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EXTRASOLARE PLANETEN
Flüssiges Wasser auf ganz verschiedenen Welten
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Bern
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28. Juni 2022

Flüssiges Wasser gilt als eine wichtige Voraussetzung, damit Leben auf einem Planeten entstehen kann. Eine neue Studie zeigt nun, das Wasser über lange Zeit auch auf Welten existieren kann, die sich stark von der Erde unterscheiden. Eventuell sollte man bei der Suche nach möglicherweise lebensfreundlichen Planeten also großzügiger sein.

Exoplanet

Planeten mit geringer Masse und einer ursprünglichen Atmosphäre aus Wasserstoff und Helium könnten die Temperaturen und den Druck aufweisen, die Wasser in flüssiger Form ermöglichen. Bild: Thibaut Roger - Universität Bern - Universität Zürich (CC BY-NC-SA 4.0) [Großansicht]

Das Leben auf der Erde begann in den Ozeanen. Bei der Suche nach Leben auf anderen Planeten ist daher das Potenzial für flüssiges Wasser eine wichtige Voraussetzung. Um es zu finden, haben Forschende traditionell nach Planeten gesucht, die unserem eigenen ähneln. Langfristig flüssiges Wasser muss aber nicht unbedingt unter ähnlichen Bedingungen wie auf der Erde vorkommen. Forschende der Universitäten Bern und Zürich, die Mitglieder des Nationalen Forschungsschwerpunkt PlanetS in der Schweiz sind, berichten in einer neuen Studie, dass günstige Bedingungen über Jahrmilliarden sogar auf Planeten herrschen könnten, die unserem Heimatplaneten kaum ähneln.

"Einer der Gründe, warum Wasser auf der Erde flüssig sein kann, ist die Atmosphäre", erklärt Studienmitautorin Ravit Helled, Professorin für Theoretische Astrophysik an der Universität Zürich. "Mit ihrem natürlichen Treibhauseffekt fängt sie genau die richtige Menge an Wärme ein, um die notwendigen Bedingungen für Ozeane, Flüsse und Regen zu schaffen." Die Erdatmosphäre sah in ihrer Frühzeit jedoch ganz anders aus: "Als sich der Planet erstmals aus kosmischem Gas und Staub bildete, sammelte er eine Atmosphäre an, die hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium bestand – eine so genannte Uratmosphäre", erklärt Helled.

Im Laufe ihrer Entwicklung verlor die Erde jedoch diese ursprüngliche Atmosphäre. Andere, massereichere Planeten können viel größere Uratmosphären ansammeln, die sie in einigen Fällen erhalten können. "Solche massiven Uratmosphären können auch einen Treibhauseffekt hervorrufen – ähnlich wie die heutige Erdatmosphäre. Wir wollten deshalb herausfinden, ob diese Atmosphären die notwendigen Bedingungen für flüssiges Wasser schaffen können", erläutert Helled.

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Dazu modellierte das Team unzählige Planeten und simulierte deren Entwicklung über Milliarden von Jahren. Dabei berücksichtigten sie nicht nur die Eigenschaften der Planetenatmosphären, sondern auch die Intensität der Strahlung ihrer jeweiligen Sterne sowie die nach außen abstrahlende innere Wärme der Planeten. Während diese geothermische Wärme auf der Erde nur eine geringe Rolle für die Bedingungen an der Oberfläche spielt, kann sie auf Planeten mit gewaltigen Uratmosphären einen substanziellen Beitrag dazu leisten.

"Wir haben herausgefunden, dass in vielen Fällen die ursprünglichen Atmosphären durch die intensive Strahlung der Sterne verloren gegangen sind – vor allem auf Planeten, die sich in der Nähe ihres Sterns befinden. Doch in den Fällen, in denen Atmosphären erhalten wurden, können Bedingungen entstehen, unter denen flüssiges Wasser existieren kann", berichtet Marit Mol Lous, Doktorandin und Hauptautorin der Studie. "In vielen Fällen, in denen genügend geothermische Wärme die Oberfläche erreicht, ist die intensive Strahlung von einem Stern wie der Sonne nicht einmal nötig, damit Bedingungen an der Oberfläche herrschen, die die Existenz von flüssigem Wasser erlauben. Am wichtigsten ist vielleicht, dass unsere Ergebnisse zeigen, dass diese Bedingungen über sehr lange Zeiträume anhalten können – bis zu mehreren zehn Milliarden Jahren."

"Für viele mag dies eine Überraschung sein. Die Astronomie erwartet normalerweise, dass flüssiges Wasser in Regionen um Sterne vorkommt, die genau die richtige Menge an Strahlung erhalten: nicht zu viel, damit das Wasser nicht verdampft, und nicht zu wenig, damit es nicht komplett gefriert", erklärt Christoph Mordasini, Professor für Theoretische Astrophysik an der Universität Bern. "Da das Vorhandensein von flüssigem Wasser eine wahrscheinliche Voraussetzung für Leben ist und das Leben auf der Erde wahrscheinlich viele Millionen Jahre gebraucht hat, um sich zu entwickeln, könnte dies den Horizont für die Suche nach außerirdischen Lebensformen erheblich erweitern. Nach unseren Ergebnissen könnte es sich sogar auf sogenannten freischwebenden Planeten, die nicht um einen Stern kreisen, entwickeln."

Dennoch bleibt der Forscher vorsichtig: "Unsere Ergebnisse sind zwar aufregend, sollten aber mit Vorsicht genossen werden. Denn damit solche Planeten langfristig flüssiges Wasser haben können, müssen sie die passende Atmosphäre haben. Wir wissen nicht, wie häufig dies der Fall ist." Und selbst unter den richtigen Bedingungen wisse man nicht, wie wahrscheinlich es sei, dass sich Leben in einem solch exotischen potenziellen Habitat entwickle. "Das ist eine Frage für die Astrobiologie. Mit unserer Arbeit haben wir jedoch gezeigt, dass unsere erdzentrische Vorstellung von einem lebensfreundlichen Planeten möglicherweise zu eng gefasst ist", so Mordasini.

Über ihre Studie berichtet das Team in einem Fachartikel, der in Nature Astronomy erschienen ist.

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siehe auch
Extrasolare Planeten: Wasser auf Monden um Planeten ohne Sonnen - 10. Juni 2021
Ferne Welten - die astronews.com Berichterstattung über die Suche nach extrasolaren Planeten
Links im WWW
Mol Lous, M., Helled, R. & Mordasini, C. (2022): Potential long-term habitable conditions on planets with primordial H–He atmospheres, Nat Astron,  https://doi.org/10.1038/s41550-022-01699-8
Universität Bern
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