LEBENSFREUNDLICHE PLANETEN
Planetensuche durch Ausschlussverfahren
Redaktion / Pressemitteilung der Universität Bern
astronews.com
14. November 2013

Astronomen haben inzwischen mehr als Tausend extrasolare Planeten entdeckt. Doch bei welchen davon handelt es sich tatsächlich um bewohnbare Welten? Dies herauszufinden, ist extrem schwierig. Ein Forscher der Universität Bern ist deswegen den umkehrten Weg gegangen und hat untersucht, auf welchen Planeten es bestimmt kein Leben wie wir es kennen geben kann.

Künstlerische Darstellung des vom Weltraumteleskop Kepler entdeckten Planeten Kepler-22b. Ob dieser ein erdähnlicher Planet ist oder nicht, könnte das Verhältnis zwischen seiner Masse und seinem Radius verraten. Bild: NASA/Ames/JPL-Caltech

Extrasolare Planeten kennt man inzwischen zur Genüge. Nun suchen die Astronomen nach einem Planeten um einen fernen Stern, der tatsächlich Leben beherbergen könnte und dies vielleicht sogar tut. Entsprechende Beobachtungsprogramme und Methoden werden dazu an verschiedenen Stellen entwickelt. Doch leicht ist diese Aufgabe nicht: "Die Frage, ob ein sogenannter Exoplanet bewohnbar ist oder nicht, ist sehr komplex, da nicht alle dafür notwendigen Bedingungen bekannt sind", erklärt Yann Alibert vom Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern.

Darum ging der Forscher für seine Studie nun den umgekehrten Weg: Anhand der Masse und des Radius eines Planeten ermittelte er Kriterien, welche die Existenz von Leben, wie wir es kennen, garantiert ausschließen. Daten über die Masse eines Exoplaneten liefert etwa der von den Universitäten Genf und Bern mit weiteren Partnern entwickelte HARPS-Spektrograph in Chile. Und ab 2017 wird auch das ESA-Weltraumteleskop CHEOPS, welches unter der Federführung des CSH entwickelt und gebaut wird, den Radius ausgewählter Planeten gezielt bestimmen können.

Dank der Methode von Alibert kann unter anderem 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 Alibert.

Die Grundlage für das Ausschlussverfahren bilden zwei Bedingungen, ohne die bekanntermaßen kein irdisches 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: 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.

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. Der Grund: 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 das 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 "Eis VII" vorkommt. Dieser exotische Zustand von Eis existiert auf der Erde nicht. Es hat eine derart hohe Dichte, dass es sich auf dem Meeresboden ablagert. Dort bildet es eine Barriere zwischen dem Gestein am Meeresgrund und dem Wasser darüber - und unterbindet so den C-Zyklus. "Unsere Studie zeigt, dass auf einem Planeten, der aus viel Gas oder viel Wasser besteht, Leben nicht existieren kann", so Alibert.

Der größte Radius, bei dem ein C-Zyklus und flüssiges Wasser noch vorhanden sein können, hängt von der Masse des Planeten ab: Ein Planet, der die gleiche Masse hat wie die Erde, darf bis zu 1,7 Erdradien groß sein; Gas- und Wasserhülle inklusive. Und eine Super-Erde mit einer 12-fachen Erdmasse darf einen bis zu 2,2 fachen Erdradius aufweisen. Bisher wurden, so Alibert, jedoch hauptsächlich noch größere Exoplaneten entdeckt. Dank der hohen Empfindlichkeit von CHEOPS hoffen die Astronomen, dass bald auch kleinere, vielversprechendere Planeten angepeilt werden können.

Über seine Resultate berichtet Alibert in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics.