Astronomie

Ist es möglich zu wissen, ob sich ein Planet in der Habitable Zone befindet, wenn man seine Eigenschaften kennt?

Ist es möglich zu wissen, ob sich ein Planet in der Habitable Zone befindet, wenn man seine Eigenschaften kennt?


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Gibt es eine Gleichung, die mir die mögliche Entfernung des Planeten von seinem Stern geben kann, wenn ich die Temperatur des Planeten (oder andere Daten) kenne?

Ich habe diese Methode zur Berechnung der Habitable Zone gefunden, aber sie basiert nur auf den Eigenschaften des Sterns.


Die bewohnbare Zone ist grob definiert als die Region um einen Stern, in der ein Planet flüssiges Oberflächenwasser haben könnte. So wenn die Oberflächentemperatur des Planeten zwischen 0 und 100*C liegt, befindet sich der Planet in der bewohnbaren Zone. Das Umgekehrte trifft jedoch nicht zu.

Der Grund für diese Definition ist, dass die Art von chemischen Reaktionen, die für das Leben benötigt werden, am besten funktioniert, wenn komplexe Moleküle in einem Lösungsmittel gelöst sind und das beste polare Lösungsmittel H2O ist.

Wenn Sie die Entfernung eines Planeten von seinem Stern kennen, kann die Temperatur aus den Eigenschaften des Sterns und der Atmosphäre des Planeten abgeschätzt werden. Nicht jeder Planet in der bewohnbaren Zone hat tatsächlich flüssiges Wasser. Venus, Erde und Mars befinden sich alle in der bewohnbaren Zone der Sonne, da sie alle flüssiges Wasser haben könnten, wenn sie die richtige Atmosphäre hätten. Aber natürlich hat nur die Erde flüssiges Wasser in nennenswerten Mengen.

Nur in der bewohnbaren Zone zu sein, macht einen Planeten also nicht unbedingt für das Leben geeignet, und selbst wenn Wasser auf der Oberfläche existiert, bedeutet dies nicht, dass Menschen den Planeten bewohnen könnten.


Die Größe von Regentropfen kann helfen, potenziell bewohnbare Planeten außerhalb unseres Sonnensystems zu identifizieren

Bildnachweis: Pixabay/CC0 Public Domain

Eines Tages könnte die Menschheit einen anderen bewohnbaren Planeten betreten. Dieser Planet mag ganz anders aussehen als die Erde, aber eines wird Ihnen bekannt vorkommen – der Regen.

In einem kürzlich erschienenen Artikel fanden Harvard-Forscher heraus, dass Regentropfen in verschiedenen planetaren Umgebungen bemerkenswert ähnlich sind, sogar auf Planeten, die so drastisch unterschiedlich sind wie Erde und Jupiter. Das Verständnis des Verhaltens von Regentropfen auf anderen Planeten ist der Schlüssel, um nicht nur das antike Klima auf Planeten wie dem Mars aufzudecken, sondern auch potenziell bewohnbare Planeten außerhalb unseres Sonnensystems zu identifizieren.

„Der Lebenszyklus von Wolken ist wirklich wichtig, wenn wir über die Bewohnbarkeit von Planeten nachdenken“, sagte Kaitlyn Loftus, Doktorandin am Department of Earth and Planetary Sciences und Hauptautorin der Studie. „Aber Wolken und Niederschlag sind wirklich kompliziert und zu komplex, um sie vollständig zu modellieren. Wir suchen nach einfacheren Wegen, um zu verstehen, wie sich Wolken entwickeln, und ein erster Schritt ist, ob Wolkentröpfchen in der Atmosphäre verdunsten oder als Regen an die Oberfläche gelangen.“

„Der bescheidene Regentropfen ist ein wichtiger Bestandteil des Niederschlagszyklus für alle Planeten“, sagte Robin Wordsworth, außerordentlicher Professor für Umweltwissenschaften und -technik an der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) und leitender Autor der Studie . „Wenn wir verstehen, wie sich einzelne Regentropfen verhalten, können wir Niederschläge in komplexen Klimamodellen besser darstellen.“

Eine Infografik, die die projizierte Größe von Regentropfen auf verschiedenen Planeten vergleicht. Bitte beachten Sie, dass Titan und der heutige Mars für flüssige Wasserregentropfen zu kalt sind. Bildnachweis: AGU

Ein wesentlicher Aspekt des Verhaltens von Regentropfen, zumindest für Klimamodellierer, ist, ob der Regentropfen die Oberfläche des Planeten erreicht oder nicht, da das Wasser in der Atmosphäre eine große Rolle für das planetarische Klima spielt. Dabei kommt es auf die Größe an. Zu groß und der Tropfen bricht aufgrund zu geringer Oberflächenspannung auseinander, egal ob es sich um Wasser, Methan oder überhitztes, flüssiges Eisen wie auf einem Exoplaneten namens WASP-76b handelt. Zu klein und der Tropfen verdunstet, bevor er auf die Oberfläche trifft.

Loftus und Wordsworth identifizierten eine Goldlöckchen-Zone für die Regentropfengröße anhand von nur drei Eigenschaften: Tropfenform, Fallgeschwindigkeit und Verdunstungsgeschwindigkeit.

Die Tropfenformen sind bei verschiedenen Regenmaterialien gleich und hängen in erster Linie davon ab, wie schwer der Tropfen ist. Während sich viele von uns ein traditionelles tränenförmiges Tröpfchen vorstellen können, sind Regentropfen im kleinen Zustand tatsächlich kugelförmig und werden mit zunehmendem Wachstum zerquetscht, bis sie in eine Form wie die Oberseite eines Hamburgerbrötchens übergehen. Die Fallgeschwindigkeit hängt von dieser Form sowie von der Schwerkraft und der Dicke der umgebenden Luft ab.

Die Verdampfungsgeschwindigkeit ist komplizierter und wird durch atmosphärische Zusammensetzung, Druck, Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit und mehr beeinflusst.

Durch die Berücksichtigung all dieser Eigenschaften fanden Loftus und Wordsworth heraus, dass bei einer Vielzahl von planetarischen Bedingungen die Berechnung des Regentropfens bedeutet, dass nur ein sehr kleiner Bruchteil der möglichen Tropfengrößen in einer Wolke die Oberfläche erreichen kann.

"Wir können dieses Verhalten nutzen, um uns bei der Modellierung von Wolkenzyklen auf Exoplaneten zu leiten", sagte Loftus.

"Die Erkenntnisse, die wir aus dem Nachdenken über Regentropfen und Wolken in verschiedenen Umgebungen gewinnen, sind der Schlüssel zum Verständnis der Bewohnbarkeit von Exoplaneten", sagte Wordsworth. "Langfristig können sie uns auch helfen, das Klima der Erde selbst besser zu verstehen."


Wasser auf einem Exoplaneten entdeckt, der sich in der bewohnbaren Zone seines Sterns befindet

Newswise — Seit der Entdeckung des ersten Exoplaneten in den 1990er Jahren haben Astronomen stetige Fortschritte bei der Suche und Erforschung von Planeten gemacht, die sich in der bewohnbaren Zone ihrer Sterne befinden, wo Bedingungen zur Bildung von flüssigem Wasser und zur Vermehrung von Leben führen können .

Ergebnisse der Satellitenmission Kepler, die fast 2/3 aller bisher bekannten Exoplaneten entdeckte, zeigen, dass sich 5 bis 20 % der Erden und Supererden in der bewohnbaren Zone ihrer Sterne befinden. Trotz dieser Fülle ist es jedoch äußerst schwierig, die Bedingungen und atmosphärischen Eigenschaften auf jedem dieser bewohnbaren Zonenplaneten zu untersuchen und ist bis jetzt schwer fassbar geblieben.

Eine neue Studie von Professor Björn Benneke vom Institut für Exoplanetenforschung der Université de Montréacuteal, seiner Doktorandin Caroline Piaulet und mehreren ihrer Mitarbeiter berichtet über den Nachweis von Wasserdampf und vielleicht sogar flüssigen Wasserwolken in der Atmosphäre des Planeten K2- 18b. Dieser Exoplanet ist etwa neunmal massereicher als unsere Erde und befindet sich in der bewohnbaren Zone des Sterns, den er umkreist. Dieser Stern vom Typ M ist kleiner und kühler als unsere Sonne, aber aufgrund der Nähe von K2-18b&rsquo zu seinem Stern erhält der Planet fast die gleiche Gesamtenergiemenge von seinem Stern wie unsere Erde von der Sonne.

Die Ähnlichkeiten zwischen dem Exoplaneten K2-18b und der Erde legen Astronomen nahe, dass der Exoplanet möglicherweise einen Wasserkreislauf haben könnte, der es möglicherweise ermöglicht, dass Wasser zu Wolken kondensiert und flüssiger Wasserregen fällt. Möglich wurde diese Entdeckung durch die Kombination von acht Transitbeobachtungen - dem Moment, in dem ein Exoplanet vor seinem Stern vorbeizieht -, der von der Hubble-Weltraumteleskop.

Der Université de Montréacuteal ist das 111 Lichtjahre entfernte K2-18-System nicht fremd. Die Existenz von K2-18b wurde erstmals von Prof. Benneke und seinem Team in einem Papier aus dem Jahr 2016 mit Daten des Spitzer-Weltraumteleskops bestätigt. Masse und Radius des Planeten wurden dann vom ehemaligen Doktoranden der Université de Montréacuteal und der University of Toronto, Ryan Cloutier, bestimmt. Diese vielversprechenden ersten Ergebnisse ermutigten das iREx-Team, Folgebeobachtungen der faszinierenden Welt zu sammeln.&rdquo

Wissenschaftler glauben derzeit, dass die dicke Gashülle von K2-18b wahrscheinlich verhindert, dass Leben, wie wir es kennen, auf der Oberfläche des Planeten existiert. Die Studie zeigt jedoch, dass auch diese relativ massearmen und damit schwieriger zu untersuchenden Planeten mit in den letzten Jahren entwickelten astronomischen Instrumenten erforscht werden können. Durch das Studium dieser Planeten, die sich in der bewohnbaren Zone ihres Sterns befinden und die richtigen Bedingungen für flüssiges Wasser haben, sind Astronomen der direkten Erkennung von Lebenszeichen außerhalb unseres Sonnensystems einen Schritt näher gekommen.

„Dies ist der bisher größte Schritt in Richtung unseres ultimativen Ziels, Leben auf anderen Planeten zu finden und zu beweisen, dass wir nicht allein sind. Dank unserer Beobachtungen und unseres Klimamodells dieses Planeten haben wir gezeigt, dass sein Wasserdampf zu Flüssigkeit kondensieren kann Wasser. Das ist eine Premiere", sagt Björn Benneke.

Über diese Studie

&rdquoWasserdampf auf dem Exoplaneten K2-18b der habitablen Zone&rdquo von Björn Benneke et al., wurde am 10. September 2019 astro-ph. Es wurde hauptsächlich von der NASA finanziert und basiert teilweise auf Beobachtungen mit der Hubble-Weltraumteleskop, betrieben vom Space Telescope Science Institute im Rahmen eines Vertrags mit der NASA. Weitere Mittel kamen vom kanadischen Natural Sciences and Engineering Research Council (NSERC), dem Fond de recherche québécois &ndash nature et technologie (FRQNT Québec) und anderen.


Warum ist flüssiges Wasser wichtig für die Bewohnbarkeit?

Im Gegensatz zu Kepler besteht die Mission von TESS darin, nach Planeten in der Nähe der nächsten Nachbarn der Sonne zu suchen: diejenigen, die hell genug für Folgebeobachtungen sind.

Zwischen April 2018 und heute hat TESS mehr als 1.500 Planetenkandidaten entdeckt. Die meisten sind mehr als doppelt so groß wie die Erde mit Umlaufbahnen von weniger als 10 Tagen. Die Erde braucht natürlich 365 Tage, um unsere Sonne zu umkreisen. Dadurch erhalten die Planeten deutlich mehr Wärme als die Erde von der Sonne und sind zu heiß, als dass flüssiges Wasser auf der Oberfläche existieren könnte.

Flüssiges Wasser ist für die Bewohnbarkeit unerlässlich. Es bietet ein Medium für Chemikalien, um miteinander zu interagieren. Obwohl es möglich ist, dass exotisches Leben bei höheren Drücken oder heißen Temperaturen existiert – wie die Extremophilen, die in der Nähe von hydrothermalen Quellen gefunden werden, oder die Mikroben, die eine halbe Meile unter dem westantarktischen Eisschild gefunden wurden – waren diese Entdeckungen möglich, weil der Mensch in der Lage war, direkt zu sondieren Sie diese extremen Umgebungen. Sie wären aus dem Weltraum nicht nachweisbar gewesen.

Wenn es darum geht, Leben oder sogar bewohnbare Bedingungen außerhalb unseres Sonnensystems zu finden, ist der Mensch ausschließlich auf Fernbeobachtungen angewiesen. Flüssiges Oberflächenwasser kann bewohnbare Bedingungen schaffen, die potenziell Leben fördern können. Diese Lebensformen können dann mit der darüber liegenden Atmosphäre interagieren und aus der Ferne nachweisbare Biosignaturen erzeugen, die erdbasierte Teleskope erkennen können. Diese Biosignaturen könnten aktuelle erdähnliche Gaszusammensetzungen (Sauerstoff, Ozon, Methan, Kohlendioxid und Wasserdampf) oder die Zusammensetzung der alten Erde vor 2,7 Milliarden Jahren sein (hauptsächlich Methan und Kohlendioxid und kein Sauerstoff).

Wir kennen einen solchen Planeten, auf dem dies bereits passiert ist: die Erde. Daher ist es das Ziel der Astronomen, Planeten zu finden, die etwa erdgroß sind und in solchen Entfernungen vom Stern umkreisen, wo Wasser in flüssiger Form auf der Oberfläche existieren könnte. Diese Planeten werden unsere Hauptziele sein, um nach bewohnbaren Welten und Signaturen von Leben außerhalb unseres Sonnensystems zu suchen.

Die drei Planeten des TOI 700-Systems umkreisen einen kleinen, kühlen M-Zwergstern. TOI 700 d ist die erste von TESS entdeckte Welt in einer bewohnbaren Zone von der Größe der Erde. (NASA Goddard Space Flight Center)


Mögliche Klimazonen für den Planeten TOI-700 d

Um zu beweisen, dass TOI-700 d echt ist, musste Gilberts Team die Daten eines anderen Teleskoptyps bestätigen. TESS erkennt Planeten, wenn sie sich vor dem Stern kreuzen, was zu einem Einbruch des Sternenlichts führt. Solche Einbrüche könnten jedoch auch durch andere Quellen verursacht werden, wie z. B. störendes instrumentelles Rauschen oder Doppelsterne im Hintergrund, die sich gegenseitig verdunkeln und falsch positive Signale erzeugen. Unabhängige Beobachtungen kamen von Joey Rodriguez vom Center for Astrophysics der Harvard University. Rodriguez und sein Team bestätigten den TESS-Nachweis von TOI-700 d mit dem Spitzer-Teleskop und beseitigten alle verbleibenden Zweifel, dass es sich um einen echten Planeten handelt.

Meine Studentin Gabrielle Engelmann-Suissa und ich verwendeten unsere Modellierungssoftware, um herauszufinden, welche Art von Klima auf dem Planeten TOI-700 d existieren könnte. Da wir noch nicht wissen, welche Gase dieser Planet tatsächlich in seiner Atmosphäre haben könnte, untersuchen wir mit unseren Klimamodellen mögliche Gaskombinationen, die flüssige Ozeane auf seiner Oberfläche unterstützen würden. Engelmann-Suissa testete mit Hilfe meines langjährigen Mitarbeiters Eric Wolf verschiedene Szenarien, darunter die aktuelle Erdatmosphäre (77% Stickstoff, 21% Sauerstoff, restliches Methan und Kohlendioxid), die Zusammensetzung der Erdatmosphäre vor 2,7 Milliarden Jahren ( hauptsächlich Methan und Kohlendioxid) und sogar eine Marsatmosphäre (viel Kohlendioxid), wie sie möglicherweise vor 3,5 Milliarden Jahren existierte.

Basierend auf unseren Modellen fanden wir heraus, dass der Planet bewohnbar sein könnte, wenn die Atmosphäre des Planeten TOI-700 d eine Kombination aus Methan oder Kohlendioxid oder Wasserdampf enthält. Jetzt muss unser Team diese Hypothesen mit dem James Webb Space Telescope bestätigen.


Wasser auf einem Exoplaneten entdeckt, der sich in der bewohnbaren Zone seines Sterns befindet

Seit der Entdeckung des ersten Exoplaneten in den 1990er Jahren haben Astronomen stetige Fortschritte bei der Suche und Erforschung von Planeten gemacht, die sich in der bewohnbaren Zone ihrer Sterne befinden, wo Bedingungen zur Bildung von flüssigem Wasser und zur Verbreitung von Leben führen können.

Ergebnisse der Satellitenmission Kepler, die fast 2/3 aller bisher bekannten Exoplaneten entdeckte, zeigen, dass sich 5 bis 20 % der Erden und Supererden in der bewohnbaren Zone ihrer Sterne befinden. Trotz dieser Fülle ist es jedoch äußerst schwierig, die Bedingungen und atmosphärischen Eigenschaften auf jedem dieser bewohnbaren Zonenplaneten zu untersuchen, und es blieb schwer fassbar. bis jetzt.

Eine neue Studie von Professor Björn Benneke vom Institut für Exoplanetenforschung der Université de Montréacuteal, seiner Doktorandin Caroline Piaulet und mehreren ihrer Mitarbeiter berichtet über den Nachweis von Wasserdampf und vielleicht sogar flüssigen Wasserwolken in der Atmosphäre des Planeten K2- 18b. Dieser Exoplanet ist etwa neunmal massereicher als unsere Erde und befindet sich in der bewohnbaren Zone des Sterns, den er umkreist. Dieser Stern vom Typ M ist kleiner und kühler als unsere Sonne, aber aufgrund der Nähe von K2-18b zu seinem Stern erhält der Planet fast die gleiche Gesamtenergiemenge von seinem Stern wie unsere Erde von der Sonne.

Die Ähnlichkeiten zwischen dem Exoplaneten K2-18b und der Erde legen Astronomen nahe, dass der Exoplanet möglicherweise einen Wasserkreislauf haben könnte, der es möglicherweise ermöglicht, dass Wasser zu Wolken kondensiert und flüssiger Wasserregen fällt. Diese Entdeckung wurde durch die Kombination von acht Transitbeobachtungen ermöglicht – dem Moment, in dem ein Exoplanet vor seinem Stern vorbeizieht –, der vom Hubble-Weltraumteleskop aufgenommen wurde.

Der Université de Montréacuteal ist das 111 Lichtjahre entfernte K2-18-System nicht fremd. Die Existenz von K2-18b wurde erstmals von Prof. Benneke und seinem Team in einem Papier aus dem Jahr 2016 mit Daten des Spitzer-Weltraumteleskops bestätigt. Masse und Radius des Planeten wurden dann vom ehemaligen Doktoranden der Université de Montréacuteal und der University of Toronto, Ryan Cloutier, bestimmt. Diese vielversprechenden ersten Ergebnisse ermutigten das iREx-Team, Folgebeobachtungen der faszinierenden Welt zu sammeln."

Wissenschaftler glauben derzeit, dass die dicke Gashülle von K2-18b wahrscheinlich verhindert, dass Leben, wie wir es kennen, auf der Oberfläche des Planeten existiert. Die Studie zeigt jedoch, dass auch diese relativ massearmen und damit schwieriger zu untersuchenden Planeten mit in den letzten Jahren entwickelten astronomischen Instrumenten erforscht werden können. Durch das Studium dieser Planeten, die sich in der bewohnbaren Zone ihres Sterns befinden und die richtigen Bedingungen für flüssiges Wasser haben, sind Astronomen der direkten Erkennung von Lebenszeichen außerhalb unseres Sonnensystems einen Schritt näher gekommen.

„Dies ist der bisher größte Schritt in Richtung unseres ultimativen Ziels, Leben auf anderen Planeten zu finden und zu beweisen, dass wir nicht allein sind. Dank unserer Beobachtungen und unseres Klimamodells dieses Planeten haben wir gezeigt, dass sein Wasserdampf zu Flüssigkeit kondensieren kann Das ist eine Premiere", sagt Björn Benneke.


NASA-Astronomen finden einen erdgroßen Planeten in der bewohnbaren Zone eines nahen Sterns

Vor einigen Monaten rief mich eine Gruppe von Exoplaneten-Astronomen der NASA, die Planeten um andere Sterne herum entdecken wollen, zu einem geheimen Treffen ein, um mir von einem Planeten zu erzählen, der ihr Interesse geweckt hatte. Da meine Expertise in der Modellierung des Klimas von Exoplaneten liegt, baten sie mich herauszufinden, ob dieser neue Planet bewohnbar ist – ein Ort, an dem flüssiges Wasser existieren könnte.

Diese NASA-Kollegen, Josh Schlieder und seine Studenten Emily Gilbert, Tom Barclay und Elisa Quintana, studierten Daten von TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), als sie den möglicherweise ersten bekannten Planeten von TESS in einer Zone mit flüssigem Wasser entdeckten auf der Oberfläche eines terrestrischen Planeten existieren könnte. Dies sind sehr aufregende Neuigkeiten, da dieser neue Planet der Erde relativ nahe ist und es möglicherweise möglich ist, seine Atmosphäre entweder mit dem James Webb-Weltraumteleskop oder bodengestützten Großteleskopen zu beobachten.

Bewohnbare Zonenplaneten

Der Wirtsstern des Planeten, den Gilberts Team entdeckte, heißt TESS of Interest Nummer 700 oder TOI-700. Im Vergleich zur Sonne ist es ein kleiner, schwacher Stern. Es hat 40% der Größe, nur etwa 1/50 der Helligkeit der Sonne und befindet sich etwa 100 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Dorado, das von unserer Südhalbkugel aus sichtbar ist. Zum Vergleich: Der uns am nächsten gelegene Stern, Proxima Centauri, ist 4,2 Lichtjahre von der Erde entfernt. Um ein Gefühl für diese Entfernungen zu bekommen, würde es fast 20.000 Jahre dauern, wenn Sie mit dem schnellsten Raumschiff (Parker Solar Probe) reisen würden, um Proxima Centauri zu erreichen.

Es gibt drei Planeten um TOI-700: b, c und d. Planet d ist erdgroß, innerhalb der bewohnbaren Zone des Sterns und umkreist alle 37 Tage TOI-700. Meine Kollegen wollten, dass ich ein Klimamodell für Planet d erstelle, indem ich die bekannten Eigenschaften des Sterns und des Planeten verwende. Die Planeten b und c sind erdgroß bzw. Mini-Neptun-groß. Sie kreisen jedoch viel näher an ihrem Wirtsstern und empfangen das 5-fache und das 2,6-fache des Sternenlichts, das unsere eigene Erde von der Sonne erhält. Zum Vergleich: Venus, eine trockene und höllisch heiße Welt mit einer Oberflächentemperatur von ungefähr 860 Grad Fahrenheit, erhält doppelt so viel Sonnenlicht wie die Erde.

Bis vor etwa einem Jahrzehnt waren den Astronomen nur zwei bewohnbare Zonenplaneten jeder Größe bekannt: Erde und Mars. Innerhalb des letzten Jahrzehnts haben Astronomen jedoch dank der Entdeckungen sowohl durch bodengestützte Teleskope als auch durch die Kepler-Mission (die von 2009 bis 2019 ebenfalls nach Exoplaneten suchte, aber jetzt im Ruhestand ist) etwa ein Dutzend Exoplaneten von terrestrischer Größe entdeckt. Diese sind innerhalb der bewohnbaren Zonen ihrer Wirtssterne zwischen der Hälfte und zwei Mal größer als die Erde.

Trotz der relativ großen Zahl kleinerer Exoplaneten-Entdeckungen sind die meisten Sterne zwischen 600 und 3.000 Lichtjahre von der Erde entfernt – zu weit und zu dunkel für eine detaillierte Nachbeobachtung.

Warum ist flüssiges Wasser wichtig für die Bewohnbarkeit?

Im Gegensatz zu Kepler besteht die Mission von TESS darin, nach Planeten in der Nähe der nächsten Nachbarn der Sonne zu suchen: diejenigen, die hell genug für Folgebeobachtungen sind.

Zwischen April 2018 und heute hat TESS mehr als 1.500 Planetenkandidaten entdeckt. Die meisten sind mehr als doppelt so groß wie die Erde mit Umlaufbahnen von weniger als 10 Tagen. Die Erde braucht natürlich 365 Tage, um unsere Sonne zu umkreisen. Dadurch erhalten die Planeten deutlich mehr Wärme als die Erde von der Sonne und sind zu heiß, als dass flüssiges Wasser auf der Oberfläche existieren könnte.

Flüssiges Wasser ist für die Bewohnbarkeit unerlässlich. Es bietet ein Medium für Chemikalien, um miteinander zu interagieren. Obwohl es möglich ist, dass exotisches Leben bei höheren Drücken oder heißeren Temperaturen existiert – wie die Extremophilen, die in der Nähe von hydrothermalen Quellen gefunden werden, oder die Mikroben, die eine halbe Meile unter dem westantarktischen Eisschild gefunden wurden – waren diese Entdeckungen möglich, weil der Mensch in der Lage war, direkt zu sondieren Sie diese extremen Umgebungen. Sie wären aus dem Weltraum nicht nachweisbar gewesen.

Wenn es darum geht, Leben oder sogar bewohnbare Bedingungen außerhalb unseres Sonnensystems zu finden, ist der Mensch ausschließlich auf Fernbeobachtungen angewiesen. Flüssiges Oberflächenwasser kann bewohnbare Bedingungen schaffen, die potenziell Leben fördern können. Diese Lebensformen können dann mit der darüber liegenden Atmosphäre interagieren und aus der Ferne nachweisbare Biosignaturen erzeugen, die erdbasierte Teleskope erkennen können. Diese Biosignaturen könnten aktuelle erdähnliche Gaszusammensetzungen (Sauerstoff, Ozon, Methan, Kohlendioxid und Wasserdampf) oder die Zusammensetzung der alten Erde vor 2,7 Milliarden Jahren sein (hauptsächlich Methan und Kohlendioxid und kein Sauerstoff).

Wir kennen einen solchen Planeten, auf dem dies bereits passiert ist: die Erde. Daher ist es das Ziel der Astronomen, Planeten zu finden, die etwa erdgroß sind und in solchen Entfernungen vom Stern umkreisen, wo Wasser in flüssiger Form auf der Oberfläche existieren könnte. Diese Planeten werden unsere Hauptziele sein, um nach bewohnbaren Welten und Signaturen von Leben außerhalb unseres Sonnensystems zu suchen.

Die drei Planeten des TOI 700-Systems umkreisen einen kleinen, kühlen M-Zwergstern. TOI 700 d ist die erste von TESS entdeckte Welt in einer bewohnbaren Zone von der Größe der Erde. NASA's Goddard Space Flight Center

Mögliche Klimazonen für den Planeten TOI-700 d

Um zu beweisen, dass TOI-700 d echt ist, musste Gilberts Team die Daten eines anderen Teleskoptyps bestätigen. TESS erkennt Planeten, wenn sie sich vor dem Stern kreuzen, was zu einem Einbruch des Sternenlichts führt. Solche Einbrüche könnten jedoch auch durch andere Quellen verursacht werden, wie z. B. störendes instrumentelles Rauschen oder Doppelsterne im Hintergrund, die sich gegenseitig verdunkeln und falsch positive Signale erzeugen. Unabhängige Beobachtungen kamen von Joey Rodriguez vom Center for Astrophysics der Harvard University. Rodriguez und sein Team bestätigten den TESS-Nachweis von TOI-700 d mit dem Spitzer-Teleskop und beseitigten alle verbleibenden Zweifel, dass es sich um einen echten Planeten handelt.

Meine Studentin Gabrielle Engelmann-Suissa und ich verwendeten unsere Modellierungssoftware, um herauszufinden, welche Art von Klima auf dem Planeten TOI-700 d existieren könnte. Da wir noch nicht wissen, welche Gase dieser Planet tatsächlich in seiner Atmosphäre haben könnte, untersuchen wir mit unseren Klimamodellen mögliche Gaskombinationen, die flüssige Ozeane auf seiner Oberfläche unterstützen würden. Engelmann-Suissa testete mit Hilfe meines langjährigen Mitarbeiters Eric Wolf verschiedene Szenarien, darunter die aktuelle Erdatmosphäre (77% Stickstoff, 21% Sauerstoff, restliches Methan und Kohlendioxid), die Zusammensetzung der Erdatmosphäre vor 2,7 Milliarden Jahren (hauptsächlich Methan und Kohlendioxid) und sogar eine Marsatmosphäre (viel Kohlendioxid), wie sie möglicherweise vor 3,5 Milliarden Jahren existierte.

Basierend auf unseren Modellen fanden wir heraus, dass der Planet bewohnbar sein könnte, wenn die Atmosphäre des Planeten TOI-700 d eine Kombination aus Methan oder Kohlendioxid oder Wasserdampf enthält. Jetzt muss unser Team diese Hypothesen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop bestätigen.

Seltsame neue Welten und ihr Klima

Die Klimasimulationen, die unser NASA-Team durchgeführt hat, legen nahe, dass eine erdähnliche Atmosphäre und ein Gasdruck nicht ausreichen, um flüssiges Wasser auf ihrer Oberfläche zu tragen. Würden wir auf TOI-700 d die gleiche Menge an Treibhausgasen wie auf der Erde einsetzen, würde die Oberflächentemperatur auf diesem Planeten immer noch unter dem Gefrierpunkt liegen.

Unsere eigene Atmosphäre unterstützt jetzt einen flüssigen Ozean auf der Erde, weil unser Stern ziemlich groß und heller ist als TOI-700. Eines ist sicher: Alle Modellierungen unserer Teams zeigen, dass das Klima von Planeten um kleine und dunkle Sterne wie TOI-700 sehr anders ist als das, was wir auf unserer Erde sehen.

Das Gebiet der Exoplaneten befindet sich jetzt in einer Übergangszeit von der Entdeckung bis zur Charakterisierung ihrer Atmosphären. In der Geschichte der Astronomie ermöglichen neue Techniken neue Beobachtungen des Universums, einschließlich Überraschungen wie die Entdeckung von heißen Jupitern und Mini-Neptunen, die in unserem Sonnensystem keine Entsprechung haben. Die Bühne ist nun bereit, die Atmosphären dieser Planeten zu beobachten, um zu sehen, welche Bedingungen das Leben unterstützen.

Ravi Kumar Kopparapu, Forschungswissenschaftler für Planetarische Studien, NASA.

Dieser Artikel ist neu veröffentlicht von Die Unterhaltung unter einer Creative Commons-Lizenz. Lesen Sie den Originalartikel.


Könnte es Leben auf dem ersten erdgroßen, bewohnbaren Zonenplaneten geben, der von NASAs TESS gefunden wurde?

Wenn es eine erdähnliche Atmosphäre hat, könnte es auf seiner Oberfläche flüssiges Wasser enthalten.

TESS misst einen Monat nacheinander verschiedene Splitter des Himmels.

Die Polargebiete erhalten die größte Abdeckung und umfassen die Region, in der sich der Stern TOI 700 befindet.

TOI 700 erscheint in 11 unabhängig betrachteten TESS-Sektoren und besitzt mindestens 3 Planeten, die es umkreisen.

Obwohl TOI 700 ein Roter Zwerg der M-Klasse ist, zeigt er keine Abfackeln, was potentiellen Lebensformen zugute kommt.

37 Tage Laufzeit. Dies bedeutet, dass der Planet 86% der Energie erhält, die unsere Erde von der Sonne erhält. (NASA'S GODDARD SPACE FLIGHT CENTER/CHRIS SMITH (USRA))

Der dritte Planet des Sterns – TOI 700d – ist nur 19% größer als die Erde und erhält 86% der einfallenden Energie auf der Erde.

Obwohl der Planet wahrscheinlich von Gezeiten eingeschlossen ist, mit dem gleichen Gesicht immer zu seinem Stern, ist er immer noch potenziell bewohnbar.

Alles hängt von der Zusammensetzung der Atmosphäre ab und davon, wie Energie um die Welt fließt.

Eine CO2-lastige Atmosphäre schafft eine gleichmäßig heiße Welt, in der das Leben stark benachteiligt ist.

Im Gegensatz dazu besitzt eine wolkenlose, ozeanlose Welt mit einer erdähnlichen Atmosphäre sonnengerichtete Winde und verschiedene Temperaturzonen.

In 100 Lichtjahren Entfernung wird ein leistungsstärkeres Teleskop wie das geplante LUVOIR-Observatorium erforderlich sein. (MATTER BERG / AURA)

Um seine wahre Zusammensetzung zu bestimmen, sind Technologien jenseits von James Webb erforderlich.

Meistens erzählt Mute Monday eine astronomische Geschichte in Bildern, Visuals und nicht mehr als 200 Wörtern. Sprechen Sie weniger, lächeln Sie mehr.


NASA entdeckt erdähnlichen Planeten in der Habitable Zone

Kepler-186f befindet sich im Kepler-186-System etwa 500 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Cygnus.

Das Kepler-Weltraumteleskop der NASA hat einen erdgroßen Planeten in der bewohnbaren Zone des Sterns gefunden, den er umkreist, teilte die Weltraumbehörde am Donnerstag mit.

Der Planet, den die NASA Kepler-186f nennt, befindet sich im Sternbild Cygnus, etwa 500 Lichtjahre von der Erde entfernt. Kepler-186f umkreist den Stern Kepler-186 einmal alle 130 Tage und erhält ein Drittel der Energie von diesem Stern als die Erde von der Sonne, sagte die NASA in einer Erklärung. Die Energiemenge, die Kepler-186f mittags erhält, ist ähnlich der, die die Erde eine Stunde vor Sonnenuntergang erhält, was den neu entdeckten Planeten am äußeren Rand der bewohnbaren Zone platziert.

Die NASA definiert die bewohnbare Zone als „den Entfernungsbereich von einem Stern, in dem sich flüssiges Wasser auf der Oberfläche eines umkreisenden Planeten ansammeln könnte“. In der bewohnbaren Zone zu sein, garantiert jedoch nicht, dass Leben möglich ist, sondern dass es sein könnte.

“Wir kennen nur einen Planeten, auf dem Leben existiert, die Erde. Wenn wir nach Leben außerhalb unseres Sonnensystems suchen, konzentrieren wir uns darauf, Planeten mit Eigenschaften zu finden, die die der Erde nachahmen,” Elisa Quintana, Forscherin am SETI-Institut am Ames Research Center der NASA in Moffett Field, Kalifornien, und federführend Autor des in der Zeitschrift Science veröffentlichten Artikels, sagte in der NASA-Erklärung. “Die Suche nach einem Planeten in einer bewohnbaren Zone, dessen Größe mit der Erde vergleichbar ist, ist ein großer Schritt vorwärts.”

Kepler-186 befindet sich in der Nähe des hellen Sterns Deneb, der laut dem französischen Blog Around the Sky einer der bestimmenden Sterne des Sternbildes Cygnus ist. Er wird als M-Zwergstern (auch bekannt als Roter Zwerg) klassifiziert, was bedeutet, dass er kleiner und dunkler als die Sonne ist, sagte die NASA. Dieser besondere Stern ist etwa halb so groß und schwer wie die Sonne der Erde. M-Zwerge machen etwa 70 Prozent der Sterne in der Milchstraße aus.

“Der Wirtsstern, Kepler 186, ist ein Zwergstern vom Typ M1, was bedeutet, dass er für immer Wasserstoff verbrennen wird flüssige Phase auf diesem Planeten,&8221, sagte der Astrophysiker von Notre Dame, Justin R. Crepp, im Science Codex.

Es gibt viel Unbekanntes über den Planeten Kepler-186f, einschließlich seiner Masse und Zusammensetzung, obwohl die Forschungen annehmen, dass der Planet wahrscheinlich felsig ist. Die NASA weiß, dass der Planet weniger als zehn Prozent größer ist als die Erde.

„Das Kepler-Weltraumteleskop schließt die Existenz eines Planeten aus der Menge des Sternenlichts ab, das blockiert wird, wenn es vor seinem Stern vorbeizieht. Aus diesen Daten können der Radius eines Planeten, die Umlaufzeit und die vom Wirtsstern empfangene Energiemenge bestimmt werden“, sagte die NASA.

“In der bewohnbaren Zone zu sein bedeutet nicht, dass wir wissen, dass dieser Planet bewohnbar ist. Die Temperatur auf dem Planeten hängt stark davon ab, welche Art von Atmosphäre der Planet hat,&8221 Thomas Barclay, Forscher am Bay Area Environmental Research Institute in Ames und Co-Autor des Papiers, sagte in der NASA-Pressemitteilung. “Kepler-186f kann man sich eher als Erd-Cousin denn als Erd-Zwilling vorstellen. Es hat viele Eigenschaften, die der Erde ähneln.”

Das Kepler-Teleskop startete 2009 mit dem Ziel, über einen Zeitraum von bis zu drei Jahren etwa 150.000 Zielsterne nach Planeten zu suchen, die das Teleskop mindestens dreimal durchqueren (vorbeiziehen), berichtet Reuters. Forscher durchforsten archivierte Daten von Kepler, um Planeten zu finden, die sich in der bewohnbaren Zone befinden könnten, die den Spitznamen "Goldlöckchen-Zone" trägt.

„Es ist sehr schwierig, Erdanaloga zu finden“, sagte Barclay zu Reuters. “Die meisten Kandidaten sind nicht erfolgreich, aber die Dinge ändern sich, wenn wir mehr Messungen erhalten.”

Die NASA sagt, dass der nächste Schritt darin besteht, nach echten Erdzwillingen zu suchen und ihre chemische Zusammensetzung zu messen. Kepler-186f wird auch ein Ziel für zukünftige Teleskope sein, in der Hoffnung, seine chemische Zusammensetzung zu messen, berichtet Reuters.


Kepler-186f: Potentiell bewohnbarer erdähnlicher Exoplanet gefunden

Dieses künstlerische Konzept zeigt Kepler-186f. Bildnachweis: NASA Ames / SETI Institute / JPL-CalTech.

Kepler-186 ist ein Zwergstern vom Typ M1 im Sternbild Cygnus, etwa 500 Lichtjahre von der Erde entfernt.

Der Stern beherbergt mindestens fünf Planeten, von denen vier – Kepler-186b, Kepler-186c, Kepler-186d und Kepler-186e – sind in sehr kurzen Umlaufbahnen und sind sehr heiß, während der fünfte, genannt Kepler-186f, liegt im Zentrum der bewohnbaren Zone.

Kepler-186f wurde durch die Transitmethode entdeckt, die potenzielle Planeten erkennt, wenn sich ihre Umlaufbahnen vor ihrem Stern kreuzen und eine sehr kleine, aber periodische Abschwächung der Helligkeit des Sterns verursachen.

Nachdem das Team bestätigen konnte, dass Kepler-186f ein Planet war, nutzten sie die Transitinformationen, um die Größe des Planeten zu berechnen.

Kepler-186f hat etwa das 1,1-fache des Erdradius und umkreist den Stern alle 130 Tage einmal. Die Astronomen schätzen, dass der Planet etwa 1/3 der Wärmeenergie erhält, die unser Planet von der Sonne liefert.

Dieses Diagramm vergleicht die Planeten des inneren Sonnensystems mit dem Fünf-Planeten-System Kepler-186. Bildnachweis: NASA Ames / SETI Institute / JPL-CalTech.

“What makes this finding particularly compelling is that this Earth-sized planet, one of five orbiting this star, which is cooler than the Sun, resides in a temperate region where water could exist in liquid form,” said Dr Elisa Quintana of the SETI Institute and NASA Ames Research Center, the lead author of the paper published in the journal Wissenschaft.

Co-author Dr Justin Crepp from the University of Notre Dame added: “the host star, Kepler-186, is an M1-type dwarf star which means it will burn hydrogen forever, so there is ample opportunity to develop life around this particular star and because it has just the right orbital period water may exist in a liquid phase on this planet.”

“Some people call these habitable planets, which of course we have no idea if they are. We simply know that they are in the habitable zone, and that is the best place to start looking for habitable planets,” said co-author Dr Stephen Kane of San Francisco State University.

Although Kepler-186f shows exciting signs of being Earth-like, Dr Kane said its differences are also fascinating.

This is an artist’s impression showing the forested surface of Kepler-186f. Image credit: Danielle Futselaar.

“We’re always trying to look for Earth analogs, and that is an Earth-like planet in the habitable zone around a star very much the same as our Sun. This situation is a little bit different, because the star is quite different from our Sun.”

Kepler-186 is much smaller and cooler than the Sun. These stars are numerous in our Milky Way Galaxy, and have some features that make them promising places to look for life.

“For example, small stars live a lot longer than larger stars and so that means there is a much longer period of time for biological evolution and biochemical reactions on the surface to take place,” Dr Kane said.

On the other hand, small stars tend to be more active than stars the size of our Sun, sending out more solar flares and potentially more radiation toward a planet’s surface.

“The diversity of these exoplanets is one of the most exciting things about the field. We’re trying to understand how common our Solar System is, and the more diversity we see, the more it helps us to understand what the answer to that question really is,” Dr Kane concluded.

Elisa V. Quintana et al. 2014. An Earth-Sized Planet in the Habitable Zone of a Cool Star. Wissenschaft, vol. 344, no. 6181, pp. 277-280 doi: 10.1126/science.1249403


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Bemerkungen:

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