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Gute Nachricht: Diese Exoplaneten haben wahrscheinlich Wasser. Schlechte Nachrichten: AHHH SO VIEL WASSER.

2021

Letztes Jahr hat sich die Welt ein unglaubliches Sternensystem angesehen, TRAPPIST-1, auf dessen Umlaufbahn sieben faszinierende Planeten waren. Bei diesen ersten Blicken stellten die Forscher - optimistisch gesehen - fest, dass fünf möglicherweise Temperaturen aufweisen könnten, die flüssiges Wasser auf ihrer Oberfläche zuließen, wobei sich drei der sieben Planeten in Umlaufbahnen innerhalb der bewohnbaren Zone des Sterns befanden.

Das war besonders aufregend, weil dort, wo Wasser ist, Leben sein könnte. Hier auf der Erde lebt das Leben, wenn wir nur Wasser hinzufügen. Bei näherer Betrachtung dieser nassen Welten, die diese Woche in Nature Astronomy veröffentlicht wurden, wird jedoch festgestellt, dass sie möglicherweise so stark mit Wasser überfüllt sind, dass sie jegliches Lebenspotential auslöschen. Und selbst wenn es einigen Organismen gelungen wäre, sich zu entwickeln, könnten wir sie aufgrund der enormen Wassermengen möglicherweise nicht entdecken.

Aber wie könnte es nach Jahren der Suche nach Anzeichen von Wasser auf anderen Welten einen Ort geben, an dem es zu viel Wasser für das Leben gibt? Lass uns einen Blick darauf werfen.

Die Erde scheint ein ziemlich nasser Ort zu sein. Wir trinken täglich unsere empfohlenen acht Tassen Wasser, und unser Körper besteht zu etwa 60 Volumenprozent aus Wasser. Wasser bedeckt ungefähr 71 Prozent der Oberfläche dieses Planeten. Das ist eine ziemlich nasse Welt, oder?

Nicht im Vergleich zu den meisten Planeten bei TRAPPIST-1. Obwohl es so aussieht, als wäre die Erde im Wasser überflutet, macht Dihydrogenmonoxid nur 0, 02 Prozent der Masse unseres Planeten aus. 0, 02 Prozent . Der Rest sind Steine ​​und Metalle und organische Stoffe und alles andere auf dieser Welt. Im Gegensatz dazu könnten einige der Planeten um TRAPPIST-1 Wasser haben, das 15 Prozent ihrer Masse ausmacht. Oder noch mehr.

Die von den Autoren des Nature Astronomy Papers verwendeten Daten legen nahe, dass in einigen Fällen ein Teil der Welt zu 50 Masseprozent aus Wasser besteht, obwohl spätere Beobachtungen, die im letzten Monat veröffentlicht wurden, diese Schätzungen mit etwa 10-15 oder weniger viel niedriger angesetzt haben niedrig wie 5 Prozent. So oder so, das sind immer noch Tonnen Wasser. Zweihundertfünfzig Mal so viel Wasser wie in den Ozeanen der Erde.

»Wir streiten uns um viel, viel oder viel Wasser«, scherzt Cayman Unterborn, Geowissenschaftler und Hauptautor der Zeitung.

Forscher können diese Schätzungen sogar aus 39 Lichtjahren Entfernung vornehmen, indem sie Planeten beobachten, die vor ihrem Stern vorbeiziehen. Sie können sich einen Überblick über die Größe eines Planeten verschaffen, aber auch über seine Dichte, die uns viel darüber sagt, woraus er besteht. Diese waren ungefähr so ​​groß wie die Erde, aber viel, viel leichter. Nicht so leicht, dass ihr Gewicht einer gasförmigen Atmosphäre zugeschrieben werden könnte, aber auch nicht steinhart. Das lässt Wasser und stellt die Planetenwissenschaftler vor neue Fragen.

Eine Welt mit all dem Wasser würde ganz anders aussehen als die Erde und sogar die Wassermonde von Enceladus und Europa, die viel kleiner sind als die Planeten von TRAPPIST-1.

Auf einem wirklich wasserreichen Planeten, wie wir es hier meinen, könnte sich eine dünne äußere Schicht flüssigen Wassers befinden. Wenn Sie jedoch weiter in den Planeten hinabsteigen, steigt der Druck der Ozeane über Ihnen und komprimiert das flüssige Wasser zu festen Hochdruck-Eisformen. Dieses Eis wirkt im Wesentlichen wie der Mantel dieses Planeten und umgibt eine Art Kern aus noch festerem Material.

Die Dynamik einer solchen Welt ist uns fremd.

Auf der Erde suchen Paläobiologen nach dynamischen Stellen in unserer zerbrechlichen Kruste, um erste Hinweise auf Leben zu finden, Orte, an denen sich geschmolzenes Gestein zu heißen Stellen am Boden kalter Ozeane entwickelt, oder Gase aus dem tiefen Inneren in die Atmosphäre. Aber könnte sich in einer Welt, in der das Innere fest ist, überhaupt Leben entwickeln?

"Ein wirklich kritischer Aspekt für einen aktiven Planeten ist das Schmelzen", sagt Unterborn. »Mit genügend Wasser können Sie das Schmelzen effektiv stoppen, da der Druck so hoch ist, dass Sie nie heiß genug werden, um dies zu tun. Ja, es gibt Wasser auf der Oberfläche - es ist ein bewohnbarer Planet nach der Mindestdefinition - aber Sie schließen einen Großteil der Geologie aus. Ein Großteil der Kommunikation zwischen der Oberfläche und dem Inneren ist verloren gegangen, und wir denken, dass dies notwendig ist, um über geologische Zeiträume hinweg ein bewohnbarer Planet zu sein

Die niedrigen Schätzungen für die fraglichen Planeten sind ungefähr 250-mal so viel Wasser wie in den Ozeanen der Erde, verteilt auf Planeten von der Größe der Erde. Es würde nur etwa ein Fünftel dieses Betrags benötigen, um das gesamte Land unserer Welt vollständig abzudecken.

Ohne trockenes Land ist die Fähigkeit des Wassers, Steine ​​in ihre Bestandteile zu verwittern, eingeschränkter. Das bedeutet weniger Rohstoffe, die durch Verwitterung entstehen, wie Phosphor, das Rückgrat der DNA. Wenn dieser Rohstoff begrenzt ist, besteht für das Leben eine geringere Chance, sich in ausreichender Anzahl zu entwickeln, um ein Signal zu erzeugen, das einem erhöhten Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre entspricht, der von der Erde aus nachweisbar wäre.

"In diesem Fall kann man den Unterschied zwischen dem durch das Leben erzeugten Sauerstoff und dem durch planetarische und geologische Prozesse erzeugten Sauerstoff nicht erkennen", sagt Unterborn. Eine Situation, die die Forscher als bewohnbar, aber nicht nachweisbar bezeichnen. „Wasserwelten mögen großartige Orte für das Leben sein, aber nicht genug, um einen sichtbaren Unterschied zu machen.“

Bei unserem derzeitigen Verständnis der Entwicklung des Lebens ist es schwer, sich ein Szenario für seine Entwicklung auf diesen superwässrigen Welten vorzustellen. Und selbst wenn das Leben einen Schuss hätte, könnten wir ihn wahrscheinlich nicht erkennen.

Das heißt aber nicht, dass diese Planeten eine Sackgasse sind. Ein Grund, warum die Wasserwelten für Forscher so interessant sind, ist, dass das Sammeln von viel Wasser (oder viel und viel Wasser) ein komplizierter planetarischer Prozess ist. Der Fokus dieser Arbeit lag nicht wirklich auf dem Leben, sondern darauf, wie die Planeten dort sein mussten, wo sie sich befanden. Aufgrund des hohen Wassergehalts haben sie sich wahrscheinlich nicht an den Stellen gebildet, an denen wir sie heute sehen.

Planeten beginnen als protoplanetare Gas- und Staubscheiben, die um die Wirtssterne kreisen. In der Nähe des Sterns ist es heißer, sodass das Wasser verdampft bleibt. Weiter entfernte Wasserteilchen werden zu Eis, das sich langsam auf aufkommenden Planeten ansammeln kann. Die Linie zwischen diesen beiden ist die Eislinie (in den frühen Tagen des Systems als "ursprüngliche Schneelinie" bezeichnet), die sich während der gesamten Lebensdauer eines Sterns mit zunehmender Verdunkelung verschiebt.

In unserem Sonnensystem sind sonnennahe Planeten in der Regel trocken, während weiter entfernte Planeten wasserreicher sind. Im TRAPPIST-1-System haben sogar Planeten, die näher an der Sonne liegen, hohe Wasserkonzentrationen. Das bedeutet, dass die Planeten im Laufe der Zeit wahrscheinlich zu ihren aktuellen Positionen migrieren mussten, was Astrophysiker immer noch zu erforschen versuchen.

Steven Desch, Mitautor des Artikels, sagt, dass eine Möglichkeit, wie diese Migration stattfinden könnte, darin besteht, dass Planeten mit Gas innerhalb dieser protoplanetaren Scheibe interagieren. „Die Planeten verlieren ihren Drehimpuls und erzeugen Wellen in der Gasscheibe. Sie verlangsamen sich und drehen sich zu dem Stern, wie Desch sagt. „Das bietet auch die Möglichkeit, die Umlaufbahnen kreisförmig zu halten. Andere Mechanismen würden das System nicht so ordentlich verlassen, wie wir es für das Trappist-1-System halten. “

Ihre Beobachtungen deuten darauf hin, dass die Migration erheblich gewesen sein könnte, wenn sich die Planeten zu Beginn der 8-Milliarden-Jahr-Geschichte des Sterns gebildet hätten, oder dass sich die Planeten nur geringfügig bewegt hätten, wenn sie sich im Laufe der Zeit langsam gebildet hätten, wenn sich die Eislinie dem Stern angenähert hätte.

Wir müssen noch viel über die Entwicklung anderer Welten lernen, und der Blick auf Planeten jenseits unseres eigenen kleinen Systems kann uns immer interessantere Einblicke in das Wachstum des Universums geben. Aber es wird eine Menge von uns brauchen, um das ganze Bild zu bekommen.

„Besonders die Interdisziplinarität von Exoplaneten möchte ich hervorheben“, sagt Unterborn. „Es ist nicht nur Astronomie - sie sind wirklich gut darin, sie zu entdecken -, sondern es ist die Geologie und Chemie, die dazu beitragen wird, alles in einen Kontext zu bringen. Es gibt ein ganzes Feld, das viel über Felsen weiß. Wir sollten reden."

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