Astro-Forschung
Habitable Exoplaneten (Teil 2)

Klaus Schöler

Im ersten Teil des Artikels (sternzeit 4/2024) wurden die Voraussetzungen untersucht, die ein Leben in Sternsystemen ermöglichen könnten. Zudem wurden die hierfür in Frage kommenden Zentralgestirne definiert. In diesem zweiten Teil des Artikels soll ein Augenmerk auf die Planeten gerichtet werden, auf denen sich Leben entwickeln könnte.

Die Planeten

Die notwendigen Bedingungen für habitable Zonen sind durch die Merkmale der jeweiligen Sterne gegeben, die für die Entwicklung von Leben hinreichenden sind jedoch an die Eigenschaften der Planeten gebunden. Eine dieser Eigenschaften ist zunächst die Beschaffenheit der Oberfläche des Planeten. Eisplaneten in großer Entfernung zum Stern und riesige Gasplaneten scheiden als Grundlage für die Entstehung von Leben aus, ebenso – wie schon dargelegt – Planeten mit einem geringen Bahnradius in Bezug auf das Zentralgestirn. Im Fall der Eisplaneten ist die geringe Oberflächentemperatur ein Hindernis für einen nennenswerten Stoffwechsel. Gasriesen, auch wenn sie einen Gesteinskern haben, weisen einen hohen atmosphärischen Druck aber keine feste Oberfläche auf. Voraussetzung für Leben ist aber eine hinreichend feste Silicatoberfläche und die Existenz von flüssigem Wasser, die ihrerseits wiederum an ein Temperaturfenster gebunden ist. Die Entwicklung von Lebensformen der unterschiedlichen Art ist, bedingt durch ihre langen Entwicklungsphasen, an den dauerhaften Aufenthalt des Planeten in der habitablen Zone gebunden. Die Dauerhaftigkeit hängt sowohl von der Umlaufbahn des betrachteten als auch von denjenigen der anderen Planeten des Zentralgestirns ab. Die Annahme über die Art des Lebens entscheidet schließlich darüber, welche Zusammensetzung die Atmosphäre in der habitablen Zone haben sollte. Zusammenfassend lassen sich vier wesentliche Einflussfaktoren nennen: Umlaufbahn, Atmosphäre, Temperatur und Gestalt.

Umlaufbahn: Typischerweise bewegen sich Planeten in einer Scheibe auf einer elliptischen Bahn um den zentralen Stern, wobei weder der Hauptscheitelpunkt noch der Nebenscheitelpunkt außerhalb der habitablen Zone liegen sollte, da ein wiederholtes Eintauchen in die und Ausscheiden aus der habitablen Zone weder einen Beginn noch eine dauerhafte Entwicklung von Leben erlaubt. Ferner sollte allgemein die dauerhafte Stabilität der Umlaufbahn gegeben sein, also die Abwesenheit von Bahnstörungen durch Planeten des jeweiligen Sonnensystems. Andere Planeten können aber auch für die Entwicklung des Lebens auf einem Planeten einen wichtigen Einfluss haben, wenn sie durch ihren Bahnverlauf einen Teil des Bombardements durch Astroiden abwenden. Eine schützende Wirkung vor Astroideneinschlag wird vor allem Planeten vom Jupiter-Typ auf äußeren Umlaufbahnen des Planetensystems zugewiesen. Die gleiche Funktion kann ein Mond als Planetenbegleiter haben, wobei je nach Umlaufbahn unterschiedlich starke Gezeitenkräfte auf den Planeten einwirken, die zur Beeinflussung der Tektonik – ähnlich wie bei kleinen Planetenumlaufbahnen – führen und entlang der Grenzen der Plattenstruktur vulkanische Aktivitäten hervorrufen können. Die dabei ausströmenden Gase liefern wiederum einen wichtigen Beitrag zur Atmosphäre des Planeten, insbesondere Kohlendioxid, das für die Entwicklung der Pflanzen durch die Kohlenstoffdioxid-Assimilation den Aufbau der eigenen Kohlenstoffverbindungen erlaubt und auch die vollständige Abstrahlung der Sternen-Energie in den Weltraum verhindert. Die zweite Funktion eines Mondes ist in der Stabilisierung der Achsenneigung des Planeten zu sehen (vgl. Mathias Scholz, Astrobiologie, Berlin, Heidelberg 2017, S. 345), die bei der Erde 23,5° gegenüber der Senkrechten beträgt und die Jahreszeiten alternierend auf der Nord-und Südhalbkugel erzeugt. Ohne Mond würden Resonanzphänomene starke Schwankungen in der Achsenneigung erzeugen, die nach Modellrechnungen bis 85° betragen könnten (vgl. Mathias Scholz, ebenda). Es kann vermutet werden, dass die so entstehenden Temperaturschwankungen die Anpassungsfähigkeit vieler Lebensformen überfordern dürfte.