Seit der Kepler-Weltraumteleskop wurde in den Weltraum gestartet, die Anzahl der bekannten Planeten jenseits unseres Sonnensystems (Exoplaneten) ist exponentiell gewachsen. Gegenwärtig wurden 3.917 Planeten in 2.918 Sternensystemen bestätigt, während 3.368 auf Bestätigung warten. Davon befinden sich etwa 50 in der zirkumstellaren bewohnbaren Zone ihres Sterns (auch bekannt als "Goldlöckchen-Zone"), der Entfernung, in der flüssiges Wasser auf der Oberfläche eines Planeten existieren kann.
Neuere Forschungen haben jedoch gezeigt, dass die Möglichkeit, dass wir eine bewohnbare Zone betrachten, zu optimistisch ist. Laut einer neuen Studie, die kürzlich online veröffentlicht wurde und den Titel „Eine begrenzte bewohnbare Zone für komplexes Leben“ trägt, könnten bewohnbare Zonen viel enger sein als ursprünglich angenommen. Diese Funde könnten einen drastischen Einfluss auf die Anzahl der Planeten haben, die Wissenschaftler als „potenziell bewohnbar“ betrachten.
Die Studie wurde von Edward W. Schwieterman, einem Postdoktoranden der NASA an der University of California, Riverside, geleitet und umfasste Forscher des Alternative Earths-Teams (Teil des NASA Astrobiology Institute), des Nexus for Exoplanet System Science (NExSS). und das NASA Goddard Institute for Space Studies.
Nach früheren Schätzungen basierend auf Kepler Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass es allein in der Milchstraße wahrscheinlich 40 Milliarden erdähnliche Planeten gibt, von denen 11 Milliarden wahrscheinlich wie Sterne unsere Sonne umkreisen (d. h. gelbe Zwerge vom Typ G). Andere Untersuchungen haben ergeben, dass diese Zahl je nach den Parametern, die wir zur Definition von Wohngebieten verwenden, bis zu 60 Milliarden oder sogar 100 Milliarden betragen kann.
Diese Ergebnisse sind sicherlich ermutigend, da sie darauf hindeuten, dass die Milchstraße voller Leben sein könnte. Leider haben neuere Forschungen zu außersolaren Planeten diese früheren Schätzungen in Zweifel gezogen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn es sich um gezeitengesperrte Planeten handelt, die Sterne vom Typ M (Roter Zwerg) umkreisen.
Untersuchungen darüber, wie sich das Leben auf der Erde entwickelt hat, haben außerdem gezeigt, dass Wasser allein weder Leben garantiert noch Sauerstoffgas vorhanden ist. Darüber hinaus betrachteten Schwieterman und seine Kollegen zwei weitere wichtige Biosignaturen, die für das Leben, wie wir es kennen, unerlässlich sind - Kohlendioxid und Kohlenmonoxid.
Zu viel dieser Verbindungen wäre für das komplexe Leben toxisch, während zu wenig bedeuten würde, dass keine frühen Prokaryoten entstehen würden. Wenn das Leben auf der Erde ein Hinweis ist, sind grundlegende Lebensformen unerlässlich, wenn sich komplexere, sauerstoffverbrauchende Lebensformen entwickeln sollen. Aus diesem Grund haben Schwieterman und seine Kollegen versucht, die Definition einer bewohnbaren Zone zu überarbeiten, um dies zu berücksichtigen.
Um fair zu sein, ist es nie einfach, das Ausmaß einer bewohnbaren Zone zu berechnen. Zusätzlich zu ihrer Entfernung von ihrem Stern hängt die Oberflächentemperatur eines Planeten von verschiedenen Rückkopplungsmechanismen in der Atmosphäre ab - beispielsweise vom Treibhauseffekt. Darüber hinaus setzt die konventionelle Definition einer bewohnbaren Zone die Existenz „erdähnlicher“ Bedingungen voraus.
Dies impliziert eine Atmosphäre, die reich an Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid und Wasser ist und durch denselben geochemischen Zyklusprozess von Carbonat und Silikat stabilisiert wird, der auf der Erde existiert. In diesem Prozess führen Sedimentation und Verwitterung dazu, dass Silikatgesteine kohlenstoffhaltig werden, während geologische Aktivität dazu führt, dass Kohlenstoffgesteine wieder silikatbasiert werden.
Dies führt zu einer Rückkopplungsschleife, die sicherstellt, dass der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre relativ stabil bleibt, wodurch die Oberflächentemperaturen erhöht werden (auch bekannt als Treibhauseffekt). Je näher der Planet am inneren Rand der bewohnbaren Zone liegt, desto weniger Kohlendioxid wird dafür benötigt. Wie Schwieterman kürzlich in einem Artikel von MIT Technology Review erklärte:
"Aber für den mittleren und äußeren Bereich der bewohnbaren Zone müssen die atmosphärischen Kohlendioxidkonzentrationen viel höher sein, um die für flüssiges Oberflächenwasser günstigen Temperaturen aufrechtzuerhalten."
Zur Veranschaulichung verwendete das Team Kepler-62f als Beispiel, eine Supererde, die einen Stern vom Typ K (etwas kleiner und dunkler als unsere Sonne) umkreist, der sich etwa 990 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet. Dieser Planet umkreist seinen Stern in ungefähr der gleichen Entfernung wie die Venus die Sonne, aber die geringere Masse des Sterns bedeutet, dass er sich am äußeren Rand der bewohnbaren Zone befindet.
Als dieser Planet 2013 entdeckt wurde, galt er als guter Kandidat für außerirdisches Leben, vorausgesetzt, es liegt ein ausreichender Treibhauseffekt vor. Schwieterman und seine Kollegen errechneten jedoch, dass 1000-mal mehr Kohlendioxid (300 bis 500 Kilopascal) benötigt würde als auf der Erde, als sich komplexe Lebensformen zum ersten Mal entwickelten (vor ca. 1,85 Milliarden Jahren).
Diese Menge an Kohlendioxid wäre jedoch für die meisten komplexen Lebensformen hier auf der Erde toxisch. Infolgedessen wäre Kepler-62f kein geeigneter Kandidat für das Leben, selbst wenn es warm genug wäre, um flüssiges Wasser zu haben. Nachdem sie diese physiologischen Einschränkungen berücksichtigt hatten, kamen Schwieterman und sein Team zu dem Schluss, dass die bewohnbare Zone für komplexes Leben erheblich enger sein muss - ein Viertel dessen, was zuvor geschätzt wurde.
Schwieterman und seine Kollegen errechneten auch, dass einige Exoplaneten wahrscheinlich einen höheren Kohlenmonoxidgehalt aufweisen, weil sie kühle Sterne umkreisen. Dies stellt eine erhebliche Einschränkung für die bewohnbaren Zonen der roten Zwergsterne dar, die zufällig 75% der Sterne im Universum ausmachen - und von denen angenommen wird, dass sie der wahrscheinlichste Ort sind, um Planeten zu finden, die terrestrischer (d. H. Felsiger) Natur sind.
Diese Ergebnisse könnten drastische Auswirkungen auf das haben, was Wissenschaftler als „potenziell bewohnbar“ betrachten, ganz zu schweigen von den Grenzen der bewohnbaren Zone eines Sterns. Wie Schwieterman erklärte:
"Eine Implikation ist, dass wir möglicherweise keine Anzeichen von intelligentem Leben oder Technosignaturen auf Planeten erwarten, die späte M-Zwerge umkreisen, oder auf potenziell bewohnbaren Planeten nahe dem äußeren Rand ihrer bewohnbaren Zonen."
Um die Sache noch komplizierter zu machen, ist diese Studie eine von mehreren, die zusätzliche Einschränkungen für die in letzter Zeit als bewohnbar geltenden Planeten auferlegt. Alleine im Jahr 2019 wurden Untersuchungen durchgeführt, die zeigen, dass Systeme mit roten Zwergsternen möglicherweise nicht über die notwendigen Rohstoffe für die Bildung des Lebens verfügen und dass rote Zwergsterne möglicherweise nicht genügend Photonen für die Photosynthese liefern.
All dies summiert sich zu der eindeutigen Möglichkeit, dass das Leben in unserer Galaxie seltener ist als bisher angenommen. Aber um mit Sicherheit zu wissen, wo die Grenzen der Bewohnbarkeit liegen, sind natürlich weitere Studien erforderlich. Glücklicherweise müssen wir nicht zu lange warten, um dies herauszufinden, da im kommenden Jahrzehnt mehrere Teleskope der nächsten Generation in Betrieb gehen werden.
Dazu gehören die James Webb Weltraumteleskop (JWST), der Extrem großes Teleskop (ELT) und die Riesiges Magellan-Teleskop (MITTLERE GREENWICH-ZEIT). Es wird erwartet, dass diese und andere hochmoderne Instrumente viel detailliertere Studien und Charakterisierungen von Exoplaneten ermöglichen. Und wenn sie es tun, werden wir eine bessere Vorstellung davon haben, wie wahrscheinlich das Leben da draußen ist.
