In den letzten Jahren ist die Anzahl der extra-solaren Planeten, die um den nahe gelegenen M-Typ (rote Zwergsterne) entdeckt wurden, erheblich gestiegen. In vielen Fällen waren diese bestätigten Planeten „erdähnlich“, was bedeutet, dass sie terrestrisch (auch bekannt als felsig) und von vergleichbarer Größe wie die Erde sind. Diese Funde waren besonders aufregend, da rote Zwergsterne im Universum am häufigsten vorkommen - sie machen allein in der Milchstraße 85% der Sterne aus.
Leider wurden in letzter Zeit zahlreiche Studien durchgeführt, die darauf hinweisen, dass diese Planeten möglicherweise nicht die notwendigen Bedingungen haben, um das Leben zu unterstützen. Das neueste stammt von der Harvard University, wo der Postdoktorand Manasvi Lingam und Professor Abraham Loeb zeigen, dass Planeten um Sterne vom Typ M möglicherweise nicht genügend Strahlung von ihren Sternen erhalten, damit Photosynthese stattfinden kann.
Einfach ausgedrückt wird angenommen, dass das Leben auf der Erde vor 3,7 bis 4,1 Milliarden Jahren (während des späten Hadean oder frühen Archean Eon) entstanden ist, zu einer Zeit, als die Atmosphäre des Planeten heute für das Leben giftig gewesen wäre. Vor 2,9 bis 3 Milliarden Jahren begannen photosynthetisierende Bakterien aufzutreten und die Atmosphäre mit Sauerstoffgas anzureichern.
Infolgedessen erlebte die Erde vor etwa 2,3 Milliarden Jahren das sogenannte „Große Oxidationsereignis“. Während dieser Zeit wandelten photosynthetische Organismen die Erdatmosphäre allmählich von einer Atmosphäre, die überwiegend aus Kohlendioxid und Methan besteht, in eine Atmosphäre um, die aus Stickstoff und Sauerstoff besteht (~ 78% bzw. 21%).
Interessanterweise wird angenommen, dass andere Formen der Photosynthese noch früher als die Chlorophyll-Photosynthese aufgetreten sind. Dazu gehört die Photosynthese der Netzhaut, die ca. Vor 2,5 bis 3,7 Milliarden Jahren und existiert heute noch in begrenzten Nischenumgebungen. Wie der Name schon sagt, beruht dieser Prozess auf der Netzhaut (einer Art Purpurpigment), um Sonnenenergie im gelbgrünen Teil des sichtbaren Spektrums (400 bis 500 nm) zu absorbieren.
Es gibt auch eine anoxygene Photosynthese (bei der Kohlendioxid und zwei Wassermoleküle zu Formaldehyd, Wasser und Sauerstoffgas verarbeitet werden), von der angenommen wird, dass sie vollständig vor der sauerstoffhaltigen Photosynthese liegt. Wie und wann verschiedene Arten der Photosynthese entstanden sind, ist der Schlüssel zum Verständnis, wann das Leben auf der Erde begann. Wie Professor Loeb dem Space Magazine per E-Mail erklärte:
"Photosynthese" bedeutet "Zusammensetzen" (Synthese) durch Licht (Foto). Es ist ein Prozess, der von Pflanzen, Algen oder Bakterien verwendet wird, um Sonnenlicht in chemische Energie umzuwandeln, die ihre Aktivitäten antreibt. Die chemische Energie wird in Molekülen auf Kohlenstoffbasis gespeichert, die aus Kohlendioxid und Wasser synthetisiert werden. Dieser Prozess setzt häufig Sauerstoff als Nebenprodukt frei, was für unsere Existenz notwendig ist. Insgesamt liefert die Photosynthese alle organischen Verbindungen und den größten Teil der Energie, die für das Leben auf dem Planeten Erde erforderlich ist. Die Photosynthese entstand relativ früh in der Evolutionsgeschichte der Erde. “
Studien wie diese, die die Rolle der Photosynthese untersuchen, sind nicht nur wichtig, weil sie uns helfen zu verstehen, wie das Leben auf der Erde entstanden ist. Darüber hinaus könnten sie auch dazu beitragen, unser Verständnis darüber zu verbessern, ob und unter welchen Bedingungen Leben auf außersolaren Planeten entstehen kann oder nicht.
Ihre Studie mit dem Titel „Photosynthese auf bewohnbaren Planeten um massearme Sterne“ erschien kürzlich online und wurde der Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society. Für ihre Studie versuchten Lingam und Loeb, den Photonenfluss von M-Sternen zu beschränken, um festzustellen, ob auf terrestrischen Planeten, die rote Zwergsterne umkreisen, eine Photosynthese möglich ist. Wie Loeb sagte:
„In unserer Arbeit haben wir untersucht, ob Photosynthese auf Planeten in der bewohnbaren Zone um Sterne mit geringer Masse stattfinden kann. Diese Zone ist definiert als der Entfernungsbereich vom Stern, in dem die Oberflächentemperatur des Planeten die Existenz von flüssigem Wasser und die Chemie des Lebens, wie wir es kennen, ermöglicht. Für Planeten in dieser Zone haben wir den ultravioletten (UV) Fluss berechnet, der ihre Oberfläche als Funktion der Masse ihres Wirtssterns beleuchtet. Sterne mit geringer Masse sind kühler und produzieren weniger UV-Photonen pro Strahlungsmenge. “
In Übereinstimmung mit jüngsten Funden mit roten Zwergsternen konzentrierte sich ihre Studie auf „Erdanaloga“, Planeten, die dieselben grundlegenden physikalischen Parameter wie die Erde haben - dh Radius, Masse, Zusammensetzung, effektive Temperatur, Albedo usw. Seit den theoretischen Grenzen der Photosynthese um andere Sterne sind nicht gut verstanden, sie arbeiteten auch mit den gleichen Grenzen wie die auf der Erde - zwischen 400 und 750 nm.
Daraus errechneten Lingam und Loeb, dass massearme M-Sterne den minimalen UV-Fluss nicht überschreiten können, der erforderlich ist, um eine Biosphäre ähnlich der der Erde zu gewährleisten. Wie Loeb illustrierte:
„Dies impliziert, dass die bewohnbaren Planeten, die in den letzten Jahren um die nahe gelegenen Zwergsterne Proxima Centauri (sonnennächster Stern, 4 Lichtjahre entfernt, 0,12 Sonnenmassen, mit einem bewohnbaren Planeten, Proxima b) und TRAPPIST-1 ( In 40 Lichtjahren Entfernung haben 0,09 Sonnenmassen mit drei bewohnbaren Planeten TRAPPIST-1e, f, g) wahrscheinlich keine erdähnliche Biosphäre. Generell ist es unwahrscheinlich, dass bei spektroskopischen Untersuchungen der Zusammensetzung der Atmosphären von Planeten, die ihre Sterne durchqueren (wie TRAPPIST-1), Biomarker wie Sauerstoff oder Ozon in nachweisbaren Mengen gefunden werden. Wenn Sauerstoff gefunden wird, ist sein Ursprung wahrscheinlich nicht biologisch. “
Natürlich sind dieser Art der Analyse Grenzen gesetzt. Wie bereits erwähnt, weisen Lingam und Loeb darauf hin, dass die theoretischen Grenzen der Photosynthese um andere Sterne nicht bekannt sind. Bis wir mehr über die Planetenbedingungen und die Strahlungsumgebung um M-Sterne erfahren, werden Wissenschaftler gezwungen sein, Metriken zu verwenden, die auf unserem eigenen Planeten basieren.
Zweitens gibt es auch die Tatsache, dass Sterne vom Typ M im Vergleich zu unserer Sonne variabel und instabil sind und periodische Aufflackern erfahren. Unter Berufung auf andere Forschungsergebnisse weisen Lingam und Loeb darauf hin, dass diese sowohl positive als auch negative Auswirkungen auf die Biosphäre eines Planeten haben können. Kurz gesagt, Sternfackeln könnten zusätzliche UV-Strahlung liefern, die die präbiotische Chemie auslösen würde, aber auch die Atmosphäre eines Planeten schädigen.
Abgesehen von intensiveren Studien über extrasolare Planeten, die rote Zwergsterne umkreisen, sind Wissenschaftler gezwungen, sich auf theoretische Einschätzungen zu verlassen, wie wahrscheinlich das Leben auf diesen Planeten sein würde. Die in dieser Studie vorgestellten Ergebnisse sind ein weiterer Hinweis darauf, dass Rotzwergsternsysteme möglicherweise nicht der wahrscheinlichste Ort sind, um bewohnbare Welten zu finden.
Wenn dies zutrifft, könnten diese Ergebnisse auch drastische Auswirkungen auf die Suche nach außerirdischer Intelligenz (SETI) haben. "Da der durch die Photosynthese erzeugte Sauerstoff eine Voraussetzung für ein komplexes Leben wie den Menschen auf der Erde ist, muss sich auch die technologische Intelligenz weiterentwickeln", sagte Loeb. "Das Auftauchen des letzteren eröffnet wiederum die Möglichkeit, Leben durch technologische Signaturen wie Funksignale oder riesige Artefakte zu finden."
Die Suche nach bewohnbaren Planeten und Leben wird vorerst weiterhin von theoretischen Modellen bestimmt, die uns sagen, wonach wir Ausschau halten müssen. Gleichzeitig basieren diese Modelle weiterhin auf dem „Leben, wie wir es kennen“ - d. H. Am Beispiel von Erdanaloga und terrestrischen Arten. Glücklicherweise erwarten die Astronomen in den kommenden Jahren dank der Entwicklung von Instrumenten der nächsten Generation viel mehr zu lernen.
Je mehr wir über Exoplaneten-Systeme erfahren, desto wahrscheinlicher werden wir feststellen, ob sie bewohnbar sind oder nicht. Aber am Ende werden wir nicht wissen, wonach wir sonst suchen sollten, bis wir es tatsächlich finden. Dies ist das große Paradoxon bei der Suche nach außerirdischer Intelligenz, ganz zu schweigen von diesem anderen großen Paradoxon (schauen Sie nach!).
