Montag, 9. März 2015

Neptunartige Gasplaneten könnten lebensfreundlich werden


Künstlerische Interpretation der Transformation eines Mini-Neptuns zu einem lebensfreundlichen, erdähnlichen Planeten. | Copyright: Rodrigo Luger (mit Bildern der NASA)

Seattle (USA) - Bislang galten Gasplaneten selbst dann als für Leben - wie wir es von der Erde kennen - unwirtlich und lebensfeindlich, wenn sie einen felsigen festen Kern besitzen. In einer aktuellen Studie zeigen US-Astrobiologen nun jedoch, wie kosmische Kräfte sogenannte Mini-Neptune in lebensfreundliche Erdplaneten verwandeln könnten. Schon jetzt könnte es sich bei einigen, der als lebensfreundlich eingeschätzten erdartigen Exoplaneten um einstige Gasplaneten handeln.

Wie die Forscher um Rodrigo Luger und Rory Barnes von der University of Washington aktuell im Fachjournal "Astrobiology" (DOI: 10.1089/ast.2014.1215) und vorab auf ArxiV berichten, genügen schon die bekannten Phänomene von Gezeitenkraft und eine starke Aktivität eines masseschwachen Zentralgestirns, um auf lange Sicht aus einem neptunartigen sogenannten Gas-Zwerg einen erdartigen Planeten wie die Erde werden zu lassen. Bei diesen Mini-Neptunen handelt es sich große Planeten mit festen Felskernen und einer sehr dichten Wasserstoffatmosphäre, die ihren Stern auf ursprünglich weiten Umlaufbahnen umkreisen.


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Bei den meisten Sternen in unserer Galaxie handelt es sich um Rote Zwergsterne, sogenannte M-Zwerge. Sie sind kleiner und lichtschwächer als unsere Sonne, weswegen ihre habitablen Zonen (jene Abstandregionen also, innerhalb derer ein Planet seinen Stern umkreisen muss, damit aufgrund milder Temperaturen Wasser in flüssiger Form und damit Leben, wie wir es von der Erde kennen, möglich ist) auch deutlich dichter am Stern zu finden sind. Im Umfeld dieser Sterne erwarten Astronomen schon in näherer Zukunft zahlreiche sogenannte Super-Erden zu finden. Hierbei handelt es sich um erdartige Planeten mit einem Vielfachen der Masse unserer Erde, die aber kleiner sind als Gasriesen wie Neptun und Uranus.

"Es gibt viele kosmische und stellare Prozesse, die für die Lebensfreundlichkeit unserer Erde nur bedingt eine Rolle spielen, wie sie aber die Lebensfreundlichkeit von Planeten um M-Zwerge von Bedeutung sein können", erläutert Luger. "Die beiden bedeutendsten Faktoren sind starke Gezeitenkräfte und starke Aktivität des Sterns selbst."


Die Gezeitenkraft des Sterns kann sich dabei so stark auf einen ihn dicht umkreisenden Planeten auswirken, dass dieser von seiner eigentlichen Kugelform in eine eiartige Form gezogen und gestaucht werden kann und dabei sogar noch dichter an seinen Stern hernawandert. "Auf der Erde sind es glücklicherweise nur die Wassermassen unserer Ozeane, die von der Gezeitenkraft um einige Meter verändert werden", erläutert der Forscher weiter. "Umkreist ein Planet aber seinen Stern in einem geringeren Abstand, wie eben jene Planeten innerhalb der habitablen Zonen um M-Zwerge, so sind die Gezeitenkräfte auf diese Planeten natürlich bedeutend stärker."

Durch die dabei im Innern des Planeten erzeugte Reibung, entstehen gewaltige Mengen an Energie, die der Planet abgibt. Durch diesen Vorgang kann es zu starkem Vulkanismus auf der Oberfläche des Planeten kommen, was wiederum zu einem verstärkten Treibhauseffekt führen kann und eventuell vorhandene Ozeane verdampfen lassen würde. Starke solare Aktivität, wie sie von M-Zwergen bekannt ist, und die damit einhergehende Strahlung würde die Chancen für Leben auf solchen Planeten zudem extrem reduzieren. Schon in einer früheren Studie konnten Luger und Barnes zeigen, dass der gesamte Wasservorrat eines erdartigen Planeten durch diesen und damit einhergehende Prozesse innerhalb der ersten hundert Millionen Jahren nach seiner Entstehung, verloren gehen kann.


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Anhand von Computermodellen konnten die Wissenschaftler nun aber auch zeigen, dass die gleichen Prozesse angesichts von Planeten, die als Mini-Neptune entstehen, den Gegenteiligen Effekt haben können und diese zu potentiell lebensfreundlichen Planeten werden lassen.

Werden die eigentlich eisig-kalten Mini-Neptune von der Gezeitenkraft eines Sterns an diesen herangezogen, könnten diese so auch in die habitable Zone des Sterns gelangen und hier gleichzeitig viel stärkerer ultravioletter und Röntgenstrahlung des Stern ausgesetzt werden. Auf diese Weise kann ein Mini-Neptun dann große Teile seiner atmosphärischen Gase ins All verlieren. In einigen Fällen könnte sogar eine gänzlich wasserstofffreie Atmosphäre um den felsigen Kern zurückbleiben. Solche Planeten bezeichnen die Autoren der Studie dann als "lebensfreundliche verdampfte Kerne".


"Solche Planeten könnten dann auch über große Wassermengen an der Oberfläche verfügen, da ihre Kerne reich an Wassereis sind", so Luger. "Wenn diese Planeten erst einmal in der habtiablen Zone angekommen sind, schmilzt dieses Eis nach und nach und gibt das Wasser in Form von Ozeanen frei, in denen dann auch Leben entstehen könnte."


Natürlich müssten zu diesen Eigenschaften auch noch zahlreiche weitere Komponenten hinzukommen, um aus einem einstigen Gasplaneten einen lebensfreundlichen erdartigen Planeten werden zu lassen und schlussendlich sogar Leben hervorzubringen. "Aber, der Anfang wäre gemacht."


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