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Ich habe mich gefragt, ob es neben unserem Heimatplaneten Erde noch Objekte gibt, die die "Goldlöckchen-Zone" umkreisen, und wie die Goldlöckchen-Zone unseres Sonnensystems definiert ist.
Aus dem Wikipedia-Artikel Circumstellar habitable zone, was nur ein anderer Name für die Goldlöckchen-Zone ist:
Schätzungen für die bewohnbare Zone innerhalb des Sonnensystems reichen von 0,38 bis 10,0 astronomischen Einheiten, obwohl diese Schätzungen aus verschiedenen Gründen schwierig waren. Zahlreiche Objekte planetarischer Masse kreisen innerhalb oder in der Nähe dieses Bereichs und als solches ausreichend Sonnenlicht erhalten, um die Temperaturen über den Gefrierpunkt von Wasser zu erhöhen. Ihre atmosphärischen Bedingungen variieren jedoch erheblich. Das Aphel der Venus zum Beispiel berührt den inneren Rand der Zone und während der atmosphärische Druck an der Oberfläche für flüssiges Wasser ausreicht, erhöht ein starker Treibhauseffekt die Oberflächentemperaturen auf 462 °C (864 °F), bei denen nur Wasser existieren kann als Dampf. Auch die gesamten Umlaufbahnen von Mond, Mars und zahlreichen Asteroiden liegen innerhalb verschiedener Schätzungen der bewohnbaren Zone.
Siehe auch diese Fragen:
- Worum geht es in der Habitable Zone?
- Warum wird die Circumstellar Habitable Zone so definiert, wie sie ist, wenn Leben außerhalb davon möglich wäre?
Es gibt viele Definitionen für die "Goldlöckchenzone" oder bewohnbare Zone. Wenn Sie flüssiges Wasser an der Oberfläche haben möchten, kann dies bei einer Vielzahl von atmosphärischen Drücken (für die überwiegende Mehrheit der Exoplaneten völlig unbekannt) und Temperaturen geschehen. Tatsächlich gilt der Mars nur nach diesen Kriterien als in der bewohnbaren Zone.
Für einen Planeten gibt es strengere Kriterien, um flüssiges Wasser auf der Oberfläche zu haben, was einige Annahmen über seine Atmosphäre und andere Bedürfnisse macht.
Für die konservative Schätzung haben wir 1 Planet des Sonnensystems (Erde), 16 bestätigte Exoplaneten (Proxima Centauri b, Gliese 667 Cc, Kepler-442b, Kepler-452b, Wolf 1061c, Kepler-1229b, Kapteyn b, Kepler-62f, Kepler-186f, Luyten b, TRAPPIST-1d, TRAPPIST-1e, TRAPPIST-1f, TRAPPIST-1g, LHS 1140 b und Kepler-1638b) und 1 unbestätigter exoplanetarer Kandidat (Teegarden c) in der bewohnbaren Zone ihrer Sterne.
Dies bedeutet jedoch nicht, dass diese 16 bestätigten Exoplaneten überhaupt bewohnbar sind. Es gibt noch viele weitere Dinge zu beachten (jetzt alle mit extremen Unsicherheiten). Eine Sache, die sehr einfach zu bestimmen ist, ist die Tatsache, dass der Planet durch Gezeiten an seinen Stern gebunden sein könnte oder nicht, was bedeutet, dass eine Seite des Planeten immer am helllichten Tag und die andere in ewiger Dunkelheit sein könnte. Wir wissen, dass die klimatischen Bedingungen so extrem sein können, dass der Planet allein deswegen unfruchtbar wird (vorausgesetzt, was wir über das Leben im kosmischen Kontext wissen, der sehr begrenzt ist). Von diesen 16 bestätigten Exoplaneten in der bewohnbaren Zone umkreisen 14 einen Stern vom Typ M oder K, dessen bewohnbare Zonen dem Stern selbst so nahe sind, dass Gezeitenblockierung ein sehr wahrscheinlicher Zustand für die Planeten ist.
Die verbleibenden 2 bestätigten Exoplaneten ohne Gezeitensperre sind Kepler-452b und Kepler-1638b. Von ihnen ist Kepler-452b der derzeit vielversprechendste Kandidat für das Leben der inzwischen 4109 bestätigten Exoplaneten.
Aber hier muss ich dir nochmal raten. Wir wissen sehr wenig über die Bedingungen, die das Leben ermöglichen (da wir immer noch herausfinden, wie es auf unserem Planeten entstanden ist), wir wissen auch nicht, ob es viele alternative Lebenswege oder nur unseren gibt. Wir wissen nicht, inwieweit sich das Leben an extreme Umgebungen und extreme Veränderungen anpassen kann, wir kennen die Geschichte dieser Planeten nicht (vielleicht hat der Stern in der Vergangenheit das Leben ausgerottet, vielleicht ist der Planet erst vor kurzem in die habiltable Zone gewandert, vielleicht sie hatten kein Wasser auf der Oberfläche, selbst wenn sie es in flüssigem Zustand hätten, vielleicht hatten sie keine Magnetosphäre oder Ozonschicht, um sie vor allen Arten von Strahlung zu schützen, die jedes komplexe Molekül zerstören könnte aller denkbaren Lebensformen hat der Planet vielleicht zu viel Schwerkraft, als dass sich Leben entwickeln könnte…). Es gibt viele, viele Unbekannte und wir fangen gerade erst an, dieses Gebiet der Wissenschaft zu erforschen, mit so primitiven Kriterien und mit so wenigen Daten können wir nicht sagen, ob diese Planeten wirklich bewohnbar sind (und noch weniger, wenn sie es sind). bewohnt) seit mehr als einem Jahrhundert (meiner Meinung nach), aber wer weiß…
Drei fast erdgroße Planeten umkreisen einen nahegelegenen Stern: Einer in der 'Goldlöckchen'-Zone
Ein multinationales, institutsübergreifendes Forscherteam unter der Leitung des Wissenschaftlers von der University of Arizona, Ian Crossfield, hat einen Stern mit drei Planeten gefunden, von denen einer möglicherweise Temperaturen aufweist, die gemäßigt genug sind, damit flüssiges Wasser – und vielleicht sogar Leben – existieren kann.
Das Kepler-Weltraumteleskop der NASA hat einen Stern mit drei Planeten entdeckt, der nur geringfügig größer als die Erde ist, obwohl er durch den Verlust wichtiger Leitsysteme behindert wurde. Der äußerste Planet kreist in der "Goldlöckchen"-Zone, einer Region, in der die Oberflächentemperaturen moderat genug sein könnten, um flüssiges Wasser und vielleicht Leben zu existieren.
Der Stern, EPIC 201367065, ist ein kühler roter M-Zwerg, der etwa halb so groß und schwer ist wie unsere eigene Sonne. In einer Entfernung von 150 Lichtjahren gehört der Stern zu den Top 10 der nächsten Sterne, von denen bekannt ist, dass sie Planeten im Transit haben. Die Nähe des Sterns bedeutet, dass er hell genug ist, damit Astronomen die Atmosphären der Planeten untersuchen können, um festzustellen, ob sie der Erdatmosphäre ähneln und möglicherweise dem Leben förderlich sind.
„Eine dünne Atmosphäre aus Stickstoff und Sauerstoff hat das Leben auf der Erde gedeihen lassen. Aber die Natur steckt voller Überraschungen. Viele von der Kepler-Mission entdeckte Exoplaneten sind von dicken, wasserstoffreichen Atmosphären umgeben, die mit dem Leben, wie wir es kennen, wahrscheinlich nicht vereinbar sind.“ “, sagte Ian Crossfield, Astronom der University of Arizona, der die Studie leitete.
Ein Papier, das den Fund von Astronomen der University of Arizona, der University of California, Berkeley, der University of Hawaii, Manoa und anderen Institutionen beschreibt, wurde eingereicht bei Astrophysikalisches Journal und ist auf der arXiv-Website frei verfügbar. Die NASA und die National Science Foundation finanzierten die Forschung.
Co-Autoren des Papiers sind Joshua Schlieder vom NASA Ames Research Center und Kollegen aus Deutschland, Großbritannien und den USA.
Die drei Planeten sind 2,1, 1,7 und 1,5 mal so groß wie die Erde. Der kleinste und äußerste Planet mit 1,5 Erdradien kreist weit genug von seinem Wirtsstern entfernt, dass er von seinem Stern ähnliche Lichtstärken empfängt wie die Erde von der Sonne, sagte Erik Petigura, Doktorand an der UC Berkeley. Er entdeckte die Planeten am 6. Januar, als er eine Computeranalyse der Kepler-Daten durchführte, die die NASA den Astronomen zur Verfügung gestellt hat. In der Reihenfolge vom weitesten zum nächsten zu ihrem Stern erhalten die drei Planeten die 10,5-, 3,2- und 1,4-fache Lichtintensität der Erde, berechnete Petigura.
"Die meisten Planeten, die wir bisher gefunden haben, sind verbrannt. Dieses System ist der nächste Stern mit lauwarmen Transitplaneten", sagte Petigura. "Es besteht die sehr reale Möglichkeit, dass der äußerste Planet wie die Erde felsig ist, was bedeutet, dass dieser Planet die richtige Temperatur haben könnte, um Ozeane mit flüssigem Wasser zu unterstützen."
Der Astronom der University of Hawaii, Andrew Howard, stellte fest, dass heutzutage zu Hunderten extrasolare Planeten entdeckt werden, obwohl sich viele Astronomen fragen, ob eine der neu entdeckten Welten wirklich wie die Erde ist. Das neu entdeckte Planetensystem wird dazu beitragen, diese Frage zu lösen, sagte er.
"Wir haben im vergangenen Jahr gelernt, dass Planeten von der Größe und Temperatur der Erde in unserer Milchstraße üblich sind", sagte Howard. "Wir haben auch einige erdgroße Planeten entdeckt, die aus den gleichen Materialien wie unsere Erde zu bestehen scheinen, hauptsächlich aus Gestein und Eisen."
Keplers K2-Mission
Nachdem Petigura die Planeten in den Kepler-Lichtkurven gefunden hatte, setzte das Team schnell Teleskope in Chile, Hawaii und Kalifornien ein, um Masse, Radius, Temperatur und Alter des Sterns zu charakterisieren. Zwei der beteiligten Teleskope, der Automated Planet Finder auf dem Mount Hamilton in der Nähe von San Jose, Kalifornien, und das Keck-Teleskop auf dem Mauna Kea, Hawaii, sind Einrichtungen der University of California.
Der nächste Schritt werden Beobachtungen mit anderen Teleskopen sein, darunter dem Hubble-Weltraumteleskop, um den spektroskopischen Fingerabdruck der Moleküle in den Atmosphären des Planeten zu erfassen. Wenn diese warmen, fast erdgroßen Planeten eine geschwollene, wasserstoffreiche Atmosphäre haben, wird Hubble das verräterische Signal sehen, sagte Petigura.
Die Entdeckung sei umso bemerkenswerter, als das Kepler-Teleskop zwei Reaktionsräder verlor, die es auf einen festen Punkt im Weltraum gerichtet hielten.
Kepler wurde 2014 als „K2“ mit einer cleveren Strategie wiedergeboren, das Teleskop in die Ebene der Erdumlaufbahn, der Ekliptik, auszurichten, um das Raumfahrzeug zu stabilisieren. Kepler ist jetzt wieder dabei, den Kosmos nach Planeten zu durchsuchen, indem er nach Finsternisse oder "Transiten" sucht, während Planeten vor ihren Wirtssternen vorbeiziehen und regelmäßig einen Teil des Sternenlichts blockieren.
"Diese Entdeckung beweist, dass K2 trotz einiger Kompromisse immer noch aufregende und wissenschaftlich überzeugende Planeten finden kann", sagte Petigura. "Diese geniale neue Verwendung von Kepler ist ein Beweis für den Einfallsreichtum der Wissenschaftler und Ingenieure der NASA. Diese Entdeckung zeigt, dass Kepler immer noch großartige Wissenschaft leisten kann."
Kepler sieht nur einen kleinen Bruchteil der Planetensysteme in seinem Blick: nur solche, deren Umlaufbahnen kantenförmig zu unserer Sicht von der Erde ausgerichtet sind. Planeten mit großen Bahnneigungen werden von Kepler vermisst. Eine Zählung der Kepler-Planeten, die das Team im Jahr 2013 durchführte, korrigierte diese zufälligen Bahnorientierungen statistisch und kam zu dem Schluss, dass jeder fünfte sonnenähnliche Stern in der Milchstraße erdgroße Planeten in der bewohnbaren Zone hat. Berücksichtigt man auch andere Arten von Sternen, kann es 40 Milliarden solcher Planeten geben, die eine Galaxie breit sind.
Die ursprüngliche Kepler-Mission fand Tausende kleiner Planeten, aber die meisten von ihnen waren zu schwach und zu weit entfernt, um ihre Dichte und Zusammensetzung zu beurteilen und so zu bestimmen, ob es sich um felsige Planeten mit hoher Dichte wie die Erde oder um geschwollene Planeten mit geringer Dichte wie Uranus und . handelte Neptun. Da sich der Stern EPIC-201 in der Nähe befindet, sind diese Massenmessungen möglich. Der Wirtsstern, ein M-Zwerg, ist von Natur aus weniger hell als die Sonne, was bedeutet, dass seine Planeten in der Nähe des Wirtssterns leben und immer noch lauwarme Temperaturen genießen können.
Laut Howard ist das System von EPIC-201 Kepler-138, ein M-Zwergstern mit drei Planeten ähnlicher Größe, obwohl sich keiner in der bewohnbaren Zone befindet.
Astronomen finden 8 neue Planeten in der Goldlöckchen-Zone
Astronomen des Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) gaben diese Woche bekannt, dass sie acht neue Planeten in der sogenannten “Goldilocks”-Zone gefunden haben, das heißt, jede Welt umkreist ihren Stern in einer Entfernung, die ermöglichen, dass flüssiges Wasser auf der Oberfläche des Planeten existiert. Die meisten dieser Planeten haben gute Chancen, wie die Erde felsig zu sein, sagen die Forscher.
Dies verdoppelt die Anzahl der kleinen Planeten, von denen angenommen wird, dass sie sich in der bewohnbaren Zone ihrer Muttersterne befinden. Um in der bewohnbaren Zone zu sein, muss ein Exoplanet ungefähr so viel Sonnenlicht erhalten wie die Erde. Zu viel, und Wasser würde als Dampf verdampfen. Zu wenig, und Wasser gefriert fest.
Unter diesen acht identifizierte das Team zwei, die der Erde von allen bisher bekannten Exoplaneten am ähnlichsten sind.
Die beiden erdähnlichsten Planeten der Gruppe sind Kepler-438b und Kepler-442b. Beide umkreisen rote Zwergsterne, die kleiner und kühler als unsere Sonne sind. Kepler-438b befindet sich 470 Lichtjahre von der Erde entfernt, während der weiter entfernte Kepler-442b 1.100 Lichtjahre entfernt ist. Kepler-438b umkreist seinen Stern alle 35 Tage, während Kepler-442b alle 112 Tage eine Umlaufbahn absolviert.
Mit einem Durchmesser, der nur 12 Prozent größer als die Erde ist, hat Kepler-438b nach den Berechnungen des Teams eine 70-prozentige Chance, felsig zu sein. Kepler-442b ist etwa ein Drittel größer als die Erde, hat aber immer noch eine 60-prozentige Chance, felsig zu sein.
Kepler-438b empfängt etwa 40 Prozent mehr Licht als die Erde. (Im Vergleich dazu erhält die Venus doppelt so viel Sonnenstrahlung wie die Erde.) Als Ergebnis berechnet das Team eine 70-prozentige Wahrscheinlichkeit, sich in der bewohnbaren Zone ihres Sterns zu befinden.
Kepler-442b bekommt etwa zwei Drittel so viel Licht wie die Erde. Die Wissenschaftler geben ihm eine 97-prozentige Chance, sich in der bewohnbaren Zone zu befinden.
Der Co-Autor der Studie, David Kipping vom CfA, sagte:
Wir wissen nicht genau, ob einer der Planeten in unserer Stichprobe wirklich bewohnbar ist. Wir können nur sagen, dass es sich um vielversprechende Kandidaten handelt.
Diese Ergebnisse wurden am 6. Januar 2015 in einer Pressekonferenz bei einem Treffen der American Astronomical Society bekannt gegeben.
Bewohnbare Zonen
In der Astronomie und Astrobiologie ist die zirkumstellare habitable Zone (CHZ) oder einfach die habitable Zone, umgangssprachlich als Goldlöckchen-Zone bekannt, die Region um einen Stern, in der planetarische Massenobjekte mit ausreichendem Atmosphärendruck flüssiges Wasser an ihrer Oberfläche tragen können. Die Grenzen der CHZ werden anhand der bekannten Anforderungen der Biosphäre der Erde, ihrer Position im Sonnensystem und der Menge an Strahlungsenergie berechnet, die sie von der Sonne erhält. Aufgrund der Bedeutung von flüssigem Wasser für das Leben auf der Erde wird angenommen, dass die Natur des CHZ und der darin befindlichen Objekte maßgeblich an der Bestimmung des Umfangs und der Verbreitung von erdähnlichem außerirdischem Leben und Intelligenz beteiligt ist.
Seit 1953 das Konzept des CHZ erstmals vorgestellt wurde, wurden inzwischen zahlreiche Planeten im CHZ entdeckt. Die meisten dieser Planeten, die Supererden oder Gasriesen sind, sind massereicher als die Erde, weil solche Planeten leichter zu entdecken sind. Am 4. November 2013 berichteten Astronomen auf der Grundlage von Kepler-Weltraummissionsdaten, dass es bis zu 40 Milliarden erdgroße Planeten geben könnte, die in den bewohnbaren Zonen sonnenähnlicher Sterne und roter Zwergsterne innerhalb der Milchstraße kreisen. 11 Milliarden dieser geschätzten Planeten könnten sonnenähnliche Sterne umkreisen. Der nächste solche Planet könnte laut den Wissenschaftlern 12 Lichtjahre entfernt sein. Die CHZ ist auch für das aufstrebende Gebiet der natürlichen Bewohnbarkeit von Satelliten von besonderem Interesse, da die Zahl der Monde mit planetarischer Masse in der CHZ die der Planeten übersteigen könnte.
In den folgenden Jahrzehnten wurde das CHZ-Konzept als primäres Kriterium für das Leben in Frage gestellt. Seit der Entdeckung von Beweisen für außerirdisches flüssiges Wasser wird angenommen, dass erhebliche Mengen davon außerhalb der zirkumstellaren bewohnbaren Zone vorkommen. Unterstützt durch andere Energiequellen wie Gezeitenerwärmung oder radioaktiven Zerfall oder durch andere nicht-atmosphärische Mittel unter Druck gesetzt, können die Grundbedingungen für wasserabhängiges Leben sogar im interstellaren Raum, auf Schurkenplaneten oder deren Monden gefunden werden. Darüber hinaus wurden andere zirkumstellare Zonen vorgeschlagen, in denen Nicht-Wasser-Lösungsmittel, die für hypothetisches Leben auf der Grundlage alternativer Biochemie günstig sind, in flüssiger Form an der Oberfläche existieren könnten.
Acht neue Planeten in der Zone „Goldlöckchen“ gefunden
Astronomen gaben heute bekannt, dass sie acht neue Planeten in der "Goldlöckchen" -Zone ihrer Sterne gefunden haben, die in einer Entfernung umkreisen, in der flüssiges Wasser auf der Planetenoberfläche existieren kann. Dies verdoppelt die Anzahl der kleinen Planeten (weniger als der doppelte Durchmesser der Erde), von denen angenommen wird, dass sie sich in der bewohnbaren Zone ihrer Muttersterne befinden. Unter diesen acht identifizierte das Team zwei, die der Erde von allen bisher bekannten Exoplaneten am ähnlichsten sind.
"Die meisten dieser Planeten haben eine gute Chance, felsig zu sein, wie die Erde", sagt Hauptautor Guillermo Torres vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA).
Diese Ergebnisse wurden heute in einer Pressekonferenz auf einer Sitzung der American Astronomical Society bekannt gegeben.
Die beiden erdähnlichsten Planeten der Gruppe sind Kepler-438b und Kepler-442b. Beide umkreisen rote Zwergsterne, die kleiner und kühler sind als unsere Sonne. Kepler-438b umkreist seinen Stern alle 35 Tage, während Kepler-442b alle 112 Tage eine Umlaufbahn absolviert.
Mit einem Durchmesser, der nur 12 Prozent größer als die Erde ist, hat Kepler-438b nach Berechnungen des Teams eine 70-prozentige Chance, felsig zu sein. Kepler-442b ist etwa ein Drittel größer als die Erde, hat aber immer noch eine 60-prozentige Chance, felsig zu sein.
Um in der bewohnbaren Zone zu sein, muss ein Exoplanet ungefähr so viel Sonnenlicht erhalten wie die Erde. Zu viel, und Wasser würde als Dampf verdampfen. Zu wenig, und Wasser gefriert fest.
„Für unsere Berechnungen haben wir uns für möglichst breite Grenzen entschieden, die plausibel zu geeigneten Lebensbedingungen führen können“, sagt Torres.
Kepler-438b empfängt etwa 40 Prozent mehr Licht als die Erde. (Im Vergleich dazu erhält die Venus doppelt so viel Sonnenstrahlung wie die Erde.) Als Ergebnis berechnet das Team eine 70-prozentige Wahrscheinlichkeit, sich in der bewohnbaren Zone ihres Sterns zu befinden.
Kepler-442b bekommt etwa zwei Drittel so viel Licht wie die Erde. Die Wissenschaftler geben ihm eine 97-prozentige Chance, sich in der bewohnbaren Zone zu befinden.
„Wir wissen nicht genau, ob einer der Planeten in unserer Stichprobe wirklich bewohnbar ist“, erklärt Zweitautor David Kipping vom CfA. "Wir können nur sagen, dass sie vielversprechende Kandidaten sind."
Zuvor waren die beiden erdähnlichsten Planeten bekannt, Kepler-186f, der 1,1 mal so groß ist wie die Erde und 32 Prozent so viel Licht erhält, und Kepler-62f, der 1,4 mal so groß ist wie die Erde und 41 Prozent erhält 41 genauso viel Licht.
Das Team untersuchte planetare Kandidaten, die erstmals von der Kepler-Mission der NASA identifiziert wurden. Alle Planeten waren zu klein, um sie durch Messung ihrer Massen zu bestätigen. Stattdessen validierte das Team sie mithilfe eines Computerprogramms namens BLENDER, um festzustellen, dass es sich statistisch wahrscheinlich um Planeten handelt. BLENDER wurde von Torres und seinem Kollegen Francois Fressin entwickelt und läuft auf dem Supercomputer Pleaides der NASA Ames. Dies ist die gleiche Methode, die zuvor verwendet wurde, um einige der bekanntesten Funde von Kepler zu validieren, darunter die ersten beiden erdgroßen Planeten um einen sonnenähnlichen Stern und den ersten Exoplaneten, der kleiner als Merkur ist.
Nach der BLENDER-Analyse verbrachte das Team ein weiteres Jahr damit, Folgebeobachtungen in Form von hochauflösender Spektroskopie, adaptiver Optikabbildung und Speckle-Interferometrie zu sammeln, um die Systeme gründlich zu charakterisieren.
Diese Folgebeobachtungen zeigten auch, dass sich vier der neu validierten Planeten in Mehrsternsystemen befinden. Die Begleitsterne sind jedoch weit entfernt und beeinflussen die Planeten nicht wesentlich.
Wie bei vielen Kepler-Entdeckungen sind die neu gefundenen Planeten weit genug entfernt, um zusätzliche Beobachtungen zu erschweren. Kepler-438b ist 470 Lichtjahre von der Erde entfernt, während der weiter entfernte Kepler-442b 1.100 Lichtjahre entfernt ist.
Eine Goldlöckchen-Zone für die Planetengröße
In Der kleine Prinz, der klassischen Novelle von Antoine de Saint-Exupéacutery, lebt der Titelprinz auf einem hausgroßen Asteroiden, der so klein ist, dass er zu jeder Tageszeit den Sonnenuntergang beobachten kann, indem er seinen Stuhl ein paar Schritte bewegt.
Natürlich können so kleine Himmelsobjekte im wirklichen Leben das Leben nicht unterstützen, weil sie nicht genug Schwerkraft haben, um eine Atmosphäre aufrechtzuerhalten. Aber wie klein ist zu klein für die Bewohnbarkeit?
In einem kürzlich erschienenen Artikel beschrieben Forscher der Harvard University eine neue, untere Größengrenze für Planeten, um über lange Zeiträume flüssiges Oberflächenwasser aufrechtzuerhalten, wodurch die sogenannte Habitable- oder "Goldlöckchen"-Zone für kleine Planeten mit geringer Schwerkraft erweitert wird erweitert den Suchbereich nach Leben im Universum und beleuchtet den wichtigen Prozess der atmosphärischen Evolution auf kleinen Planeten.
Die Studie wurde in der veröffentlicht Astrophysikalisches Journal.
„Wenn die Menschen an die inneren und äußeren Ränder der bewohnbaren Zone denken, denken sie meist nur räumlich darüber nach, wie nah der Planet dem Stern ist“, sagt Constantin Arnscheidt, A.B. '18, Erstautor der Zeitung. "Aber tatsächlich gibt es viele andere Variablen für die Bewohnbarkeit, einschließlich der Masse. Die Festlegung einer unteren Grenze für die Bewohnbarkeit in Bezug auf die Planetengröße gibt uns eine wichtige Einschränkung bei unserer laufenden Jagd nach bewohnbaren Exoplaneten und Exomonen."
Im Allgemeinen gelten Planeten als bewohnbar, wenn sie flüssiges Oberflächenwasser lange genug halten können, um die Entwicklung von Leben zu ermöglichen, konservativ etwa eine Milliarde Jahre. Astronomen suchen nach diesen bewohnbaren Planeten innerhalb bestimmter Entfernungen von bestimmten Arten von Sternen – Sterne, die kleiner, kühler und masseärmer sind als unsere Sonne, haben eine bewohnbare Zone, die viel näher ist als größere, heißere Sterne.
Der innere Rand der bewohnbaren Zone wird dadurch definiert, wie nahe ein Planet einem Stern sein kann, bevor ein außer Kontrolle geratener Treibhauseffekt zur Verdunstung des gesamten Oberflächenwassers führt. Wie Arnscheidt und seine Kollegen gezeigt haben, gilt diese Definition jedoch nicht für kleine Planeten mit geringer Schwerkraft.
Der außer Kontrolle geratene Treibhauseffekt tritt auf, wenn die Atmosphäre mehr Wärme aufnimmt, die sie wieder in den Weltraum abstrahlen kann, was die Abkühlung des Planeten verhindert und schließlich zu einer unaufhaltsamen Erwärmung führt, bis sich seine Ozeane in der Atmosphäre in Dampf verwandeln.
Wenn Planeten jedoch kleiner werden, passiert etwas Wichtiges: Während sie sich erwärmen, dehnt sich ihre Atmosphäre nach außen aus und wird im Verhältnis zur Größe des Planeten immer größer. Diese großen Atmosphären erhöhen sowohl die Absorption als auch die Strahlung von Wärme und ermöglichen dem Planeten, eine stabile Temperatur besser aufrechtzuerhalten. Die Forscher fanden heraus, dass die atmosphärische Expansion Planeten mit geringer Schwerkraft daran hindert, einen außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt zu erleben, was es ihnen ermöglicht, flüssiges Oberflächenwasser aufrechtzuerhalten, während sie in unmittelbarer Nähe ihrer Sterne umkreisen.
Wenn Planeten jedoch zu klein werden, verlieren sie ihre Atmosphären ganz und das flüssige Oberflächenwasser gefriert oder verdampft. Die Forscher zeigten, dass es eine kritische Größe gibt, unter der ein Planet niemals bewohnbar sein kann, was bedeutet, dass die bewohnbare Zone nicht nur im Weltraum, sondern auch in der Planetengröße begrenzt ist.
Die Forscher fanden heraus, dass die kritische Größe etwa 2,7 Prozent der Masse der Erde beträgt. Wenn ein Objekt kleiner als 2,7 Prozent der Erdmasse ist, wird seine Atmosphäre entweichen, bevor es jemals die Möglichkeit hat, flüssiges Oberflächenwasser zu entwickeln, ähnlich wie es heute bei Kometen im Sonnensystem passiert. Um das in einen Kontext zu setzen, der Mond macht 1,2 Prozent der Erdmasse aus und Merkur 5,53 Prozent.
Die Forscher konnten auch die bewohnbaren Zonen dieser kleinen Planeten um bestimmte Sterne abschätzen. Zwei Szenarien wurden für zwei verschiedene Arten von Sternen modelliert: ein G-Typ-Stern wie unsere eigene Sonne und ein M-Typ-Stern, der einem Roten Zwerg im Sternbild Löwe nachempfunden ist.
Die Forscher lösten ein weiteres seit langem bestehendes Rätsel in unserem eigenen Sonnensystem. Astronomen haben sich lange gefragt, ob Jupiters eisige Monde Europa, Ganymed und Callisto bewohnbar wären, wenn die Strahlung der Sonne zunimmt. Basierend auf dieser Forschung sind diese Monde zu klein, um flüssiges Oberflächenwasser aufrechtzuerhalten, selbst wenn sie näher an der Sonne wären.
"Wasserwelten mit geringer Masse sind eine faszinierende Möglichkeit bei der Suche nach Leben, und dieser Artikel zeigt, wie unterschiedlich ihr Verhalten wahrscheinlich von dem von erdähnlichen Planeten ist", sagte Robin Wordsworth, außerordentlicher Professor für Umweltwissenschaften und -technik an der SEAS und leitender Autor der Studie. "Sobald Beobachtungen für diese Klasse von Objekten möglich sind, wird es spannend zu versuchen, diese Vorhersagen direkt zu testen."
Dieses Papier wurde von Feng Ding, einem Postdoktoranden an der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, mitverfasst.
Zwei uralte erdgroße Planeten in der "Goldlöckchenzone" . eines nahen Sterns entdeckt
Astronomen gaben diese Woche bekannt, dass sie in der bewohnbaren Zone eines Sterns, der kosmologisch gesehen nicht sehr weit entfernt ist, zwei Planeten gefunden haben, die in ihrer Masse fast identisch mit der Masse der Erde sind.
In der bewohnbaren Zone – manchmal auch als „Goldlöckchen-Zone“ bezeichnet – ist es nicht so nah am Stern, dass das Wasser einfach verdampft, oder zu weit, so dass alles gefroren ist, sondern in der Mitte, wo es genau richtig ist. Mit anderen Worten, Wasser könnte theoretisch in flüssigem Zustand an der Oberfläche existieren, genau wie unsere Ozeane.
Der Stern wird Teegardens Stern genannt und ist nur 12,5 Lichtjahre entfernt, was ihn zum 24. Stern am nächsten zur Sonne macht. Es ist ein Stern mit sehr geringer Masse, der als roter Zwerg bekannt ist, was bedeutet, dass er nahe an der niedrigsten Masse ist, die er sein kann und immer noch ein Stern sein kann.
Sein Durchmesser beträgt etwa 1/10 des Sonnendurchmessers, seine Masse beträgt nur 8,9 Prozent der Sonnenmasse und er strahlt mit der lächerlichen 0,00073-fachen Helligkeit der Sonne. Das macht es an unserem Nachthimmel sehr lichtschwach – etwa 15. Größe, was bedeutet, dass man ein ziemlich gutes Teleskop braucht, um es überhaupt sehen zu können – weshalb es erst 2003 entdeckt wurde.
Die Planeten sind eigentlich ziemlich nah am Stern, aber das ist in Ordnung, denn es ist nicht super heiß. Seine Temperatur beträgt etwa 2.380 bis 2.630°C im Vergleich zur Sonne, die 5.500°C beträgt.
Die Planeten wurden mit einem Instrument namens gefunden Calar Alto hochauflösende Suche nach M-Zwergen mit Exoearths mit Nahinfrarot und optischen andchelle Spectrographs…oder kurz CARMENES. Es ist ein extrem empfindlicher Detektor, der an einem Teleskop am Calar Alto-Observatorium in Südspanien montiert ist und nach neuen, fremden Welten sucht, die der Erde ähneln könnten, die sehr kühle Rote Zwerge umkreist.
Wissenschaftler schätzen, dass Teegardens Stern mindestens acht Milliarden Jahre alt ist, also fast doppelt so alt wie unsere Sonne. Das bedeutet, dass alle Planeten, die sie umkreisen, im Vergleich dazu fast so alt sind wie die Erde, die nur 4,5 Milliarden Jahre alt ist. Stellen Sie sich eine Zivilisation vor, die doppelt so lange Zeit hatte, sich zu entwickeln … und sich vermutlich nicht selbst zerstört hat, wenn sie um kleine, grüne Zettel kämpft.
Aber es ist notwendig, sich daran zu erinnern, dass die Ankündigung, die in der Zeitschrift erschien Astronomie und Astrophysik, sagt, dass sie Erd-groß, nicht Erde-mögen, und das ist eine wichtige Unterscheidung.
Erst in dieser Woche ergab eine andere Studie von Forschern der University of California, dass wir uns zwar darauf konzentrieren, ob sich der Planet in der bewohnbaren Zone befindet und ob er flüssiges Wasser bei Oberflächentemperatur unterstützen kann, aber jetzt, da die Technologie verwendet, um diese Planeten zu erkennen, hat sich verbessert: Hat der Planet eine giftige Atmosphäre?
Edward Schwieterman, der Hauptautor dieser Studie über toxische Atmosphären auf Exoplaneten in einer bewohnbaren Zone, sprach mit Invers über die Entdeckung der beiden erdgroßen Planeten.
„Das ist sicherlich eine sehr spannende Entdeckung“, sagt Schwieterman. „Zumindest wären diese neu entdeckten Planeten rund um Teegardens Stern großartige Orte, um nach mikrobiellem Leben zu suchen. Wenn wir die Erde jedoch in die gleiche Position dieser Planeten um Teegardens Stern bringen würden, der viel kühler und röter als unsere Sonne ist, würde unsere Atmosphäre für Menschen und höhere Tiere giftig.“
Dennoch sagt Schwieterman, dass die neu entdeckten Planeten gute Orte sein könnten, um nach außerirdischem Leben zu suchen.
„Dies schließt komplexe Lebensformen mit spezifischen Anpassungen an diese extremen Bedingungen nicht unbedingt aus, aber ich würde nicht darauf wetten, dass Menschen die Atmosphären dieser Welten atmen können.
„Letztendlich sollten wir all diese Vorhersagen mit zukünftigen Beobachtungen robust testen“, sagt Schwieterman.
Der innere Planet, genannt Teegarten b, hat eine Umlaufbahn von nur 4,9 Tagen, was bedeutet, dass sein Jahr weniger als eine unserer Erdwochen beträgt. Es ist eine kreisförmige Umlaufbahn und der Planet ist etwa 3,8 Millionen km vom Stern entfernt. Vergleichen Sie das mit Merkur, der die Sonne in einer Entfernung von etwa 60 Millionen km umkreist.
Der zweite Planet, Teegarten c, umkreist den Stern alle 11,4 Tage in einer Entfernung von 6,6 Millionen km und beide Planeten haben das 1,1- bis 1,25-fache der Erdmasse.
Angesichts all dieser Tatsachen haben Astronomen berechnet, dass Teegarden b etwa das 1,15-fache der Energie von seinem Stern erhält, die die Erde von der Sonne erhält, während Planet c etwa 0,37 erhält und damit beide in der bewohnbaren Zone liegen.
Obwohl diese Nachricht wirklich sehr aufregend ist, ist es erwähnenswert, dass sich technisch gesehen sowohl Venus als auch Mars in der bewohnbaren Zone der Sonne befinden und es keine Möglichkeit gibt, ein Leben, ob komplex oder anders, zu unterstützen.
Wissenschaftler sagen: Goldlöckchen-Zone
So könnte Kepler-186f nach Ansicht eines Künstlers aussehen. Es ist ein Planet, der den Stern Kepler-186 umkreist, und Wissenschaftler sagen, dass er sich in seiner Goldlöckchen-Zone befindet.
NASA Ames/SETI Institute/JPL-Caltech
Teile das:
Goldlöckchen-Zone (Substantiv, "GOAL-dee-locks ZONE")
Dies ist ein Begriff, den Astronomen verwenden, um eine Region um einen Stern zu beschreiben, in der die Bedingungen für das flüssige Wasser geeignet sind – und möglicherweise Leben unterstützen. Wenn ein Planet zu weit von seinem Stern entfernt ist, würde jedes Wasser dauerhaft gefroren. Wenn ein Planet zu nahe ist, würde Wasser sofort verdampfen. Aber ist der Planet genau am richtigen Ort, könnte Wasser eine Flüssigkeit sein.
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Das bedeutet jedoch nicht, dass ein Planet in der Zone ein schöner Ort zum Leben wäre. Es kann sein, dass dort zunächst kein Wasser ist. Und selbst wenn, gibt es möglicherweise keinen Sauerstoff zum Atmen. Dennoch ist ein Planet in der Goldlöckchen-Zone unsere beste Wahl bei der Suche nach Leben außerhalb unseres Sonnensystems.
In einem Satz
Der Stern Trappist-1 hat sieben erdgroße Planeten, von denen sich drei in der Goldlöckchen-Zone befinden.
Machtwörter
Kochen Eine Flüssigkeit auf die Temperatur erhitzen, bei der sie zu Dampf wird.
Goldlöckchen-Zone Ein Begriff, den Astronomen für eine Region außerhalb eines Sterns verwenden, in der die Bedingungen dort einem Planeten ermöglichen könnten, eine Art von Leben zu unterstützen. Dieser Abstand wäre nicht zu nah an seiner Sonne (sonst würde die extreme Hitze Flüssigkeiten verdampfen). Es kann auch zu weit sein (oder die extreme Kälte würde jedes Wasser gefrieren). Aber wenn es in dieser sogenannten Goldlöckchen-Zone genau richtig ist, könnte sich Wasser als Flüssigkeit sammeln und das Leben unterstützen.
Flüssigkeit Ein Material, das frei fließt, aber ein konstantes Volumen behält, wie Wasser oder Öl.
Sauerstoff Ein Gas, das etwa 21 Prozent der Atmosphäre ausmacht. Alle Tiere und viele Mikroorganismen benötigen Sauerstoff, um ihren Stoffwechsel anzukurbeln.
Planet Ein Himmelskörper, der einen Stern umkreist, ist groß genug, um ihn durch die Schwerkraft zu einer runden Kugel zu zerquetschen, und er muss andere Objekte in seiner Umgebung um die Umlaufbahn aus dem Weg geräumt haben. Um das dritte Kunststück zu vollbringen, muss es groß genug sein, um benachbarte Objekte in den Planeten selbst zu ziehen oder sie um den Planeten und in den Weltraum zu schleudern. Astronomen der Internationalen Astronomischen Union (IAU) haben im August 2006 diese dreiteilige wissenschaftliche Definition eines Planeten erstellt, um den Status von Pluto zu bestimmen. Basierend auf dieser Definition entschied die IAU, dass Pluto nicht qualifiziert ist. Das Sonnensystem umfasst jetzt acht Planeten: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun.
Sonnensystem The eight major planets and their moons in orbit around the sun, together with smaller bodies in the form of dwarf planets, asteroids, meteoroids and comets.
Star The basic building block from which galaxies are made. Sterne entstehen, wenn die Schwerkraft Gaswolken verdichtet. When they become dense enough to sustain nuclear-fusion reactions, stars will emit light and sometimes other forms of electromagnetic radiation. Die Sonne ist unser nächster Stern.
About Bethany Brookshire
Bethany Brookshire was a longtime staff writer at Wissenschaftsnachrichten für Studenten. She has a Ph.D. in physiology and pharmacology and likes to write about neuroscience, biology, climate and more. She thinks Porgs are an invasive species.
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Goldilocks and the Red Dwarfs (wait… that’s not right)
Excitingly Proxima b exists with its star system’s habitable zone, the region in which water is able to exist as a liquid, as it is neither ‘too hot or too cold, but just right’ a state that results in the alternative moniker ‘the Goldilocks Zone.’
This may could as something as a surprise considering that Proxima b’s incredibly short orbit of just 11 days implies that it is very close to its parent star. And this is certainly the case, Proxima b is twenty times closer to its star than Earth is to the Sun.
Fortunately, Proxima Centauri is much smaller than the Sun and radiates far less energy. This means that the amount of surface energy received by Proxima b is comparable to the energy we receive here on Earth from the Sun. Thus, making the presence of liquid water a possibility.
But, don’t be speculating about life on Proxima b just yet. It may be an ideal candidate for the search for biomarkers — the telltale signs of life — but there are other conditions on Proxima b that may not favour lifeforms. For example, as Proxima Centauri is a red dwarf not a star in its main sequence like the Sun, therefore it bombards Proxima b with about 400 times the X-Rays that we receive from our star.
Christophe Lovis, a researcher in UNIGE’s Astronomy Department responsible for ESPRESSO’s scientific performance and data processing, gives an idea of the kind of questions that need to be addressed before we get too excited about life on this exoplanet: “Is there an atmosphere that protects the planet from these deadly rays? And if this atmosphere exists, does it contain the chemical elements that promote the development of life (oxygen, for example)? How long have these favourable conditions existed?
“We’re going to tackle all these questions, especially with the help of future instruments like the RISTRETTO spectrometer,” says Lovis referring to an instrument that is being built just for the purpose of examining Proxima b’s light absorption looking for distinctive fingerprints that organic molecules leave on light passing through the planet’s atmosphere.
But, even if the chances of life on Proxima b are slim, worry not. There is another…
Planet in the Goldilocks zone of Proxima Centauri
Below is the press release from the European Southern Observatory.
The sun’s closest neighbors (NASA / Public Domain)
Astronomers using ESO telescopes and other facilities have found clear evidence of a planet orbiting the closest star to Earth, Proxima Centauri. The long-sought world, designated Proxima b, orbits its cool red parent star every 11 days and has a temperature suitable for liquid water to exist on its surface. This rocky world is a little more massive than the Earth and is the closest exoplanet to us — and it may also be the closest possible abode for life outside the Solar System. A paper describing this milestone finding will be published in the journal Natur on August 25.
Just over four light-years from the Solar System lies a red dwarf star that has been named Proxima Centauri as it is the closest star to Earth apart from the Sun. This cool star in the constellation of Centaurus is too faint to be seen with the unaided eye and lies near to the much brighter pair of stars known as Alpha Centauri AB.
During the first half of 2016 Proxima Centauri was regularly observed with the HARPS spectrograph on the ESO 3.6-metre telescope at La Silla in Chile and simultaneously monitored by other telescopes around the world [1]. This was the Pale Red Dot campaign, in which a team of astronomers led by Guillem Anglada-Escudé, from Queen Mary University of London, was looking for the tiny back and forth wobble of the star that would be caused by the gravitational pull of a possible orbiting planet [2].
As this was a topic with very wide public interest, the progress of the campaign between mid-January and April 2016 was shared publicly as it happened on the Pale Red Dot website and via social media. The reports were accompanied by numerous outreach articles written by specialists around the world.
Guillem Anglada-Escudé explains the background to this unique search: “The first hints of a possible planet were spotted back in 2013, but the detection was not convincing. Since then we have worked hard to get further observations off the ground with help from ESO and others. The recent Pale Red Dot campaign has been about two years in the planning.”
The Pale Red Dot data, when combined with earlier observations made at ESO observatories and elsewhere, revealed the clear signal of a truly exciting result. At times Proxima Centauri is approaching Earth at about 5 kilometres per hour — normal human walking pace — and at times receding at the same speed. This regular pattern of changing radial velocities repeats with a period of 11.2 days. Careful analysis of the resulting tiny Doppler shifts showed that they indicated the presence of a planet with a mass at least 1.3 times that of the Earth, orbiting about 7 million kilometres from Proxima Centauri — only 5% of the Earth-Sun distance [3].
Guillem Anglada-Escudé comments on the excitement of the last few months: “I kept checking the consistency of the signal every single day during the 60 nights of the Pale Red Dot campaign. The first 10 were promising, the first 20 were consistent with expectations, and at 30 days the result was pretty much definitive, so we started drafting the paper!”
Red dwarfs like Proxima Centauri are active stars and can vary in ways that would mimic the presence of a planet. To exclude this possibility the team also monitored the changing brightness of the star very carefully during the campaign using the ASH2 telescope at the San Pedro de Atacama Celestial Explorations Observatory in Chile and the Las Cumbres Observatory telescope network. Radial velocity data taken when the star was flaring were excluded from the final analysis.
Although Proxima b orbits much closer to its star than Mercury does to the Sun in the Solar System, the star itself is far fainter than the Sun. As a result Proxima b lies well within the habitable zone around the star and has an estimated surface temperature that would allow the presence of liquid water. Despite the temperate orbit of Proxima b, the conditions on the surface may be strongly affected by the ultraviolet and X-ray flares from the star — far more intense than the Earth experiences from the Sun [4].
Two separate papers discuss the habitability of Proxima b and its climate. They find that the existence of liquid water on the planet today cannot be ruled out and, in such case, it may be present over the surface of the planet only in the sunniest regions, either in an area in the hemisphere of the planet facing the star (synchronous rotation) or in a tropical belt (3:2 resonance rotation). Proxima b’s rotation, the strong radiation from its star and the formation history of the planet makes its climate quite different from that of the Earth, and it is unlikely that Proxima b has seasons.
This discovery will be the beginning of extensive further observations, both with current instruments [5] and with the next generation of giant telescopes such as the European Extremely Large Telescope (E-ELT). Proxima b will be a prime target for the hunt for evidence of life elsewhere in the Universe. Indeed, the Alpha Centauri system is also the target of humankind’s first attempt to travel to another star system, the StarShot project.
Guillem Anglada-Escudé concludes: “Many exoplanets have been found and many more will be found, but searching for the closest potential Earth-analogue and succeeding has been the experience of a lifetime for all of us. Many people’s stories and efforts have converged on this discovery. The result is also a tribute to all of them. The search for life on Proxima b comes next…”
[1] Besides data from the recent Pale Red Dot campaign, the paper incorporates contributions from scientists who have been observing Proxima Centauri for many years. These include members of the original UVES/ESO M-dwarf programme (Martin Kürster and Michael Endl), and exoplanet search pioneers such as R. Paul Butler. Public observations from the HARPS/Geneva team obtained over many years were also included.
[2] The name Pale Red Dot reflects Carl Sagan’s famous reference to the Earth as a pale blue dot. As Proxima Centauri is a red dwarf star it will bathe its orbiting planet in a pale red glow.
[3] The detection reported today has been technically possible for the last 10 years. In fact, signals with smaller amplitudes have been detected previously. However, stars are not smooth balls of gas and Proxima Centauri is an active star. The robust detection of Proxima b has only been possible after reaching a detailed understanding of how the star changes on timescales from minutes to a decade, and monitoring its brightness with photometric telescopes.
[4] The actual suitability of this kind of planet to support water and Earth-like life is a matter of intense but mostly theoretical debate. Major concerns that count against the presence of life are related to the closeness of the star. For example gravitational forces probably lock the same side of the planet in perpetual daylight, while the other side is in perpetual night. The planet’s atmosphere might also slowly be evaporating or have more complex chemistry than Earth’s due to stronger ultraviolet and X-ray radiation, especially during the first billion years of the star’s life. However, none of the arguments has been proven conclusively and they are unlikely to be settled without direct observational evidence and characterisation of the planet’s atmosphere. Similar factors apply to the planets recently found around TRAPPIST-1.
[5] Some methods to study a planet’s atmosphere depend on it passing in front of its star and the starlight passing through the atmosphere on its way to Earth. Currently there is no evidence that Proxima b transits across the disc of its parent star, and the chances of this happening seem small, but further observations to check this possibility are in progress.
