehr als ausreichen.

Ref: arxiv.org/abs/1902.04720 : Eine begrenzt bewohnbare Zone für komplexes Leben

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