Astronomie Exoplaneten: Die Erde könnte ein ziemlich seltenes Exemplar sein
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25. Februar 2024, 15:59 Uhr
Gibt es eine Erde zwei? Klimaschützer warnen, es gäbe keinen Planeten B. Aber sehen Astronomen das genauso? Ein Streifzug durch den aktuellen Stand der Forschung.
Einer der Slogans der Klimabewegung "Fridays for Future" lautet: "There ist No Planet B", es gibt keine zweite Erde. Die Annahme der Klimaschützer: Ruinieren wir die ökologische Grundlage unseres Lebens hier, finden wir keinen Ersatzplaneten irgendwo anders. Aber ist das wirklich so? Schließlich haben Astronomen mittlerweile tausende Planeten um fremde Sterne nachgewiesen. Taugt keiner davon als neue Heimat für die Menschheit?
Eis, Wasser und Dampf: Erde hat Wasser in allen drei Aggregatzuständen
Die Science-Fiction kennt zahlreiche Planeten mit außerirdischem Leben, die Astronomie allerdings noch keinen Einzigen. Tatsächlich scheinen die Erde und ihre Eigenschaften sehr besonders zu sein. Da sind einerseits der Sauerstoff und vor allem das Wasser. Im Vergleich zu anderen Molekülen weist Wasser weitere besondere Eigenschaften auf: Es bleibt über eine große Temperaturspanne flüssig, kann den Temperaturhaushalt regulieren und ist flüssig dichter als im gefrorenen Zustand.
In unserem Sonnensystem ist die Erde der einzige Planet, bei dem Wasser in allen drei Aggregatzuständen vorkommt: fest, gasförmig und flüssig. Vor allem flüssiges Wasser ist zentral für Leben, denn es dient als Transportmedium für Nährstoffe, sagt Dirk Schlesier, Leiter des Planetariums in Halle. “Wasser brauchen wir als Nährstoff für höheres Leben, natürlich auch für Pflanzen.“
Wasser kam wahrscheinlich durch Kometen auf die Erde
Das flüssige Wasser verleiht der Erde ihre blaue Farbe. Dass es so überhaupt so viel davon gibt, ist nicht selbstverständlich, denn zur Zeit der Entstehung des Planeten war es hier noch viel zu heiß. Wasser wäre sofort verdampft und in den Weltraum entwichen. Wahrscheinlich brachten erst auf die Erde stürzende Kometen später das kühle Nass in Form von Eis und Staub mit.
Auf dem immer noch extrem heißen Planeten schmolz und verdampfte das Eis, stieg in die Luft und als Regen wieder herab. Das führte zu den etwa 1,4 Trilliarden Liter Wasser, die es heute auf der Erde gibt. Gespeichert sind sie unter anderem in den Ozeanen, die 80 Prozent der Oberfläche der Erde ausmachen. Wir Menschen können schätzungsweise 0,3 Prozent des Wassers nutzen.
Schwerkraft des Mondes sorgt für Jahreszeiten
Dass es Wasser in flüssiger Form gibt, liegt auch an der Lage der Erde im Sonnensystem. Astronomen sprechen von der habitablen, also bewohnbaren Zone. Diese Zone gibt es nur in einem bestimmten Abstand zu einem Stern, in unserem Fall also zur Sonne. Wäre die Erde nur fünf Prozent näher an der Sonne, wäre es zu heiß und Wasser würde nur als Dampf existieren. Dort könnten wir als Menschen nicht leben.
Ein weiterer zentraler Faktor ist der Mond. Seine Schwerkraft sorgt nicht nur für Ebbe und Flut, weil sie das Wasser der Erde anzieht. Sondern sie stabilisiert außerdem die Neigung unserer Erdachse. Durch den Mond ist die Erde auf ihrer Umlaufbahn leicht gekippt, um etwa 23,44 Grad. Und das ist tatsächlich entscheidend für das Klima auf der Erde, denn erst diese Neigung lässt die Jahreszeiten entstehen.
Monde mit unterirdischen Ozeanen
Genau genommen bleibt die Erde nämlich konstant gekippt, während sie die Sonne umrundet. Auf diese Weise zeigt einmal mehr die Nordhalbkugel in Richtung Stern und dann wieder die Südhalbkugel. Beide Phasen sind in den jeweiligen Hemisphären als Sommer bekannt. Durch diesen Effekt werden Temperaturunterschiede zwischen Äquator und Polen permanent ausgeglichen. Das wiederum reduziert das Risiko extremer Stürme, wie sie auf anderen Welten üblich sind.
Im Sonnensystem gibt es Bedingungen wie auf der Erde kein zweites Mal. Zwar ist bekannt, dass einige Monde in den Umlaufbahnen von Jupiter, Saturn und Uranus über unterirdische Ozeane mit Wasser verfügen. Sie sind von Eispanzern umschlossen, könnten aber durch hohen Druck und geologische Aktivität durchaus warm sein und damit Bedingungen für zumindest mikrobielles Leben bieten. Als zweite Heimat für Menschen dürften solche Objekte wie Europa oder Enceladus aber nicht infrage kommen.
Reihenfolge der Planeten im Sonnensystem ist wichtig
Doch wie sieht es außerhalb des Sonnensystems aus? Gibt es dort vielleicht andere Sterne und Planetensysteme, die unserem vergleichbar sind? Wenn ja, dann nur sehr selten. Das zeigt eine Studie von Schweizer Forscherinnen und Forschern. Sie kommen zu dem Ergebnis, dass unser Sonnensystem alles andere als normal ist.
Unser System ist demnach ein geordnetes Planetensystem. Das bedeutet, dass die Masse der Planeten mit ihrer Entfernung von der Sonne zunimmt. Die inneren Planeten, zu denen auch die Erde gehört, sind im Vergleich zu den äußeren Planeten eher klein und felsig. Diese Reihenfolge sorgt nach Ansicht der Forscher dafür, dass die hohe Schwerkraft der äußeren Planeten gefährliche Asteroiden und Kometen von den inneren Planeten fernhält. Wie gefährlich solche Objekte werden können, zeigt die von einem Asteroiden ausgelöste Vernichtung der Dinosaurier.
Acht von zehn Planetensystemen um die Sterne, die am Nachthimmel sichtbar sind, weisen dagegen eine ganz andere Ordnung auf, nämlich eine "ähnliche" Architektur. Dabei sind die Planetenmassen fast alle gleich. Damit aber schützen sich die Welten viel weniger vor interplanetaren Kollisionsgefahren.
Die Erde dürfte nicht viel größer oder kleiner zu sein
Die Größe der Erde ist ebenfalls wichtig. Wäre sie kleiner, würde ihre Schwerkraft nachlassen, damit auch der Luftdruck auch, wodurch es die Sauerstoffdichte abnimmt. Das Atmen wäre schwer wir auf einem hohen Berg, aber daran könnten sich die Menschen vielleicht gewöhnen. Allerdings droht die Atmosphäre bei weniger Schwerkraft auf Dauer ganz ins All zu entweichen. Nach Ansicht von Forschenden ist genau das auf dem Mars passiert.
Lebensbedrohlich wäre außerdem, dass die Stärke des Magnetfelds um Erde abnimmt. Dieses Magnetfeld entsteht erst durch das flüssige Metall im Erdkern und das ist nur deshalb heiß und flüssig, weil die Masse des Planeten die richtige Schwerkraft und damit den richtigen Druck entfaltet. Dirk Schlesier erklärt: “Wir brauchen diese Bewegung flüssiger Schichten im Inneren, damit sich ein Magnetfeld bilden kann. Und das geht nur bei einer bestimmten Masse, wie wir heute denken." Bei weniger Masse könnten Umpolungen entstehen, wodurch Leben an der Oberfläche viel stärker kosmischer Strahlung ausgesetzt wäre.
Umgekehrt würde eine viel höhere Masse zu einer wesentlich stärkeren Schwerkraft führen. Das erhöht einerseits den Druck durch die Atmosphäre. Andererseits könnten Lebewesen wie Menschen sich aufgrund ihres viel größeren Gewichts kaum noch bewegen.
Was man über Exoplaneten weiß? Vieles ist noch Theorie
Gibt es nun wirklich keine Chance, dass einer der über 4600 bekannten Exoplaneten der Erde in all ihren Eigenschaften ähnlich ist. Carolin Liefke, stellvertretende Leiterin des Hauses für Astronomie am Max-Planck-Institut in Heidelberg will das nicht ausschließen. Denn über viele dieser Welten gibt es bislang vor allem theoretische Annahmen. Diese könnten auch falsch sein, sagt sie und nennt ein Beispiel: "Wir können nie auf ein Grad genau festlegen, welche Temperaturen solche Planeten haben”
In einigen Fachartikeln zu Planeten arbeitet man immer mit großen Unsicherheitswerten. Die Unberechenbarkeit des Universums sei grundsätzlich ein Faktor, auch in der Raumfahrt. So seien etwa Druck und Temperatur auf der Oberfläche der Venus ganz anders gewesen als zuvor berechnet. Russische Landemodule wurden durch höheren Atmosphärendruck und Hitze zerstört.
20 potenzielle Nachfolger der Erde
Laut Nasa könnte es bis zu 300 Millionen bewohnbare Planeten in unserer Galaxie geben. Allerdings sind bisher nur 20 solcher Welten in der engeren Auswahl. Einer von ihnen ist Wolf 1069 b. Dieser befindet sich laut Astronomen in der habitablen Zone eines roten Zwergsterns. Dieser Planet, der nur 31 Lichtjahre von der Erde entfernt ist, hat eine ähnliche Masse wie die Erde und könnte möglicherweise lebensfreundliche Bedingungen aufweisen.
Im Vergleich zur Erde umkreist er seinen Stern in nur 15,6 Tagen und ist ihm viel näher als die Erde der Sonne. Obwohl dies normalerweise zu extrem hohen Temperaturen führen würde, ist sein Stern kühler und sendet weniger Strahlung aus als die Sonne, was die Möglichkeit lebensfreundlicher Bedingungen auf dem Planeten erleichtern könnte. Forscher vermuten zudem, dass "Wolf 1069 b" mit einer erdähnlichen Atmosphäre eine Durchschnittstemperatur von angenehmen 13 Grad aufweisen könnte, was die Existenz von flüssigem Wasser ermöglichen würde.
Rote Zwergsterne: Ungemütliche Zentralgestirne
Auch seine Größe erscheint günstig: Der Planet könnte ein Magnetfeld besitzen, das Lebewesen vor schädlicher Strahlung schützt. Allerdings: Der Astrophysiker Harald Lesch ist da deutlich skeptischer. Rote Zwergsterne, so erklärt der bekannte Professor in einem Video, neigen zu gelegentlich heftigen Strahlungsausbrüchen, die das Leben nahe gelegenen Planeten schnell auslöschen könnten. Dieses Problem haben auch andere Exoplaneten wie Proxima Centauri b und TRAPPIST-1 e.
Bislang sieht es also nicht so aus, als würden die Menschen bald zu einer neuen Heimatwelt aufbrechen können. Möglicherweise haben die Klimaaktivisten also recht. Die astronomische Forschung wird es in den kommenden Jahrzehnten näher zeigen können.
