Dienstag, 2. Juli 2013

Möglicherweise bis zu doppelt so viele lebensfreundliche Planeten um Rote Zwerge als bislang angenommen


Künstlerische Darstellung eines lebensfreundlichen, erdähnlichen Planeten, der einen Roten Zwerg umkreist (Illu.).
| Copyright: Lynette Cook

Chicago (USA) - In einer neuen Studie kommen US-Wissenschaftler zu der Erkenntnis, dass der Einfluss von Wolken und deren Verhalten in den Atmosphären von Exoplaneten die Anzahl der potentiell lebensfreundlichen Planeten im Umfeld sogenannter Roter Zwerge - und damit des im Universum am häufigsten vorkommenden Sternentyps - verdoppeln könnte. Alleine für unsere Heimatgalaxie die Milchstraße würde dies bedeuten, dass rund 60 Milliarden erdartige Planeten solche Zwergsterne innerhalb der "habitablen Zone" umreisen und somit auf ihren Oberflächen flüssiges Wasser, die Grundlage für Leben, wie wir es von der Erde kennen, existieren könnte.

Wie die Forscher um Dorian Abbot, Jun Yang von der University of Chicago und Nicolas Cowan von der Northwestern University aktuell in der Fachzeitschrift "Astrophysical Journal Letters" (DOI:10.1088/2041-8205/771/2/L45) berichten, zeigen Computersimulationen vom Wolkenverhalten auf verschiedenen Formen von erdartigen Exoplaneten, dass dieses die sogenante "habitable Zone" und damit jene Abstandsregion, innerhalb derer ein Planet seinen Stern umkreisen muss, damit aufgrund gemäßigter Oberflächentemperaturen Wasser in flüssiger Form existieren kann, im Umfeld Roter Zwerge (also Sterne schwächer als unsere Sonne) dramatisch ausweitet.


Die derzeitigen Daten des NASA-Planetensuchers "Kepler" legen nahe, dass nahezu jeder Rote Zwergstern mindestens von einem erdgroßen Planeten innerhalb dieser "grünen Zone" umkreist wird. Die Schlussfolgerung der aktuellen Studie verdoppelt nun diesen Schätzwert.



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Grund für die Neueinschätzung ist der Umstand, dass bisherige Modelle zur Bestimmung der Parameter für die habitable Zone um einen Stern das Verhalten und die Auswirkung von Wolken auf den betroffenen Planeten nicht ausreichend miteinbezogen habe, so die Forscher: "Wolken erzeugen Erwärmung und Abkühlung. Die reflektieren des Sonnenlicht und führen zu einer Abkühlung, während die infrarote Strahlung von der Planetenoberfläche absorbieren und so zu einem Treibhauseffekt beitragen. Dieser Teil der Wolkenwirkung ist es, der Planeten warm genug werden lassen kann, um Leben zu ermöglichen."


Ein Planet, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist, muss diesen in etwa einmal innerhalb eines Erdenjahres umkreisen, um so weit genug von seinem Stern entfernt sein, damit Wasser an der Oberfläche flüssig bleiben kann. "Umkreist ein Planet jedoch einen Stern mit niedrigerer Masse oder einen Zwergstern, so muss diese Umlaufzeit nur etwa einen Monat betragen, damit der Planet vergleichbar ausreichend "Sonnenlicht" erhält, wie unsere Erde", so Cowan.


Planeten auf derart engen Umlaufbahnen um ihren Stern sind aufgrund dieses Umstands oft an ihre "Sonne" rotations- bzw. gezeitengebunden. Ebenso wie der Mond der Erde, zeigt also immer die gleiche Seite in Richtung des Sterns. Die Berechnungen der Forscher legen nun nahe, dass die dem Stern zugewandte Seite solcher Planeten starker Wärmekonvektion ausgesetzt sind und hochreflektive Wolken an jenem Punkt entwickeln, der sich zur Mittagszeit direkt unterhalb des Sterns befindet.



Simulation der Wolkenbedeckung (weiß) eines an seinen Roten Zwergstern rotationsgebundenen, erdartigen Planeten (blau).
| Copyright: Jun Yang


Mit dreidimensionalen globalen Modellberechnungen konnten die Wissenschaftler nun erstmals die Auswirkung von Wasserwolken am inneren Rand der habitablen Zone bestimmen. Bisherige Versuche hatten sich dieser Aufgabe nur eindimensional angenommen. "Es ist aber nicht möglich, Wolkenverhalten in einer Dimension ordentlich zu simulieren", so Cowan. "Nur in einem dreidimensionalen Modell kann man die Art und Weise simulieren, mit der sich Luft und damit Feuchtigkeit innerhalb der gesamten Atmosphäre eines Planeten bewegt, verhält und auswirkt."


Die neuen Simulationen zeigen nun, dass wenn es auf einem der in Frage kommenden Planeten am inneren (und damit heißeren) Rand der habitablen Zonen Oberflächenwasser gibt, auch Wasserwolken entstehen und das deren Verhalten einen bedeutenden abkühlenden Einfluss haben und so flüssiges Oberflächenwasser auch noch in deutlich größerer Nähe zum Stern ermöglichen als bislang angenommen.


Jetzt warten die Astronomen auf den Einsatz des für 2018 geplanten "James Webb Space Telescope", mit dem die Vorhersagen überprüft werden können. Stimmt die Prognose, so sollten schließlich noch mehr lebensfreundliche Planeten in vergleichsweise direkter Nähe zu unserem Sonnensystem zu finden und damit noch besser zu untersuchen sein.


Wenn ein rotationsgebundener Planet keine bedeutende Wolkendecke aufweist, so können Astronomen im Idealfall zukünftig die Oberflächentemperaturen direkt messen. Die Temperaturmaxima können dann jeweils dann gemessen werden, wenn die Tagseite des Exoplaneten in Richtung des Weltraumteleskops zeigt. Dies ist immer dann der Fall, wenn der Planet hinter der "Sonnenscheibe" seines Sterns hervortritt. Passiert er diese "Sonnenscheibe", weist der Planet dem Teleskop Seite immerdunkle Nachtseite zu und die Forscher können hier die Tiefsttemperaturen messen.


"Wenn aber hochreflektive Wolken die Tagseite eines Exoplaneten dominieren, so würden diese einen Großteil der infraroten Strahlung von der Oberfläche blockieren", so Yang. In einer solchen Situation "würde man immer dann die tiefsten Temperaturen messen, wenn man seine Tagseite beobachtet und die Höchsttemperaturen, wenn man auf seine von Stern abgewandte Nachtseite blickt. Dies liegt daran, da man bei Blick auf die Tagseite nicht die Planetenoberfläche selbst sieht, sondern auf die Oberflächen der Höhenwolken blicken würde."


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Das beste Beispiel für diesen Effekt sind Satellitenbeobachtungen unseres eigenen Planeten: "Wenn man Brasilien oder Indonesien mit einen Infrarotteleskop betrachtet, so erscheinen diese von Weltraum as gesehen kühl, da man meist auf deren hohe und damit kalte Wolkendecke blickt", erläutert Cowan.


"Wenn das James Webb Weltraumteleskop derartige Signale von einem Exoplaneten empfängt, handelt es sich mit großer Wahrscheinlichkeit im (Wasser-)Wolken und das wäre wiederum ein Beweis für flüssiges Wasser auf der Oberfläche", kommentiert Abbot abschließend.


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Quelle: uchicago.edu
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