Wenn es um die Suche nach außerirdischem Leben geht, neigen Wissenschaftler dazu, ein bisschen geozentrisch zu sein - d. H. Sie suchen nach Planeten, die unseren eigenen ähneln. Dies ist verständlich, da die Erde der einzige Planet ist, von dem wir wissen, dass er das Leben unterstützt. Infolgedessen haben diejenigen, die nach außerirdischem Leben suchen, nach Planeten gesucht, die terrestrischer (felsiger) Natur sind, innerhalb der bewohnbaren Zonen ihrer Sterne kreisen und genügend Wasser auf ihren Oberflächen haben.
Bei der Entdeckung mehrerer tausend Exoplaneten haben Wissenschaftler herausgefunden, dass viele tatsächlich „Wasserwelten“ sein können (Planeten, auf denen bis zu 50% ihrer Masse Wasser sind). Dies wirft natürlich einige Fragen auf, wie viel Wasser zu viel ist und könnte zu viel Land auch ein Problem sein? Um dies zu beheben, führten zwei Forscher des Harvard Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) eine Studie durch, um festzustellen, wie das Verhältnis zwischen Wasser- und Landmasse zum Leben beitragen kann.
Die Studie „Abhängigkeit der biologischen Aktivität von der Oberflächenwasserfraktion von Planeten“, die zur Veröffentlichung mit geprüft wird Das astronomische Journal- wurde von Manasvi Lingam, einem Postdoktoranden am CfA-Institut für Theorie und Berechnung (ITC), und Abraham Loeb - dem Direktor des ITC und dem Frank B. Baird Jr. Lehrstuhl für Wissenschaft an der Harvard University - verfasst.
Zunächst befassen sich Lingam und Loeb mit dem Thema des anthropischen Prinzips, das in der Astronomie und der Exoplanetenforschung eine wichtige Rolle gespielt hat. Kurz gesagt, dieses Prinzip besagt, dass wenn die Bedingungen auf der Erde geeignet sind, sich dem Leben anzupassen, sie existieren müssen, um Leben zu schaffen. Dieses auf das gesamte Universum ausgedehnte Prinzip argumentiert, dass die Gesetze der Physik so existieren, wie sie es tun, um Leben entstehen zu lassen.
Eine andere Sichtweise ist die Betrachtung, wie unsere Einschätzungen der Erde in sogenannte „Beobachtungsauswahl-Effekte“ fallen - bei denen die Ergebnisse direkt von der Art der Methode beeinflusst werden. In diesem Fall ergeben sich die Auswirkungen aus der Tatsache, dass unsere Suche nach Leben jenseits der Erde und unseres Sonnensystems die Existenz eines entsprechend positionierten Beobachters erfordert.
Tatsächlich neigen wir dazu anzunehmen, dass die Lebensbedingungen im Universum reichlich vorhanden sein werden, weil wir mit ihnen vertraut sind. Diese Bedingungen erfordern das Vorhandensein von flüssigem Wasser und Landmassen, die für die Entstehung des Lebens, wie wir es kennen, wesentlich waren. Wie Lingam dem Space Magazine per E-Mail erklärte, ist dies eine der Möglichkeiten, wie das anthropische Prinzip bei der Suche nach potenziell bewohnbaren Planeten zum Tragen kommt:
"Die Tatsache, dass die Land- und Wasserfraktionen der Erde vergleichbar sind, weist auf anthropische Auswahleffekte hin, dh die Entstehung von Menschen (oder analogen bewussten Beobachtern) wurde möglicherweise durch eine geeignete Mischung aus Land und Wasser erleichtert."
Bei der Untersuchung der vielen Supererden, die in anderen Sternensystemen entdeckt wurden, haben statistische Analysen ihrer mittleren Dichte gezeigt, dass die Mehrheit einen hohen Anteil an flüchtigen Bestandteilen aufweist. Ein gutes Beispiel hierfür ist das TRAPPIST-1-System, bei dem die theoretische Modellierung seiner sieben erdgroßen Planeten gezeigt hat, dass sie bis zu 40-50 Gew .-% Wasser enthalten können.
Diese „Wasserwelten“ hätten daher sehr tiefe Ozeane und keine nennenswerten Landmassen, was drastische Konsequenzen für die Entstehung des Lebens haben könnte. Gleichzeitig werden Planeten, die wenig bis gar kein Wasser auf ihrer Oberfläche haben, nicht als gute Kandidaten für das Leben angesehen, da Wasser für das Leben, wie wir es kennen, essentiell ist.
"Zu viel Landmasse ist ein Problem, da es die Menge an Oberflächenwasser einschränkt und dadurch die meisten Kontinente sehr trocken macht", sagte Lingam. „Trockene Ökosysteme sind in der Regel durch niedrige Biomasseproduktionsraten auf der Erde gekennzeichnet. Wenn man stattdessen das entgegengesetzte Szenario betrachtet (d. H. Meistens Ozeane), stößt man stattdessen auf ein potenzielles Problem mit der Verfügbarkeit von Phosphor, das eines der wesentlichen Elemente für das Leben ist, wie wir es kennen. Dies könnte daher zu einem Engpass bei der Menge an Biomasse führen. “
Um diese Möglichkeiten anzusprechen, analysierten Lingam und Leob, wie Planeten mit zu viel Wasser oder Landmasse die Entwicklung von Biosphären von Exoplaneten beeinflussen könnten. Wie Lingam erklärte:
„[W] wir haben ein einfaches Modell entwickelt, um abzuschätzen, welcher Teil des Landes trocken (d. H. Wüsten) und relativ unbewohnbar sein wird. Für das Szenario mit wasserdominierten Biosphären wird die Verfügbarkeit von Phosphor zum limitierenden Faktor. Hier verwendeten wir ein Modell, das in einer unserer früheren Arbeiten entwickelt wurde und die Quellen und Senken von Phosphor berücksichtigt. Wir haben diese beiden Fälle kombiniert, Daten von der Erde als Benchmark verwendet und so ermittelt, wie die Eigenschaften einer generischen Biosphäre von der Menge an Land und Wasser abhängen würden. “
Sie fanden heraus, dass ein sorgfältiges Gleichgewicht zwischen Landmassen und Ozeanen (ähnlich wie hier auf der Erde) für die Entstehung komplexer Biosphären von entscheidender Bedeutung ist. In Kombination mit numerischen Simulationen anderer Forscher zeigt die Studie von Lingam und Loeb, dass Planeten wie die Erde - mit ihrem Verhältnis von Ozeanen zu Landmasse (ungefähr 30:70) - wahrscheinlich ziemlich selten sind. Wie Lingam zusammenfasste:
„Die grundlegende Schlussfolgerung lautet daher, dass das Gleichgewicht zwischen Land- und Wasserfraktionen nicht zu stark in die eine oder andere Richtung gekippt werden kann. Unsere Arbeit zeigt auch, dass wichtige evolutionäre Ereignisse wie der Anstieg des Sauerstoffgehalts und die Entstehung technologischer Arten von der Land-Wasser-Fraktion beeinflusst werden können und dass der optimale Wert nahe dem der Erde liegen könnte. “
Seit einiger Zeit suchen Astronomen nach Exoplaneten, bei denen erdähnliche Bedingungen vorherrschen. Dies ist als „niedrig hängende Frucht“ -Ansatz bekannt, bei dem wir versuchen, Leben zu finden, indem wir nach Biosignaturen suchen, die wir mit dem Leben verbinden, wie wir es kennen. Laut dieser neuesten Studie könnte das Auffinden solcher Orte jedoch mit der Suche nach Rohdiamanten vergleichbar sein.
Die Schlussfolgerungen der Studie könnten auch erhebliche Auswirkungen auf die Suche nach außerirdischer Intelligenz haben, was darauf hinweist, dass dies ebenfalls recht ungewöhnlich ist. Glücklicherweise geben Lingam und Loeb zu, dass über Exoplaneten und ihre Wasser-Landmasse-Verhältnisse nicht genug bekannt ist, um endgültig etwas zu sagen.
"Es ist jedoch nicht möglich, vorherzusagen, wie sich dies definitiv auf SETI auswirkt", sagte Lingam. "Dies liegt daran, dass wir noch keine angemessenen Beobachtungsbeschränkungen für Land-Wasser-Fraktionen von Exoplaneten haben und es noch viele Unbekannte in unserem gegenwärtigen Wissen darüber gibt, wie sich technologische Arten (die an SETI teilnehmen können) entwickelt haben."
Am Ende müssen wir geduldig sein und darauf warten, dass Astronomen mehr über außersolare Planeten und ihre jeweiligen Umgebungen erfahren. Dies wird in den kommenden Jahren dank Teleskopen der nächsten Generation möglich sein. Dazu gehören bodengestützte Teleskope wie die der ESO Extrem großes Teleskop (ELT) und weltraumgestützte Teleskope wie das James Webb Weltraumteleskop (JWST) - die voraussichtlich 2024 bzw. 2021 ihren Betrieb aufnehmen werden.
Mit technologischen Verbesserungen und Tausenden von Exoplaneten, die jetzt zum Studium zur Verfügung stehen, haben Astronomen begonnen, vom Entdeckungsprozess zur Charakterisierung überzugehen. In den kommenden Jahren wird das, was wir über Exoplanetenatmosphären lernen, einen großen Beitrag dazu leisten, unsere theoretischen Modelle, Hoffnungen und Erwartungen zu beweisen oder zu widerlegen. Mit der Zeit können wir endlich feststellen, wie reichlich das Leben in unserem Universum ist und welche Formen es annehmen kann.
