Die Suche nach erdähnlichen Exoplaneten

Anfang 2014 haben NASA-Wissenschaftler einen bedeutenden Schritt zur Beantwortung einer Frage unternommen, über die sich die Menschen seit Jahrhunderten Gedanken gemacht haben: Gibt es Welten im Weltraum, die das Leben beherbergen können, wie wir es kennen? Am 17. April kündigte die NASA offiziell die Entdeckung von Kepler-186f an, dem ersten erdgroßen extrasolaren Planeten (oder Exoplaneten), der in der bewohnbaren Zone seines Sterns gefunden wurde - der Orbitalregion, in der ein erdähnlicher Planet flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche besitzen könnte unterstützen Sie möglicherweise ein Leben ähnlich dem auf der Erde. Der Planet, der in Daten entdeckt wurde, die der Kepler-Satellit vor dem Ende seiner ursprünglichen Mission im Jahr 2013 aufgenommen hat, hat einen 1,11-fachen Radius der Erde. Die Masse von Kepler-186f ist unbekannt; Wenn es jedoch eine erdähnliche Zusammensetzung hat, wäre seine Masse 1,44-mal so groß wie die der Erde. Es war der fünfte Planet, der um seinen Stern herum entdeckt wurde, ein dunkler roter Zwerg 500 Lichtjahre von der Erde entfernt mit einer Masse, die 0,48-mal so groß ist wie die der Sonne. Kepler-186f umkreist seinen Stern alle 129,9 Tage in einer Entfernung von 53,9 Millionen km. Es empfängt nur 32% der Lichtmenge, die die Erde von der Sonne empfängt, aber Wasser könnte in flüssigem Zustand vorliegen, wenn seine Atmosphäre ausreichend Kohlendioxid enthält. (Die anderen vier Planeten im System sind erdgroß; sie kreisen jedoch viel näher am Stern und befinden sich daher nicht in der bewohnbaren Zone.)

Die Kepler-Mission.

Die Entdeckung von Kepler-186f war der jüngste Triumph des Kepler-Satelliten der NASA, der 2009 gestartet wurde. Da Planeten viel schwächer erscheinen als die Sterne, die sie umkreisen, sind extrasolare Planeten äußerst schwer direkt zu erkennen. Während seiner ersten vierjährigen Mission starrte Kepler mit einem 95-cm-Teleskop auf denselben Himmel, bis die Stabilisierungssysteme, mit denen der Satellit richtig ausgerichtet war, versagten. In seinem Sichtfeld betrachtete Kepler über 150.000 Sterne und versuchte, die leichte Verdunkelung während der Transite zu erkennen, wenn Planeten vor ihren Sternen vorbeizogen. Eine solche Erkennung ist äußerst schwierig. Zum Beispiel beträgt der Durchmesser der Erde nur 1/109 des Durchmessers der Sonne, so dass für einen externen Beobachter des Sonnensystems der Durchgang der Erde die Sonne nur um 0,008% dimmen würde. Außerdem muss ein Planetensystem die richtige Ausrichtung haben, damit die Umlaufbahn eines Planeten vor seinem Stern verläuft. Trotzdem waren Keplers Instrumente so präzise, ​​dass sie die durch einen erdgroßen Planeten verursachte Verdunkelung erkennen konnten.

Bis Mitte 2014 hatte die Kepler-Mission 989 Planeten entdeckt. Einer davon, Kepler-22b, hat einen 2,4-fachen Radius der Erde und war der erste Planet, der in der bewohnbaren Zone eines sonnenähnlichen Sterns gefunden wurde. Kepler-20e und Kepler-20f waren die ersten erdgroßen Planeten, die gefunden wurden (ihre Radien betragen das 0,87- bzw. 1,03-fache des Erdradius). Kepler-9b und Kepler-9c waren die ersten beiden Planeten, die denselben Stern durchquerten. Die NASA gab bekannt, dass Kepler-Beobachtungen 4.234 Planetenkandidaten ergeben hatten, die mit nachfolgenden Beobachtungen bestätigt werden mussten. Mehr als 40% der Kandidatenplaneten wurden in Systemen mit anderen Kandidaten gefunden. Ungefähr 90% dieser Kandidatenplaneten sind kleiner als Neptun - der kleinste der Gasriesen des Sonnensystems mit einem 3,8-fachen Radius der Erde. Einige dieser Kandidatenplaneten wurden in den bewohnbaren Zonen ihrer Sterne gefunden, andere sind kleiner als zwei Erdradien. Daher werden wahrscheinlich mehr Planeten wie Kepler-186f entdeckt.

Kepler-186f.

Trotz der Größe und Lage von Kepler-186 in der bewohnbaren Zone ist es eher ein "Erdcousin" als ein "Erdzwilling". Es umkreist einen kleinen roten Zwergstern, der fast seine gesamte Leuchtkraft bei Infrarotwellenlängen abgibt, was für das Leben möglicherweise schwierig zu nutzen ist. Solche Sterne zeigen typischerweise auch größere Helligkeitsschwankungen als Sterne vom Sonnentyp. Damit ein Planet in der bewohnbaren Zone eines schwachen Sterns bleiben kann, muss er außerdem so nahe umkreisen, dass die auf dem Planeten aufkommenden Gezeitenkräfte dazu führen, dass dieselbe Hemisphäre immer dem Stern zugewandt ist (genau wie die nahe Seite des Mondes) steht immer der Erde gegenüber). Infolgedessen würde es keinen Tag-Nacht-Zyklus geben, und die Atmosphäre des Planeten würde - sofern sie nicht ausreichend dick mit Treibhausgasen wie Kohlendioxid ist - auf der Oberfläche der kalten, immer dunklen Hemisphäre gefrieren. (Wenn der Planet eine ausreichend massive Atmosphäre hätte, würden die Winde die Wärme umverteilen und die Atmosphäre würde nicht gefrieren.) Kepler-186f ist jedoch weit genug von seinem Stern entfernt, dass er möglicherweise nicht gezeitengesperrt ist.

Selbst wenn auf der Oberfläche von Kepler-186f kein flüssiges Wasser vorhanden ist, kann es dennoch Leben erhalten. Flüssiges Wasser ist für alles Leben auf der Erde essentiell, daher basiert die Definition einer bewohnbaren Zone auf der Hypothese, dass außerirdisches Leben diese Anforderung teilen würde. Dies ist eine sehr konservative (aber beobachtungsmäßig nützliche) Definition, da die Oberflächentemperatur eines Planeten nicht nur von seiner Nähe zu seinem Stern abhängt, sondern auch von zuvor erwähnten Faktoren wie seinen atmosphärischen Treibhausgasen, seinem Reflexionsvermögen und seiner atmosphärischen oder ozeanischen Zirkulation. Darüber hinaus können interne Energiequellen wie radioaktiver Zerfall und Gezeitenerwärmung die Oberfläche eines Planeten bis zum Schmelzpunkt von Wasser erwärmen. Solche Energiequellen können auch unterirdische Reservoire mit flüssigem Wasser unterhalten, so dass ein Planet Leben enthalten kann, ohne sich in der bewohnbaren Zone seines Sterns zu befinden. Die Erde hat zum Beispiel eine blühende Biosphäre unter der Oberfläche, die jedoch fast ausschließlich aus einfachen Organismen besteht, die in sauerstoffarmen Umgebungen überleben können. Jupiters Mond Europa hat einen Flüssigwasser-Ozean, der mehrere zehn Kilometer unter seiner Oberfläche liegt und für einige Organismen möglicherweise bewohnbar ist.