Sonntag, 30. September 2012

Super-Erden möglicherweise weniger lebensfreundlich als gedacht


Künstlerische Darstellung des Planetensystems um den Stern HD 40307, der von drei Super-Erden umkreist wird.
| Copyright: ESO.org


Cambridge (USA) - Planetenforscher vermuten, dass es alleine in unserer Milchstraße mehrere Milliarden sogenannter Super-Erden gibt, Planeten also von der bis zur zehnfachen Masse der Erde. Dass diese Planeten ihre Bezeichnung jedoch zu recht tragen, hinterfragt nun das Ergebnis einer neuen Studie, die stattdessen vermutet, dass derartige Planeten tatsächlich sehr viel weniger erdähnlich sein könnten als bislang vermutet. Damit würde auch die Wahrscheinlichkeit schwinden, auf diesen "Super-Erden" Leben finden zu können.

Wie Dr. Vlada Stamenkovic vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) auf dem European Planetary Science Congress in Madrid berichtete, gingen er und sein Team in ihrer Untersuchung der Frage nach, ob Super-Erde tatsächlich übergroße Versionen der Erde sind oder sich von unserem Heimatplaneten grundlegend unterscheiden. "Für uns war es besonders wichtig zu ergründen, ob Super-Erden dichte Atmosphären, vulkanische Aktivitäten, planetare Magnetfelder und Plattentektonik besitzen. (...) Einige dieser Merkmale sind von grundlegender Bedeutung für die Bestimmung, ob ein Planet dazu in der Lage ist, (erdähnliches) Leben auf seiner Oberfläche zu ermöglichen."

Auf der Erde sind es beispielsweise Plattentektonik und Vulkanismus, die dazu beitragen, das Klima zu regulieren und die Nährstoffe des Lebens abzugeben und zu recyceln. Während das irdische Magnetfeld, das von einem flüssigen metallischen Kern angefeuert wird, die Erdatmosphäre davor schützt, vom Sonnenwind und kosmischer Strahlung weggerissen zu werden.

Stamenkovic und seine Kollegen haben anhand ihrer Untersuchung nun jedoch festgestellt, dass die Viskosität (Zähflüssigkeit) und Schmelztemperatur von Mantelgestein stark vom Innendruck des Planeten beeinflusst wird. In großen Super-Erden liege dieser Druck beim Zehnfachen des innern Erddrucks und kann so zu einer größeren Viskosität und höheren Schmelztemperaturen führen, wie sie wiederum einen negativen Einfluss auf die Lebensfreundlichkeit eines Planeten haben können.


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Überraschenderweise belegen die Berechnungen der Forscher sogar, dass das Innere von Super-Erden sogar völlig gleichmäßig aufgebaut sein könnte und nicht - wie das der Erde in einen metallischen Kern und einen felsigen Mantel - aufgeteilt ist.

"Die bisherige Vorstellung von der Entstehung erdartiger Planeten ist die, dass dieser Vorgang vergleichsweise schnell vor sich geht - innerhalb der ersten 50 Millionen Jahre. Die Dauer der Entstehung von Planetenkernen hängt stark von der beschriebenen Viskosität ab. Die hohen Schmelztemperaturen und hohen Viskositäten, die wir für Super-Erden berechnet haben legen nun nahe, dass es hier entweder zur sehr viel langsameren oder zu überhaupt keiner Kernentstehung kommt. Das wiederum lässt die Frage aufkommen, ob Super-Erde überhaupt planetare Magnetfelder erzeugen können", so Stamenkovic.

Selbst wenn entsprechende Super-Erden also einen unterteilten inneren Aufbau haben, so legen die neuen Ergebnisse dennoch nahe, dass der Wärmeaustausch nur schleppend stattfindet oder stagnierende Schichtenbildung tief im Planetenmantel eine wirksame Abdeckung des Hitzeflusses vom Kern bildet. Abhängig von den Ausgangsbedingungen, könnte die Wärmeleitung ein dominierender Faktor des Wärmetransports im Innern des Planeten sein. Dies würde wiederum die Abkühlungsrate des Kerns reduzieren und so ebenfalls dessen Funktion als Dynamo des planetaren Magnetfelds unterdrücken.

Wie die Forscher festgestellt haben, nimmt auch die Tendenz zur Ausbildung von Plattentektonik mit zunehmender planetarer Masse zusehends ab. Zugleich entdeckten sie jedoch, dass Wasser in der Lithosphäre (Planetare Kruste und Mantel) diesen Effekt ausgleichen kann. "Plattentektonik auf Super-Erden ist also nicht zwangsläufig, sondern hängt von einer Vielzahl noch unbekannter planetarer Eigenschaften, wie sie so auch mittelfristig von der Erde aus nicht direkt beobachtet werden können", stellen die Forscher fest.

Die Atmosphäre der frühen Erde stellen sich Wissenschaftler teilweise als das Ergebnis der Unterteilung des Planeteninneren und die damit einhergehende Abgabe von Gasen durch vulkanische Ausbrüche vor. Die Wissenschaftler haben ebenfalls errechnet, dass die Dauer dieser vulkanischen Ausgasung und die Produktion von geschmolzenem Gestein grundsätzlich mit steigender planetarer Masse abnimmt, was wiederum mit einem stärkeren Rückgang höherer Viskosität einhergeht. Dies könnte dann die Dauer anhaltender vulkanischer Aktivität auf Super-Erden deutlich einschränken. Auf der anderen Seite könnte das aber schwere Auswirkungen auf die klimaregulierende Wirkung während globaler Eiszeiten haben.

"Unsere Arbeit streicht die Wichtigkeit eines besseren Verständnisses der thermalen Entwicklung von Planeten heraus. Mehr noch: Sie zeigt, dass Super-Erden unterschiedlicher sein können als bislang gedacht", so Stamenkovic. Wir werden nur dann in der Lage sein, Fragen zu beantworten, wenn wir mehr Informationen durch Experimente mit hohen Druckverhältnissen und durch spektroskopische Beobachtungen der Atmosphären von Super-Erden erlangen. Die Theorie zeigt die Möglichkeiten auf, wie sie sehr viel umfangreicher sind als bislang gedacht. Alle diese Überlegungen beinhalten aber immer noch sehr viele Unsicherheiten."

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