Viele Schlagzeilen und Diskussionen über die Bewohnbarkeit von Exoplaneten konzentrieren sich auf ihre Nähe zu ihrem Stern und auf das Vorhandensein von Wasser. Es ist sinnvoll, weil dies stark einschränkende Faktoren sind. Aber diese planetarischen Eigenschaften sind wirklich nur ein Ausgangspunkt für die bewohnbare / nicht bewohnbare Diskussion. Wichtig ist auch, was im Inneren eines Planeten passiert.
Es gibt eine fast verwirrende Anzahl von Faktoren, die die Erde zu einem lebenserhaltenden Planeten machen. Die Atmosphäre, das Wasser, die Nähe zu seinem Stern. Die Art des Sterns und seine Stabilität, die Umlaufbahnstabilität des Planeten, seine Position in der Galaxie. Dies sind nur einige von denen, die oft diskutiert werden. Andere, esoterischere Faktoren wie die Größe des Mondes können ebenfalls eine entscheidende Rolle spielen.
"Das Herz der Bewohnbarkeit liegt im Inneren des Planeten."
Aus "Was macht einen Planeten bewohnbar?"
Es ist aber auch der geschmolzene Kern der Erde, der eine übergeordnete Rolle für die Bewohnbarkeit der Erde spielt, indem er die Magnetosphäre schafft, die uns vor den Todesstrahlen der Sonne schützt. Und obwohl wir vielleicht mit dem Aspekt des Erdkerns vertraut sind, der Bewohnbarkeit ermöglicht, trägt seine innere Zusammensetzung auf andere Weise dazu bei.
Ein Forscherteam des Carnegie Institute hat einen in Science veröffentlichten Brief verfasst, in dem die Forscher aufgefordert werden, ihren Anwendungsbereich bei der Bestimmung der Bewohnbarkeit zu erweitern. Das Wesentliche ihres Schreibens ist, dass die Bewohnbarkeit für eine wissenschaftliche Disziplin viel zu komplex ist, um sie zu bestimmen, und dass ein ganzheitlicher oder hochintegrierter Gesamtansatz erforderlich ist, um eine praktischere Methode zur Bestimmung des möglicherweise bewohnbaren Exoplaneten zu erhalten.
Und es ist eine faszinierende Lektüre.
"Die Menschheit wird eine Bibliothek mit Informationen über die gasförmigen Hüllen aufbauen, die nur ein Millionstel der Masse eines Exoplaneten ausmachen."
Aus "Was macht einen Planeten bewohnbar?"
Mit zunehmender Beobachtungsgabe machen die Wissenschaftler geltend, dass auch unsere Methode zur Bestimmung der Bewohnbarkeit wachsen muss.
Derzeit können Wissenschaftler einen Exoplaneten entdecken, seine Nähe zu seinem Stern bestimmen, seine Masse und Dichte einschränken und von dort aus probabilistische Vermutungen über die mögliche Bewohnbarkeit anstellen. Der Schwerpunkt liegt darauf, herauszufinden, wie die Atmosphäre eines bestimmten Planeten wahrscheinlich ist. Aber selbst wenn wir die richtige Atmosphäre haben, haben wir wirklich nur die erste Schicht der Zwiebel geschält. In ihrem Brief heißt es: "Die Menschheit wird eine Bibliothek mit Informationen über die gasförmigen Umschläge aufbauen, die nur ein Millionstel der Masse eines Exoplaneten ausmachen."
Aber was dann? Was ist mit dem Rest der Masse des Planeten? Bestimmt es die Bewohnbarkeit?
Das Wissenschaftlerteam besteht aus Anat Shahar, Peter Driscoll, Alycia Weinberger und George Cody. In ihrem Brief sprechen sie über die vielen Möglichkeiten, wie das Erdinnere seine Bewohnbarkeit bestimmt.
Das Team erkennt an, dass aus unserer Sicht der Planetenjagd alles mit der Atmosphäre beginnt. Verlockende Signale aus der Atmosphäre, wie das Vorhandensein von Sauerstoff oder eine aus dem Gleichgewicht geratene chemische Zusammensetzung, können Zeichen von Leben und Bewohnbarkeit sein. Aber sie sind alles andere als endgültig.
Atmosphären sind komplexe, dynamische Dinge. Sie unterliegen allen Arten von Eingaben, von Chemikalienquellen im Erdinneren bis hin zur Fähigkeit eines Innenraums, als Senken für Chemikalien zu fungieren. Sie sind immer im Fluss und es erfordert eine gewisse Stabilität über lange Zeiträume, damit das Leben gedeihen kann.
Jeder kennt den Wasserkreislauf der Erde, aber es gibt auch andere Kreisläufe. Wenn Vulkane ausbrechen und Magma durch Öffnungen an die Oberfläche gelangt, werden Chemikalien freigesetzt, die dann in die Kruste zurückgeführt werden. Wenn sich bestimmte Chemikalien ansammeln dürfen, schränken sie die Lebensaussichten stark ein. In der Arbeit verwenden die Autoren das Beispiel von Kohlenstoff, den atmosphärische Prozesse aus der Atmosphäre entfernen und auf den Meeresboden bringen können. Dort werden sie an den Subduktionszonen zwischen tektonischen Platten ins Innere zurückgeführt.
Der Punkt, den sie machen, ist, dass man die Atmosphäre nicht wirklich beurteilen kann, ohne zu wissen, was die inneren Prozesse des Planeten sind.
Es sind jedoch nicht nur die Prozesse im Innenraum, die die Bewohnbarkeit beeinflussen. Es ist auch die Komposition.
Die elementaren Bausteine für Planeten sind konsistent und umfassen Sauerstoff, Silizium und Eisen. Die Mengen und Anteile dieser Bausteine können jedoch stark variieren. Dies wird durch die Bedingungen in der protoplanetaren Scheibe bestimmt, aus denen sich die Planeten gebildet haben. Wie die Autoren in ihrem Brief deutlich machen, können die Mengen dieser Elemente und ihre Verarbeitung während der Planetenbildung stark variieren.
Ihre endgültige Zusammensetzung auf dem Planeten kann auch aufgrund der Bedingungen in der protoplanetaren Scheibe variieren. Beispielsweise kann die frühzeitige Bildung von Riesenplaneten im Sonnensystem die Zusammensetzung später entstehender Planeten beeinflussen.
All diese Vielfalt erzeugt eine verwirrende Reihe von Variablen, wenn es darum geht, die Bewohnbarkeit zu bestimmen.
"Die Forschung, die zur kohärenten Untersuchung dieser Prozesse erforderlich ist, kann nicht von Wissenschaftlern einer einzelnen Disziplin isoliert durchgeführt werden."
Aus "Was macht einen Planeten bewohnbar?"
Die Autoren argumentieren für eine neue Art der Suche nach Bewohnbarkeit. Sie schlagen einen interdisziplinäreren Weg vor. In ihrem Brief heißt es: "Die Forschung, die zur kohärenten Untersuchung dieser Prozesse erforderlich ist, kann nicht von Wissenschaftlern einer einzelnen Disziplin isoliert durchgeführt werden."
Sie schlagen experimentelle Forschung vor, die sich auf Dinge wie Mineralphysik und mehr Beobachtungsstudien von Sternscheiben- und Planetenscheibenzusammensetzungen konzentriert. Dieses neue Wissen würde verwendet, um ein besseres Modell für das Verständnis der Bewohnbarkeit zu erstellen, das uns weiter bringen würde als unser Vertrauen in flüssiges Wasser, die atmosphärische Zusammensetzung, die Nähe zu seinem Stern und die anderen Faktoren, mit denen wir versuchen, die Bewohnbarkeit zu bestimmen.
Geben Wissenschaftler dem Inneren eines Planeten nicht genug Gewicht, wenn sie versuchen, die Bewohnbarkeit zu bestimmen? Die Antwort ist ... vielleicht.
Vielleicht brauchen wir ein abgestuftes System zur Klassifizierung von Exoplaneten. Die Bewohnbarkeit der Stufe 1 könnte die grundlegendsten Anforderungen an die Bewohnbarkeit angeben. Nähe zu einem geeigneten Stern, wahrscheinlich flüssiges Wasser, solche Dinge. Von dort aus könnten verschiedene Ebenen nach immer strengeren Bedingungen kodifiziert werden.
Lammer et. al. schlugen in ihrer 2009 erschienenen Arbeit „Was macht einen Planeten bewohnbar?“ so etwas vor. Ihr vierstufiges Klassifizierungssystem hat sich jedoch nicht zu tief mit den Innenräumen von Exoplaneten befasst. In einem 2012 erschienenen Artikel mit dem Titel „Über die Wahrscheinlichkeit bewohnbarer Planeten“ berichtete Francois Forget über Lammer et. al. Klassifizierungssystem, bevor wir uns eingehender mit geophysikalischen Prozessen befassen, die vorhanden sein müssen, bevor ein Planet bewohnbar sein kann.
Dieser Brief fordert die wissenschaftliche Gemeinschaft auf, noch weiter zu gehen.
Wahrscheinlich wird ein funktionsfähiges, detaillierteres Modell der Innenräume von Exoplaneten benötigt, das nicht nur auf der Atmosphäre, sondern auch auf der Zusammensetzung und den Bedingungen der Festplatte basiert. In naher Zukunft werden uns leistungsstärkere Teleskope helfen, mehr über Exoplaneten zu erfahren und uns vielleicht sogar tatsächliche Bilder von einigen von ihnen zu geben.
Wenn das Team hinter diesem Brief jedoch Recht hat, reicht es nicht aus, die Bewohnbarkeit zu bestimmen. Wir müssen mehr Schichten der Zwiebel abziehen, und das könnte den anspruchsvolleren Modelltyp erfordern, den sie sich vorstellen.
