Montag, 25. November 2013

Neues Ausschlussverfahren vereinfacht die Suche nach erdähnlichen Planeten


Künstlerische Darstellung eines lebensfreundlichen Exoplaneten (Illu.). | Copyright: grewi.de

Bern (Schweiz) - Mit einem neuentwickelten Ausschlussverfahren ist es Schweizer Wissenschaftlern gelungen, eine Methode zu entwickeln, mit der sie die Suche nach erdähnlichen und damit potentiell auch lebensfreundlichen Planeten vereinfachen können. Durch die Bestimmung auf welchen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems (sog. Exoplaneten) Leben zumindest nach irdischem Vorbild garantiert nicht existiert kann, lässt sich die Suche markant eingrenzen.

Derzeit werden weltweit umfangreiche Beobachtungsprogramme entwickelt, um Planeten außerhalb unseres Sonnensystems zu finden, die allenfalls Leben beherbergen könnten. Aufgrund der jetzt schon auf die Wissenschaftler hereinbrechende Datenflut, die sich vor dem Hintergrund absehbarer neuer Beobachtungstechnologien noch um ein Vielfaches potenzieren wird, eine schier unlösbare Aufgabe. "Die Frage, ob ein sogenannter Exoplanet bewohnbar ist oder nicht, ist sehr komplex, da nicht alle dafür notwendigen Bedingungen bekannt sind", erläutert Yann Alibert vom Center for Space and Habitability (CSH) an der Universität Bern.

Aus diesem Grund ging der Berner Forscher bei einer vorab auf arXiv.org und aktuell im Journal "Astronomy & Astrophysics" (DOI:  publizierten Studie den umgekehrten Weg und ermittelte anhand der Masse und des Radius eines Planeten Grundkriterien, die die Existenz von Leben, wie wir es von der Erde kennen, garantiert ausschließen.


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Daten über die Masse eines Exoplaneten liefert etwa der von den Universitäten Genf und Bern mit weiteren Partnern entwickelte HARPS-Spektrograph in Chile (...wir berichteten). Und ab 2017 wird auch das ESA-Weltraumteleskop CHEOPS, das unter der Federführung des CSH entwickelt und gebaut wird, den Radius ausgewählter Planeten gezielt bestimmen können (...wir berichteten). Dank der Methode von Yann Alibert und Kollegen kann unter anderem schon aus den Daten von HARPS und CHEOPS geschlossen werden, welche Planeten die Grundbedingungen für Leben nicht erfüllen. "Dieses Ausschlussverfahren wird den Astronomen helfen, sich bei künftigen Suchen nach erdähnlichen Welten auf die aussichtsreichsten Kandidaten zu konzentrieren", erläutert der Forscher.

Die Grundlage für das Berner Ausschlussverfahren bilden zwei Bedingungen, ohne die bekanntermaßen - zumindest auf der Erde - kein Leben möglich ist: Auf dem Planeten muss es flüssiges Wasser geben sowie einen sogenannten Kohlenstoff- oder C-Zyklus (Carbon-Zyklus).

"Als C-Zyklus wird der geologische Prozess bezeichnet, mit dem der CO2-Haushalt der Atmosphäre und damit die Temperatur auf der Planetenoberfläche reguliert wird", erläutert die Pressemitteilung der Berner Universität und führt weiter aus: "In Ozeanen gelöstes Kohlendioxid geht chemische Verbindungen ein und wird in die heißen Tiefen des Erdmantels transportiert. Dort wird es infolge der enormen Hitze wieder freigesetzt. Bei Vulkanausbrüchen wird das Gas an die Planetenoberfläche geschleudert und gelangt damit erneut in die Atmosphäre und in das Wasser.
Exotisches Eis macht Planeten lebensfeindlich."

Wenn aber ein Planet mit einer gegebenen Masse einen sehr großen Radius aufweist, hat er eine geringe Dichte. Infolgedessen gibt es keinen C-Zyklus oder kein flüssiges Wasser, da eine geringe Dichte bedeutet, dass der Himmelskörper aus viel Gas oder/und Wasser besteht. Weist der Planet viel Gas auf, steigt der atmosphärische Druck auf der Oberfläche unter Umständen so stark an, dass wiederum Wasser nicht flüssig sein kann.

Decken hingegen enorme Wassermengen den Planeten, steigt der Druck am Grund des Ozeans so stark an, dass Wasser dort in Form von sog. "Eis VII" vorkommt, wie es wiederum auf unserer Erde nicht existiert. Das Wasser hat dann eine derart hohe Dichte, dass es sich auf dem Meeresboden ablagert und dort es eine Barriere zwischen dem Gestein am Meeresgrund und dem Wasser darüber bildet, die so den C-Zyklus unterbindet. "Unsere Studie zeigt, dass auf einem Planeten, der aus (zu) viel Gas oder viel Wasser besteht, Leben nicht existieren kann", erklärt Alibert.

Der größte Radius, bei dem ein C-Zyklus und flüssiges Wasser noch vorhanden sein kann, hängt also von der Masse des Planeten ab: Ein Planet, der die gleiche Masse hat wie die Erde, darf nur bis zu 1,7 Erdradien groß sein - Gas- und Wasserhülle inklusive. Und sogenannte "Super-Erden", also erdartige Planeten mit einer bis zu 12-fachen Erdmasse dürfen nur einen bis zu 2,2 fachen Erdradius aufweisen. Bisher wurden jedoch hauptsächlich noch größere Exoplaneten entdeckt.

Dank der hohen Empfindlichkeit von CHEOPS sollten indes bald auch kleinere, vielversprechendere Planeten angepeilt werden können. Es bleibt bzw. wird also zusehends spannend...

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Quelle: unibe.ch
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