Sind erdähnliche Biosphären selten?

Erde und größerer Planet mit erdähnlicher Biosphäre (Wolken und Ozean sichtbar).

Künstlerisches Konzept von Kepler-442b (links) im Gegensatz zur Erde. Dieser potenziell bewohnbare felsige Exoplanet hat etwa die doppelte Masse der Erde. Es ist die einzige bisher gefundene Welt, die in der Lage sein könnte, eine lebenserhaltende Oberfläche, Atmosphäre und Hydrosphäre ähnlich der der Erde zu erhalten. Bild über Ph03nix1986/Wikimedia Commons.


Die Erde ist mit ihrer erstaunlichen Vielfalt an Leben einzigartig in unserem Sonnensystem. Aber wie selten ist die Erde?Biosphäre– die dünne Schicht unserer Welt, die das Leben unterstützt und sich hoch in unsere Atmosphäre und tief in unsere Ozeane erstreckt – in unseremMilchstraßeGalaxis? Astronomen finden jetztExoplaneten, oder Welten, die ferne Sterne umkreisen, zu Tausenden. Sie schätzen, dass es allein in unserer Galaxie Milliarden von Exowelten gibt. Sicherlich muss die Galaxie vor Leben nur so wimmeln. Oder ist es? Forscher der Universität Neapel in Italien schlagen etwas anderes vor. Ihre neue Studie legt nahe, dass erdähnliche Biosphären auf potenziell bewohnbaren Exoplaneten selten sind.

Die Forscherveröffentlichtihrpeer-reviewedErgebnisse im Mai imMonatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.


Erdähnliche Biosphären auf Sauerstoffbasis

Die Studie konzentriert sich auf erdähnliche Bedingungen, bei denen sauerstoffbasiertePhotosynthesekann auftreten. Wie wir aus unserer eigenen Welt wissen, können diese Bedingungen auch die Entwicklung komplexeren Lebens ermöglichen. Dieser Vorgang heißtsauerstoffhaltige Photosynthese, wo Pflanzen auf der Erde Licht und Kohlendioxid in Sauerstoff und Nährstoffe umwandeln. Wie im beschriebenPapier:

Die sauerstoffhaltige Photosynthese ist der wichtigste biochemische Prozess in der Biosphäre der Erde und wahrscheinlich auf anderen bewohnbaren terrestrischen Planeten sehr verbreitet, da seine chemischen Eingangsbestandteile und Licht als Energiequelle allgemein verfügbar sind. Daher ist es wichtig, die effektive Möglichkeit einer sauerstoffhaltigen Photosynthese auf Planeten um Sterne als Funktion ihres Spektraltyps und der Planet-Stern-Trennung zu bewerten.

Viele kleine Gesteinsplaneten sind alle beschriftet, einschließlich Erde und Mars, mit Neptun und Jupiter maßstabsgetreu.

Dies ist die aktuelle Liste der wahrscheinlichsten potenziell bewohnbaren Exoplaneten aus dem Katalog der bewohnbaren Exoplaneten (die Gesamtzahl aller potenziell bewohnbaren Exoplaneten beträgt 60). Derzeit wird angenommen, dass nur Kepler-442b möglicherweise genug Energie von seinem Stern für eine erdähnliche Biosphäre erhält. Bild überLabor für planetare Bewohnbarkeit/ Universität von Puerto Rico Arecibo.

Nicht genug stellare Strahlung

Aber wie leicht könnte dies auf anderen potenziell bewohnbaren Welten passieren? Es hat alles damit zu tun, wie viel stellare Strahlung – die so genannte photosynthetisch aktive Strahlung (DURCH) – der Planet empfängt von seinem Stern. Wenn zu wenig Strahlung vorhanden ist, wird der Start der Photosynthese erheblich erschwert. Aus dem Papier:




Unser Ziel ist es, den Photonenfluss, denExergie, und die exergetische Effizienz der Strahlung im Wellenlängenbereich, der für die sauerstoffhaltige Photosynthese nützlich ist, als Funktion der effektiven Temperatur des Wirtssterns und des Planeten-Stern-Abstands. Wir berechnen diese Größen analytisch und vergleichen unsere Ergebnisse mit den Schätzungen für die kleine Stichprobe bekannter erdähnlicher Planeten und stellen fest, dass die Exergie eine ansteigende Funktion der effektiven Sterntemperatur im Bereich von 2600–7200 K [2300–7000 Celsius oder . ist 3700-12,500 Fahrenheit]. Sie hängt sowohl von der Stern-Planet-Trennung als auch von der effektiven Sterntemperatur ab. Biosphären auf Exoplaneten um kühle Sterne könnten im Allgemeinen lichtbegrenzt sein. Bisher haben wir keine terrestrischen Planeten beobachtet, die in Bezug auf nützlichen Photonenfluss, Exergie und exergetische Effizienz mit der Erde vergleichbar sind.

Stehender Mann mit einer Hand am Kinn und einer an der Hüfte, Tisch und Tafel hinter ihm.

Die neue Studie wurde von Giovanni Covone von der Universität Neapel in Italien geleitet. Bild überINFN.

Der Planet muss genügend stellare Strahlung erhalten, damit lebende Organismen effizient Nährstoffe und molekularen Sauerstoff produzieren können. Sterne, die nur etwa die Hälfte der Temperatur der Sonne haben, produzieren zu wenig Strahlung. Photosynthese auf Planeten, die solche Sterne umkreisen, könnte immer noch stattfinden, aber das Wachstum der Biosphäre wäre begrenzt.

Auch kühlere und heißere Sterne haben Probleme

Die Aussichten auf lebendige Biosphären würden sich weiter trüben fürroter ZwergSterne, die nur etwa ein Drittel so heiß sind wie unsere Sonne. In diesem Szenario wäre nicht einmal die stellare Strahlung ausreichend, um die Photosynthese in Gang zu setzen. EntsprechendGiovanni Covoneder Universität Neapel, Hauptautor der Studie:


Da Rote Zwerge bei weitem die häufigste Sternart in unserer Galaxie sind, deutet dieses Ergebnis darauf hin, dass erdähnliche Zustände auf anderen Planeten möglicherweise viel seltener vorkommen, als wir hoffen könnten.

Sterne, die heißer sind als unsere Sonne, produzieren viel der benötigten Strahlung, leben aber nicht so lange wie unsere Sonne. Dies begrenzt daher die Zeit, die dem Leben zur Verfügung steht, um sich auf einem Planeten zu entwickeln.

Geeignete Welten für erdähnliche Biosphären mögen dünn gesät sein

Im Moment kennen Wissenschaftler nur einen potenziell bewohnbaren Exoplaneten, der nahe genug an Sternstrahlung empfängt:Kepler-442b. Dieser Planet hat etwa die doppelte Masse der Erde und ist 1.200 . großLichtjahreein Weg. Dies ist von den bekannten felsigen und potenziell bewohnbaren Exoplaneten, die bisher gefunden wurden (derzeit60). Es sollte jedoch beachtet werden, dass erwartet wird, dass viele weitere felsige Welten wie diese entdeckt werden, da die Technologie verbessert wird, um sie zu finden. In den meisten Fällen sind größere Gasriesenplaneten immer noch am einfachsten zu entdecken.

Kreisdiagramm in farbige Abschnitte unterteilt mit vielen Zeichnungen verschiedener Lebensformen wie Insekten, Pflanzen und Pilze.

Die Erde verfügt über eine reiche und vielfältige Biosphäre, dank der ausreichenden Energie der Sonne, um die Photosynthese und fortschrittlichere Lebensprozesse zu unterstützen. Bild überEnzyklopädie Britannica.


Covone hinzugefügt:

Diese Studie schränkt den Parameterraum für komplexes Leben stark ein, so dass es leider den Anschein hat, dass der „Sweet Spot“ für die Beherbergung einer reichen erdähnlichen Biosphäre nicht so groß ist.

Andere Arten von Biosphären

Die Gesamtergebnisse deuten darauf hin, dass es nur wenige Planeten gibt, die erdähnliche Biosphären erhalten können. Das basiert natürlich aufLeben, wie wir es kennen, was wir über die Entwicklung des Lebens auf der Erde und die Rolle der Photosynthese wissen. Es ist jedoch möglich, dass es außerirdische Biosphären gibt, die unserer nicht ähneln. Es mag solche geben, die die Photosynthese auf eine Weise nutzen, die auf unserem Planeten nicht zu finden ist, oder die Photosynthese überhaupt nicht verwendet.

Fazit: Eine neue Studie von Forschern der Universität Neapel in Italien legt nahe, dass hochentwickelte, erdähnliche Biosphären auf Exoplaneten selten sind. Viele Sterne emittieren entweder nicht genug Energie, um sich über das grundlegende Photosynthesestadium hinaus zu entwickeln, oder leben nicht lange genug, damit sich Leben auf anderen Planeten entwickeln könnte, die ansonsten geeignet wären.

Quelle: Effizienz der sauerstoffhaltigen Photosynthese auf erdähnlichen Planeten in der habitablen Zone

Über die Royal Astronomical Society