Wissenschaftler aus Cambridge schlagen Hycea-Planeten mit flüssigen Ozeanen und Wasserstoff vor, die die Suche nach Leben im Universum erweitern
Astronomen der Universität Cambridge haben eine neue Kategorie potenziell bewohnbarer Planeten vorgestellt, die Hycean-Welten genannt werden. Diese Entdeckung könnte die Art und Weise, wie die Menschheit anderswo in der Galaxie nach Leben sucht, radikal neu definieren. Diese Himmelskörper zeichnen sich dadurch aus, dass sie über globale Ozeane aus flüssigem Wasser verfügen, die von einer wasserstoffreichen Atmosphäre bedeckt sind, und können Leben unter viel vielfältigeren Sternbedingungen beherbergen, als bisher für erdähnliche Planeten angenommen wurde.
Die Forschung legt nahe, dass diese Planeten nicht nur häufiger vorkommen, sondern dass sie auch eine Umgebung bieten könnten, die sich mit der aktuellen Teleskoptechnologie besser für die Erkennung von Lebenszeichen eignet, im Gegensatz zu der Schwierigkeit, die Atmosphäre kleinerer felsiger Exoplaneten zu analysieren.
Eine neue Grenze bei der Suche nach außerirdischem Leben
Seit mehr als sechs Jahrzehnten konzentriert sich die Erforschung von Leben außerhalb der Erde hauptsächlich auf die Suche nach Welten, die unserer eigenen ähneln. Frühe Bemühungen richteten sich auf den Mars, den nächsten Nachbarn in der bewohnbaren Zone der Sonne, wo in seiner geologischen Vergangenheit vermutlich flüssiges Wasser existierte. Mit der Entdeckung des ersten Exoplaneten im Jahr 1995 richtete sich die Aufmerksamkeit auf die Identifizierung von Gesteinskörpern mit einer ähnlichen Größe und Temperatur wie die Erde und umkreisenden Sternen, die der Sonne ähneln.
Diese Perspektive erwies sich jedoch angesichts neuer Erkenntnisse als erheblich eingeschränkt. Im August 2021 veröffentlichte Nikku Madhusudhan, ein Astronom an der Universität Cambridge, in Zusammenarbeit mit Anjali Piette und Savvas Constantinou eine Studie, die einen grundlegend anderen Ansatz zur Konzeption bewohnbarer Planeten vorschlug und das Konzept der Hycean-Welten einführte.
Was einen Hycean-Planeten ausmacht: Ozeane unter Wasserstoff
Die Hycean-Planeten repräsentieren nach dem von Madhusudhans Team vorgeschlagenen Modell eine eigene Klasse von Welten. Ihre Masse schwankt etwa zwischen der ein- und zehnfachen Masse der Erde und ihr Radius liegt zwischen dem 1,1- und 2,6-fachen des Erdradius. Das Hauptmerkmal ist seine Atmosphäre, die von Wasserstoff und Helium dominiert wird und in ihrer Zusammensetzung der Atmosphäre von Neptun und Uranus ähnelt, jedoch eine deutlich dünnere Wasserstoffschicht aufweist.
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Unter dieser atmosphärischen Schicht liegt ein riesiger globaler Ozean aus flüssigem Wasser, dessen Tiefe größer ist als die jedes terrestrischen Ozeans und der die gesamte Oberfläche des Planeten bedeckt, ohne dass Kontinente oder entstehende Landmassen vorhanden sind. Die Dicke der Wasserstoffatmosphäre ist ein entscheidender Faktor, denn wenn sie zu dünn ist, ähneln die Oberflächenbedingungen des Planeten denen einer felsigen Supererde. Wenn andererseits die Wasserstoffschicht zu dicht ist, kann der atmosphärische Druck an der Meeresoberfläche so extrem werden, dass kein flüssiges Wasser mehr vorhanden ist, was den Planeten in einen Mini-Neptun verwandelt. Das Hycean-Intervall befindet sich in diesem empfindlichen Gleichgewicht, in dem Wasserstoff in ausreichender Menge vorhanden ist, um eine erhebliche Treibhauserwärmung zu erzeugen, der darunter liegende Ozean jedoch dennoch in einem flüssigen Zustand bleibt.
Mehrere Variationen der Hycean-Welten und ihrer Besonderheiten
Innerhalb des Bereichs, der einen Hycea-Planeten definiert, haben Wissenschaftler die Möglichkeit mehrerer Untertypen identifiziert, von denen jeder einzigartige Eigenschaften aufweist, die die Vorstellung von der Bewohnbarkeit eines Planeten weiter erweitern:
- Standard-Hycean-Planet:Diese Art hat eine Meeresoberflächentemperatur, die weitgehend den Bedingungen auf der Erde ähnelt, was auf eine möglicherweise vertrautere Umgebung für die Entwicklung von Leben hinweist.
- Dunkler Hycean-Planet:In diesen Welten ist der Planet durch Gezeiten an seinen Stern gebunden, was bedeutet, dass eine Seite immer dem Stern zugewandt ist (die Tagseite) und die andere immer in der Dunkelheit liegt (die Nachtseite). Die Tagseite ist zu heiß, um bewohnbar zu sein, aber auf der Nachtseite herrscht eine Temperatur, die niedrig genug ist, um flüssiges Wasser zu unterstützen.
- Kalter Hycean-Planet:Obwohl er weniger Sternstrahlung erhält, als nötig wäre, um einen erdähnlichen Planeten warm zu halten, sorgt der starke Treibhauseffekt der Wasserstoffatmosphäre dafür, dass flüssiges Wasser an der Oberfläche verbleibt. Dies zeigt die überraschende Anpassungsfähigkeit dieser Welten an Bedingungen mit geringer Strahlung.
Jede dieser Variationen erweitert die Parameter, unter denen ein Planet als Kandidat für die Bewohnbarkeit angesehen werden kann, und stellt frühere Vorstellungen über die Bedingungen, die für die Entstehung und Erhaltung von Leben notwendig sind, in Frage.
Erweiterung der Möglichkeiten, Leben im Universum zu finden
Die Struktur der Hycean-Planeten hat zwei wichtige Implikationen, die bei der gängigen Herangehensweise an die Suche nach bewohnbaren Planeten nicht angemessen berücksichtigt wurden. Erstens erweitern Hycean-Welten den Bereich, der als bewohnbarer Planet eingestuft werden kann, erheblich. Die terrestrische bewohnbare Zone um einen Stern, definiert durch die Umlaufbahnentfernung, in der ein erdähnlicher Planet flüssiges Wasser auf der Oberfläche halten könnte, ist relativ begrenzt.
Im Gegensatz dazu erstreckt sich die bewohnbare Zone der Hycean-Planeten erheblich näher und weiter vom Stern entfernt. Dies liegt daran, dass die Treibhausheizung mit Wasserstoff es ermöglicht, dass flüssiges Wasser auch bei geringerer Sterneinstrahlung bestehen bleibt. Darüber hinaus wirkt die tiefe thermische Masse des Ozeans auf diesen Planeten als Regulator von Temperaturschwankungen, die eine Erdatmosphäre destabilisieren würden. Für Rote Zwerge, die etwa drei Viertel aller Sterne in der Milchstraße ausmachen, ist die bewohnbare Zone des Hycean so groß, dass eine riesige Population bewohnbarer Planeten um Sterne existieren kann, die bei der konventionellen Suche nach Erdanalogen als unwirtlich ausgeschlossen würden. Die Fähigkeit, Biosignaturen auf diesen Welten aufgrund ihrer unterschiedlichen Atmosphären und größeren Ausmaße zu erkennen, ist einer der vielversprechendsten Wege für die zukünftige Exobiologie.
