Niemand ist sich darüber einig, was es bedeutet, dass ein Planet bewohnbar ist

Künstlerisches Konzept von Kepler 22b NASA

Vor etwas weniger als einem Monat gaben Wissenschaftler bekannt, dass Wasserdampf in der Atmosphäre von K2-18b entdeckt wurde, einem 110 Lichtjahre entfernten Exoplaneten. Entscheidend ist, dass sich der Planet in der bewohnbaren Zone seines Sterns befand (die Region um einen Stern, die ausreichend temperiert ist für flüssiges Oberflächenwasser, manchmal auch als Goldilocks-Zone bezeichnet). Aber die Verwendung dieses Ausdrucks ist ziemlich umstritten. Obwohl Menschen sicherlich nicht auf K2-18b leben könnten, gibt es ihn Bett tle Vereinbarung unter Experten darüber, ob dort irgendeine Form extremen mikrobiellen Lebens gefunden werden könnte. Es könnte in der bewohnbaren Zone gewesen sein, aber niemand konnte sich darüber einigen, ob K2-18b wirklich war bewohnbar oder nicht T .

Diese Meinungsverschiedenheit lag zum Teil daran, dass wir uns nicht darüber einig waren, was für ein Planet K2-18b ist, aber es lag auch daran, dass es viele verschiedene Möglichkeiten gibt, Bewohnbarkeit zu definieren. Einige Wissenschaftler glauben, dass eine felsige Oberfläche unerlässlich ist. Andere dachten, dass mikrobielles Leben einen Weg finden könnte, in der Luft zu existieren, wie Bakterien, die Staub im Wind reiten. Einige wollten einen Beweis für eine dicke, warme Oberfläche, während andere nicht so sicher waren, dass dies notwendig war.

Nichts davon war überraschend. Bewohnbarkeit ist ein vager Fachjargon. Wenn Sie hundert Wissenschaftler fragen, was einen Planeten bewohnbar macht, erhalten Sie hundert verschiedene Antworten.

Ein Großteil der Diskussion wurde davon angetrieben, was bekannt ist und welche Technologie wir haben, um Planeten tatsächlich zu modellieren, sagt Rory Barnes, ein Astronom und Astrobiologe am Virtual Planet Laboratory an der University of Washington.

Bis vor relativ kurzer Zeit wussten wir nicht einmal, ob Planeten außerhalb des Sonnensystems häufig vorkommen. Astronomen machten hier und da ein paar Entdeckungen, aber die Dinge nahmen nicht Fahrt auf, bis das Kepler-Weltraumteleskop der NASA im Jahr 2009 eingeschaltet wurde und eine schärfere Methode zur Identifizierung von Planeten bot, die vor ihren Wirtssternen vorbeiziehen.

Die Daten, die diese Beobachtungen lieferten, waren äußerst begrenzt. Beispielsweise entdeckten Wissenschaftler 2007 Gliese 581c, den ersten Exoplaneten, der sowohl felsig war als auch innerhalb der bewohnbaren Zone gefunden wurde. Das waren damals die beiden Voraussetzungen, die Menschen brauchten, um morgens aufzustehen und zu denken, dass es etwas gibt, auf das es sich zu achten lohnt, sagt Barnes.

Wasser ist essentiell für das Leben, wie wir es kennen, also war dies einerseits ein wirklich nützlicher erster Schritt, um einzugrenzen, welche neuen Welten unsere Aufmerksamkeit erregen sollten. Auf der anderen Seite vernachlässigte es andere Anforderungen des Lebens, wie eine Kohlenstoffquelle, eine Energiequelle und essentielle Nährstoffe, sagt Stephanie Olson, Planetenforscherin an der University of Chicago.

Ein Planet, dem diese anderen Dinge fehlen, ist praktisch so unbewohnbar wie Pluto. Außerdem muss sich ein Planet nicht in der bewohnbaren Zone befinden, um bewohnbar zu sein. Der Jupitermond Europa und die Saturnmonde Titan und Enceladus sind nur einige Beispiele für mögliche Ozeanwelten, die das Interesse von Astrobiologen wecken, obwohl sie weit außerhalb der bewohnbaren Zone der Sonne liegen.

Ein Teil des Problems besteht darin, dass wir diese Untersuchungen unangemessen von anderen Wissenschaften isoliert haben. Ich sage Astronomen immer, wenn Sie wissen wollen, was Bewohnbarkeit ist, gehen Sie einfach in die Biologie, sagt Abel Méndez, ein planetarischer Astrobiologe und Direktor des Planetary Habitability Laboratory an der Universität von Puerto Rico in Arecibo. Viele sind besorgt, dass Astronomen Lehren aus Biologie und Klimawissenschaft unangemessen auf außerirdische Welten anwenden und dass dies der Grund für so viele dieser Spats ist.

Umgekehrt besteht die Gefahr, zu erdzentriert zu sein, sagt Barnes. Wir verstehen, wie die Erde wirklich gut funktioniert, und wir könnten uns täuschen, dass bestimmte Signaturen automatisch ein Lebenszeichen sind oder die Möglichkeit des Lebens negieren. Leben könnte auf Titan oder Europa oder vielleicht sogar auf der Venus existieren, in irgendeiner Form, auf deren Suche wir nicht vorbereitet sind.

Die Verbesserung unseres Ansatzes bedeutet, dass wir einen besseren Austausch von Bildung und Daten zwischen verschiedenen Wissenschaftsbereichen benötigen. Das bringt uns zum Virtual Planet Lab, das 2001 gegründet wurde, um zu verstehen, wie sich ein bewohnbarer Planet bildet und entwickelt, und wie wir diesen Prozess tatsächlich auf einem echten Exoplaneten beobachten könnten. Die Fakultät des Labors, zu der Klimawissenschaftler, Atmosphärenforscher, Informatiker, Biologen, Geophysiker und Astronomen gehören, spiegelt den multidisziplinären Ansatz wider, den die Planetenforschung verfolgen sollte.

Das Labor wurde kürzlich enthüllt VPlanet , offene Software, die die Entwicklung eines Planeten über Milliarden von Jahren simuliert, hauptsächlich (aber nicht ausschließlich), um zu beurteilen, ob dieser Planet potenziell bewohnbar ist oder einmal war und flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche tragen könnte.

Die Modelle von VPLanet berücksichtigen eine Vielzahl unterschiedlicher Dynamiken, darunter interne und geologische Prozesse, Magnetfeldentwicklung, Klima, atmosphärische Flucht, Rotationseffekte, Gezeitenkräfte, Umlaufbahnen, Sternentstehung und -entwicklung, ungewöhnliche Bedingungen wie Doppelsternsysteme und Gravitationsstörungen vorbeiziehende Körper. Andere Forscher können neue Module schreiben, die andere physikalische Prozesse annähern, und sie in die Software einbauen.

Ein Tool wie VPLanet soll dabei helfen, einzugrenzen, welche Planeten in bewohnbaren Zonen (und andere gute Kandidaten) es am meisten wert sind, mit bestehenden Instrumenten und neuen Instrumenten, die online gehen sollen, eingehend untersucht zu werden. Aber seine Versuche, die Geschichte eines Planeten zu charakterisieren, könnten uns auch dazu veranlassen, uns einige Exoplaneten anzusehen, die wir normalerweise abschreiben würden. Wir neigen dazu, die Erdgeschichte als eine wilde Evolutionsfahrt zu betrachten, aber Barnes schlägt vor, dass sie im Vergleich zu den Erfahrungen mit vielen anderen Exoplaneten, die wir jetzt identifizieren, tatsächlich ziemlich zahm sein könnte.

Planeten, die massearme Sterne wie Proxima b umkreisen, haben wahrscheinlich eine beträchtliche Evolution durchlaufen, sagt Barnes. Die Leuchtkraft ihrer Wirtssterne hat viel schneller abgenommen, sie emittieren mehr High-End-Strahlung, die sich nachteilig auf die Atmosphäre auswirkt, und sie induzieren mehr Gezeiteneffekte auf umkreisenden Planeten – nur ein paar Dinge, die die Berechnung, ob ein Planet Leben unterstützen könnte, dramatisch auf den Kopf stellen könnten .

Andere Modelle können uns helfen, andere Arten von Dynamiken zu erkennen, die das Leben fördern oder behindern könnten. Manche haben überarbeitete die bewohnbaren Zonen Grenzen auf der Grundlage einer schärferen Klimawissenschaft. Olson war kürzlich Co-Autor von a Papier das untersuchte, welche Art von Ozeandynamik für die Förderung eines lebensfreundlichen Nährstoffkreislaufs entscheidend sein könnte. Die bloße Anwesenheit eines Ozeans, argumentiert sie, bestimmt nicht, ob eine neue Welt bewohnbar ist oder nicht. Ohne beispielsweise genügend Rotationskraft oder eine dichte Atmosphäre wird ein Ozean nicht sinnvoll sein, um die Aussichten auf Bewohnbarkeit zu erhöhen.

Was wir letztendlich brauchen, ist die Darstellung der Biologie in solchen Modellen zu verbessern, sagt Olson. Die Biologen haben ihre Modelle, die Klimaforscher haben ihr Spielzeug und dann gibt es noch die Astronomen. Wir müssen Wege finden, die Daten zu koppeln.

Aber Modelle sind nur ein Teil der Gleichung. Wir müssen diese Welten auch besser beobachten. Wir wollen sehen, ob ein Planet eine dichte Atmosphäre hat, die aus den Arten von Elementen besteht, die für das Leben wichtig sind. Wir wollen nach Biosignaturen wie Methan suchen, die durch biologische Prozesse produziert werden. Instrumente wie die Weltraumteleskope Hubble und Kepler der NASA hatten einen enormen Einfluss, aber ihre Fähigkeiten sind bereits an ihre Grenzen gestoßen (Kepler wurde letztes Jahr in den Ruhestand versetzt und Hubble befindet sich in den letzten Zügen).

Hubbles Nachfolger, das James-Webb-Weltraumteleskop, ist darauf vorbereitet, unser Verständnis dieser Exoplaneten auf ein neues Niveau zu heben. Seine konkurrenzlose Optik und die Fähigkeit, unvergleichliche Beobachtungen im Infrarotbereich zu machen, bedeuten, dass es in der Lage sein sollte, die Atmosphären entfernter Exoplaneten mit wenig Aufwand zu charakterisieren. Das Weltraumteleskop ARIEL der ESA, das 2029 starten soll, wurde speziell für die Beobachtung der chemischen und thermischen Strukturen der Atmosphären von Exoplaneten entwickelt.

Méndez hält es auch für klug, offen für die Aufdeckung zu sein Technosignaturen wenn wir an Bewohnbarkeit denken, vielleicht in Form von Radioemissionen, Lichtern oder Chemikalien aus industrieller Produktion. Es gibt andere Möglichkeiten, ein System zu betrachten und Anzeichen von Leben zu sehen, sagt er.

Tatsache ist jedoch, dass der einzige wirkliche Weg, um festzustellen, ob ein Ort bewohnbar ist, nicht darin besteht, diese verschiedenen Variablen zu messen – sondern Leben zu finden, sagt Méndez. In der Biologie ist das die endgültige Antwort. Es gibt keinen anderen Weg, es zu tun. Abgesehen davon ist alles nur eine Annäherung – eine Bewertung von Potenzial Bewohnbarkeit. Also werden die Argumente vorerst weitergehen.

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