Vor zwei Jahrzehnten fanden Astronomen den ersten Planeten, der einen Stern wie unsere Sonne umkreist, eine riesige Welt, die etwa 50 Lichtjahre entfernt liegt. Diese Entdeckung öffnete ein Schleusentor und heute haben Wissenschaftler mehr als 1800 extrasolare Planeten - oder Exoplaneten - in einer Vielzahl von Formen, Größen und Zusammensetzungen identifiziert. Die großen Fragen sind jetzt, wie häufig Planeten wie unsere in unserer Galaxie sind und wie viele Welten wie die Erde das richtige Zeug haben, um Leben zu beherbergen.
Verwandte Inhalte
- In einer seltenen Paarung wurde ein Venus-ähnlicher Planet um einen "gescheiterten Stern" gefunden
- So finden Astronomen tatsächlich Planeten in anderen Sonnensystemen
- Es gibt wahrscheinlich viel mehr erdähnliche Exoplaneten, als wir uns vorgestellt haben
Um herauszufinden, wo man am besten hinschaut, muss man oft nach Exoplaneten suchen, die scheinbar die gleiche Felszusammensetzung wie die Erde haben und die sich gerade weit genug von ihren Sternen entfernt befinden, um flüssiges Wasser auf ihren Oberflächen zu haben. Jetzt haben zwei Teams am Harvard-Smithsonian Center für Astrophysik (CfA) die Jagd verfeinert, indem sie die Größen und Massen der Welten berechnet haben, die am wahrscheinlichsten lebensfreundlich sind.
Um diese theoretische Arbeit zu untermauern, kündigten Astronomen in dieser Woche an, dass es sich bei zwölf vom Kepler-Weltraumteleskop der NASA entdeckten Welten höchstwahrscheinlich um erdähnliche Kleinplaneten handelt, die in der bewohnbaren Zone um einen Stern kreisen, der genau das Richtige für Wasser und möglicherweise für das Leben ist. Die Arbeit verdoppelt die Anzahl der bekannten erdgroßen Welten, die bewohnbar sein könnten.
"Wir haben noch keinen genauen Erdzwilling, aber wir beginnen, die Population der Planeten in der Nachbarschaft zu füllen", sagt der Kepler-Wissenschaftler Douglas Caldwell vom SETI-Institut. Caldwell präsentierte heute auf dem 225. Treffen der American Astronomical Society in Seattle die Analyse der 12 Planeten durch das Team.
Technisch sind nur 11 der Dutzend Welten auf dem gleichen Vertrauensniveau wie andere bestätigte Kepler-Planeten verifiziert worden. Die 12. Welt gilt immer noch als Kandidat für den Planeten, obwohl Caldwell das Vertrauen des Teams in die Realität weiterhin als sehr hoch bezeichnet. Von den 11 bestätigten Planeten sind die beiden kleinsten besonders interessant für die Suche nach dem Zwilling der Erde. Kepler-438b ist nur 1, 12-mal so groß wie die Erde, während Kepler-442b 1, 33-mal so groß wie die Erde ist.
Das bedeutet, dass es sich bei beiden Planeten höchstwahrscheinlich um Steinwelten mit der gleichen chemischen Zusammensetzung wie die Erde handelt. Dies geht aus einer separaten Studie hervor, die vom Courtney Dressing der CfA durchgeführt wurde. In unserem Sonnensystem sind Planeten entweder klein und felsig wie Erde und Mars oder groß und gasförmig wie Jupiter und Neptun. Sehr zur Überraschung der Astronomen sind viele der bisher gefundenen Exoplaneten seltsame Objekte, die zwischen den Größen von Erde und Neptun liegen. Wir können diese Exoplaneten noch nicht direkt sehen - Astronomen haben sie gefunden, indem sie nach dem leichten Einbruch des Sternenlichts Ausschau gehalten haben, während die umlaufenden Planeten vor ihren Wirtssternen vorbeizogen oder diese durchquerten. Ohne eine detailliertere Betrachtung waren sich die Wissenschaftler nicht sicher, welche "Super-Erden" wirklich felsig und welche eher wie eisige Mini-Neptune sind.
"Ein Problem bei der Feststellung, ob Super-Erden felsig oder gasförmig sind, ist, dass wir im eigenen Sonnensystem keine Beispiele haben", sagt Caldwell. Um eine Antwort zu finden, müssen Astronomen sowohl die Größe als auch die Masse eines Planeten ermitteln und seine Dichte berechnen, die eine Vorstellung von seiner Zusammensetzung gibt. Also wandten sich Dressing und ihr Team an ein Teleskop auf den Kanarischen Inseln, das mit einem Instrument ausgestattet ist, um Planetenmassen mit hoher Genauigkeit zu messen. Sie verwendeten es, um mehrere bekannte Planeten zu untersuchen und das Verhältnis zwischen Größe und Masse zu bestimmen.
Sie fanden heraus, dass kleinere Welten, die kleiner als das 1, 6-fache der Erdgröße sind, die richtigen Massen haben, damit der Planet felsig ist. Darüber hinaus hatten die meisten der untersuchten kleinen Exoplaneten die richtige Dichte, um ungefähr dieselben Bestandteile wie die Erde zu haben: eine Mischung aus Silizium, Eisen, Sauerstoff, Magnesium und Spuren anderer Metalle. Größere Welten sind normalerweise viel weniger dicht, was bedeutet, dass es sich hauptsächlich um Wasserstoff oder andere Gase handelt.
"Unser Sonnensystem ist nicht so einzigartig, wie wir gedacht haben", sagt Dressing in einer Erklärung. "Es sieht so aus, als ob felsige Exoplaneten dieselben Grundzutaten verwenden."
Ein weiterer wichtiger Faktor ist, dass das Leben, wie wir es kennen, von großen Mengen flüssigen Wassers abhängig zu sein scheint. Auf der Erde bedeckt Wasser ungefähr 70 Prozent der Oberfläche des Planeten. Jüngste Arbeiten zeigen jedoch, dass es sich auch durch das Innere des Planeten bewegt, da es von der Plattentektonik unter Tage getrieben, in Mineralien eingeschlossen und von Vulkanen zurückgespuckt wird. Die Forscher glauben nun, dass dieser wässrige Recyclingprozess entscheidend ist, um die Ozeane auf den Planetenoberflächen stabil zu halten.
Laura Schaefer und Dimitar Sasselov von der CfA untersuchten anhand von Computermodellen, wie gut Exoplaneten mit einer bis zu 1, 5-fachen Erdgröße die Plattentektonik aufbauen und aufrechterhalten können. Sie variierten die Massen ihrer möglichen Welten, bis zu fünfmal so massereich wie die Erde. Die Ergebnisse legen nahe, dass Super-Erden zwischen der zwei- und vierfachen Masse der Erde am besten für den Bau stabiler Ozeane geeignet sind. Die Meere auf diesen Welten würden mindestens 10 Milliarden Jahre dauern, heißt es.
Ihr Modell zeigte aber auch, dass massereichere Welten dickere Krusten aufweisen, was den Beginn der vulkanischen Aktivität und damit die Ozeanbildung an der Oberfläche verzögert. Sie rechnen damit, dass es ungefähr eine Milliarde Jahre dauert, bis sich ein so massereicher Planet entwickelt. Vorausgesetzt, die Evolution verläuft ähnlich schnell wie auf der Erde, könnte unsere beste Wahl für die Suche nach einem Planeten mit Leben eine Supererde sein, die mindestens 5, 5 Milliarden Jahre alt ist, so das Team.
Die neuen erdgroßen Planeten, die von relativ jungen Kepler-Orbitsternen gefunden wurden. Und vorerst sind sich die Wissenschaftler der Masse dieser Planeten nicht sicher. Aber einfach mehr Planeten im Katalog zu haben, die zumindest Cousins der Erde sind, hilft Astronomen, die Frage zu beantworten, wie häufig potenziell bewohnbare Welten in unserer Galaxie sind.
"Jeder möchte der Erste sein, der den Zwilling der Erde findet und ankündigt, aber wissenschaftlich ist das nicht das Wichtigste, was Kepler zu bieten hat", sagt Caldwell. "Mit Super-Erden sehen wir eine Klasse von Planeten, die wir vorher nicht kannten. Wenn wir also sehen, wie sie sich gebildet haben und wie unterschiedlich sie von der Erde sind, können wir unsere Modelle verbessern, wie sich alle Planeten bilden. Wie kam Wasser voran? Die Erde und wann im Entstehungsprozess ist sie hier angekommen? Indem wir ähnliche Planeten in Systemen in anderen Zeitaltern finden, hoffen wir, eine bessere Vorstellung von dieser Frage zu bekommen. "
Anmerkung des Herausgebers: Diese Geschichte wurde aktualisiert, um das Datum für den ersten Exoplaneten zu korrigieren, der um einen sonnenähnlichen Stern gefunden wurde. Diese Entdeckung wurde vor zwei Jahrzehnten im Jahr 1995 gemacht.
