Die Galaxie ist in potenziell bewohnbaren Planeten überflutet, und die Teleskope der nächsten Generation rüsten sich, um die Atmosphäre dieser fremden Welten nach Hinweisen auf lebensfreundliche Bedingungen abzusuchen. Ein Team von Wissenschaftlern nutzte Computersimulationen, um herauszufinden, was einige dieser vielversprechenden Planeten töten könnte, und die Ergebnisse zeigen, dass nicht jeder Hauch von Leben ein Treffer sein wird.
Verwandte Inhalte
- Der mysteriöse Marsmensch "Blumenkohl" könnte der letzte Hinweis auf das Leben eines Außerirdischen sein
- NASA enthüllt riesigen Eiswürfel mit Rädern zur Erkundung fremder Ozeane
Wissenschaftler in Deutschland begannen mit einem Modell einer erdähnlichen Welt, die vollständig von Ozeanen bedeckt ist. Das Team verwendete dann globale Klimamodelle, um zu sehen, was passiert, wenn die Menge an Kohlendioxid in der Luft steigt.
Die Simulationen zeigten, dass das Klima des Planeten zu einem bestimmten Zeitpunkt instabil wird und in einen Zustand übergeht, der als feuchtes Gewächshaus bezeichnet wird und Temperaturen über 134 Grad Fahrenheit aufweist.
Wie ein dehydrierter Mensch in einem Dampfbad ist ein Wasserverlust eine der Folgen dieses schwülen Zustands. Zu Beginn löst die Wärme Veränderungen in den atmosphärischen Schichten aus, die es dem Wasserdampf ermöglichen, sich stärker zu vermischen. Das bedeutet, dass mehr ultraviolettes Licht der Sonne auf die Wassermoleküle trifft und sie in Wasserstoff und Sauerstoff aufspaltet. Die Sauerstoffatome rekombinieren, während der Wasserstoff in den Weltraum entweicht.
"Zu diesem Zeitpunkt werden Sie in einem Zustand sein, in dem Sie schnell anfangen, Wasser zu verlieren", sagt Studienleiter Max Popp vom Max-Planck-Institut für Meteorologie.
Nach mehreren Millionen Jahren würde alles Wasser auf dem Planeten verdunsten, berichtet das Team diese Woche in Nature Communications . Wenn die Wasserwelt mit einer Atmosphäre wie der Erde beginnen würde - meist Stickstoff mit einem geringeren Anteil an Sauerstoff und Spurengasen -, wäre das Endergebnis eine trockene Welt mit einer Atmosphäre, die hauptsächlich aus Stickstoff besteht.
Die Studie legt nahe, dass das Auffinden von Wasser - oder sogar Sauerstoff - in der Atmosphäre eines weit entfernten Planeten nicht unbedingt bedeutet, dass es für das Leben gastfreundlich ist. Zum Beispiel könnte ein Planet in einem feuchten Gewächshauszustand eine Menge Sauerstoff erzeugen, wenn der Wasserdampf zerbricht, nicht aufgrund von Lebewesen, die das Gas produzieren, sagt James Kasting, ein Professor für Planetenwissenschaften an der Penn State University, der das Papier durchgesehen hat zur Veröffentlichung.
Das Modell zeigte auch, dass CO2 ein wirklich effizientes Treibhausgas ist, mehr als viele Wissenschaftler angenommen hatten, sagt Popp. Sobald ein Planet in einen feuchten Gewächshauszustand gerät, ist es schwierig, zurückzukehren. Selbst wenn man die CO2-Konzentration halbiert, kühlt sich der Planet nach den dampfigen Bedingungen nicht mehr so stark ab.
Der Grund sind die Wolken. Wissenschaftler hatten gedacht, dass Wasserdampf Wärme effizienter speichern würde als CO2, aber Wolken ändern diese Situation und ermöglichen, dass CO2 der bessere Wärmefänger ist.
Während das alles in einem Zeitalter steigender CO2-Werte auf der Erde fürchterlich klingt, betont Popp, dass diese Simulationen nicht auf unseren Planeten zutreffen. Die anfängliche globale Durchschnittstemperatur, die für diese Studie verwendet wurde, war 10, 8 Grad Fahrenheit wärmer als heute auf der Erde. Um diese Temperatur zu erreichen, müsste die Kohlendioxidkonzentration ungefähr viermal höher als jetzt sein, vielleicht sogar noch höher.
Die Simulationen wurden auch nicht mit einem wirklich realistischen Planeten durchgeführt. Das idealisierte Modell geht davon aus, dass sich dieser Planet auf einer perfekt kreisförmigen Umlaufbahn befindet, sich in der gleichen Entfernung von der Sonne befindet und sich in etwa der gleichen Geschwindigkeit dreht, aber nicht um seine Achse geneigt ist. Die Forscher gingen davon aus, dass es keine Meeresströmungen, keine Kontinente und keine Eiskappen gibt und dass ihr globaler Ozean nur 50 Meter tief ist.
Dies liegt zum Teil an der erforderlichen Rechenleistung, aber auch daran, dass das Team die Dynamik und die damit verbundenen Rückmeldungen besser erkennen kann. Sie berücksichtigten die Auswirkungen von Wolken und den Druck von Wasserdampf in der Luft und behandelten Wasser als einen Hauptbestandteil der Atmosphäre, was laut Kasting in früheren Studien ausgelassen wurde.
Die Arbeit bietet einen Einblick in den Schwesterplaneten der Erde, die Venus, die mit ungefähr denselben Rohstoffen begann, aber schon früh ihr Wasser verlor. Ein wesentlicher Unterschied ist jedoch, dass die frühe Venus wahrscheinlich noch heißer war als ihre virtuelle Starterwelt. "Venus hatte 35 oder 40 Prozent mehr Sonnenstrahlung als die Erde", sagt Popp. Der Planet mochte ein feuchtes Gewächshaus gewesen sein, aber nicht lange, sagt er, und vielleicht hatte er nie Ozeane.
Kasting stimmt dem zu und fügt hinzu, dass sich der Konsens in den letzten zehn Jahren auf die Theorie geeinigt hat, dass die Venus noch von einer weitgehend geschmolzenen Oberfläche bedeckt war, als der Planet begann, sein Wasser zu verlieren.
Eine Sache, die diese Studie macht, sagt Kasting, ist die Bestimmung des inneren Randes der bewohnbaren Zone, der Region um einen Stern, in der ein Planet flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche aufnehmen kann. Simulationen wie diese helfen zu definieren, welche Rolle die atmosphärische Komposition spielen kann und welche Möglichkeiten es gibt.
"Gehst du direkt zum außer Kontrolle geratenen Gewächshaus oder landest du in einem feuchten Gewächshaus?" er sagt. Die direkte Abbildung von Exoplaneten - etwas, das für erdgroße Welten noch in der Zukunft liegt - könnte eines Tages dazu beitragen, diese Frage mit harten Daten zu den dampfenden Eigenschaften eines realen Planeten zu beantworten.
